（计算机应用技术专业论文）基于专家系统的自考论文申报系统的研究与实现.pdf

摘要 摘要 毕业论文是自学考试本科专业的最后一科综合考核课程，要求考生必须按 照专业考试计划所有课程合格后才可以进行，所以就必须存在一个对考生是否 有资格进行论文撰写的资格审核过程，我们称之为自考论文申报，考生审核通 过后就可以缴费并撰写毕业论文。自考论文申报一年举行两次，每次大约有二 十几个专业共计三千多考生申报，传统的考生现场申报、人工审核考生成绩单、 手工采集考生基本信息是主要的工作模式。 我们发现论文申报审核过程中，审核条件之间具有一定的逻辑关系，如接 考、免考、课程与顶替课程等，而各省市考试系统原有的业务平台未能充分利 用这种逻辑关系，使论文申报系统成为了业务空白，不仅给工作人员和考生带 来不便，也极大的影响了自考业务处理的效率。因此，设计并实现一种高效、 简便的论文申报解决方案具有重大的实际应用意义。 本文首先介绍了专家系统以及规则、规则引擎与基于规则系统的相关理论 与研究成果。之后，本文着重分析了规则描述语言的研究现状，对其理论基础 与相关技术进行了介绍，并针对本课题的应用需求，设计了用于描述本课题中 规则信息的描述语言一论文申报系统规则描述语言- - e t j r d l 。 在完成上述理论研究工作的基础上，本文提出了完整的基于专家系统的论 文申报解决方案并设计了系统的总体结构。系统采用客户端服务器端结构，客 户端处理用户的访问请求，将用户的访问请求发送到服务器端，并将服务器端 的响应数据返回给用户。服务器端响应来自客户端的访问请求，处理来自客户 端的各种信息并完成相应的业务逻辑处理、服务信息发送与数据信息处理功能。 完成系统的总体结构设计之后，本文按照所制定的设计思路给出了模块化 的系统实现并着重介绍了服务器端实现中的关键技术。最后，本文对系统的实 际应用进行了介绍，给出了应用实例并对应用情况进行了总结与分析。 本文提出的基于专家系统的论文申报解决方案已在北京教育考试院自学 考试办公室业务平台中得到了应用，取得了良好的效果。 关键词专家系统；规则；自考；论文申报；x m l a b s t r a c t a b s t r a c t t h e s i si st h eu n d e r g r a d u a t em a j o rs e l f - s t u d ye x a m i n a t i o nb yt h e f i n a lc o m p r e h e n s i v e e x a 曲a t i o nc o u r s e s ，c a n d i d a t e sm u s tb ei na c c o r d a n c e w i t ht h er e q u i r e m e n t so fm a j o r e x a m i n a t i o n sp l a na f t e rt h e yc a np a s sa l lt h ec o u r s e s ，s ot h e r em u s tb eo n ep a i ro fc a n d i d a t e sa r e e l i g i b l et ow r i t et h ep a p e r sf o rt h er e v i e wp r o c e s s ，w es a i d 弱t h e s e l f - s t u d ye x a m i n a t i o nt h e s i s j u d g e ，a d o p t e da f t e r t h ee x a m i n a t i o nc a n d i d a t e sc a np a ya n dw r i t e t h e s e s s e l f - s t u d y e x a m i n a t i o nt h e s i st oj u d g e ，h e l dt w i c eay e a r , e a c ha b o u t2 0t o t a ln u m b e ro fm a j o r m o r et h a n 3 , 0 0 0c a n d i d a t e s ，t h et r a d i t i o n a ls i t ej u d g ec a n d i d a t e s ，t h em a n u a lc o u n tr e p o r t c a r d so f c a n d i d a t e s ，t h em a n u a la c q u i s i t i o nc a n d i d a t e sb a s i ci n f o r m a t i o ni st h em a i n m o d eo fo p e r a t i o n w | ef o l l r 遗m e s i st oj u d g et h er e v i e wp r o c e s s ，r e v i e wt h ec o n d i t i o n sa n dh a v ea c e r t a i nl o g i c ，i f t h ej i e k a 0 ，m i a n k a n ，c o u r s e sa n dt h er e p l a c e m e n to fc o u r s e s ，a n dv a r i o u sp r o v i n c e sa n dc i t i e so f t h eo r i g i n a lt e s ts y s t e mb u s i n e s sp l a t f o r mf a i l e dt ot a k ef u l la d v a n t a g eo f t h i sl o g i c ，s ot h a tt h e s i s t oj u d g es y s t e mt ob , o m eo p e r a t i o n a lg a p s , n o t 伽晦t os t a f fa n dc a u s ei n c o n v e n i e n c et ot h e c 趾d i d a t 嚣，b u ta l s og r e a t l ya f f e c t e dt h es e l f - p r o c e s s i n ge f f i c i e n c y t h e r e f o r e ，t h ed e s i g na n d 嗽l i z a 6 0 no fa ne f f i c i e n t , s i m p l es o l u t i o nt oj u d g et h et h e s i si so fg r e a tp r a c t i c a la p p l i c a t i o no f t h i sp a p e rf i r s ti n t r o d u c e dt h ee x p e r ts y s t e ma n dr u l e s ，m l e se n g i n e sa n dr u l e - b a s e ds y s t e mo f t h et h e o r ya n dr e s e a r c hr e s u l t s ，t h i sp a p e rd e s c r i b e st h er u l e so ft h el a n g u a g e o ft h es t a t u sq u o ， i 纽也r e 蠢c a lb a s i sa n dr e l a t e dt e c h n o l o g i e sw e r ei n t r o d u c e d ，a n dt h et o p i cf o rt h i sa p p l i c a t i o n n e a x l s ，d e s i g nu s e dt od e s c r i b et h er u l e so ft h i st o p i ci nt h ei n f o r m a t i o nd e s c r i p t i o nl a n g u a g e s e l f - s t u d ye x a m i n a t i o nt h e s i st oj u d g es y s t e m r u l e sd e s c r i p t i o nl a n g u a g e e t j r d l u p o nc o m p l e t i o no ft h ea b o v et h e o r e t i c a lr e s e a r c hw o r k o nt h eb a s i so ft h i sp a p e r , ac o m p l e t e s y s t 啪b 觞e d o nt h ee x p e r t st oj u d g et h ep a p e ra n dd e s i g ns o l u t i o n st ot h eo v e r a l ls t r u c t u r eo f t h e s y s t e m s y s t e mu s e st h ec l i e n t s e r v e rs t r u c t u r e ，t h ec l i e n tp r o c e s s i n gu s e r a c c e s sr e q u e s t ，t h e u s e r sr e q u e s tt ov i s i tt h es e r v e ra n ds e r v e rr e s p o n s et o t h er e t u r nd a t at ot h eu s e r , s e r v e r r e s p o n s ef r o mt h ec l i e n t sr e q u e s t sf o rv i s i t s ，f r o m t h eh a n d l i n go fc l i e n ti n f o r m a t i o na n d c o m p l e t et h ec o r r e s p o n d i n gb u s i n e s sl o g i cp r o c e s s i n g ，i n f o r m a t i o ns e r v i c e sa n d d a t ai n f o r m a t i o n s e n tl a s t i n gf u n c t i o n c 伽a p l e t i o no ft h eo v e r a l ls t r u c t u r eo fs y s t e md e s i g n ，d e v e l o p e db yt h ep a p e r i na c c o r d a n c e 北京t 业大学t 学硕卜学位论文 w i t ht h ed e s i g no fam o d u l a rs y s t e mi st oa c h i e v ea n df o c u so nt h es e r v e rs i d et oa c h i e v et h ek e y t e c h n o l o g y f i n a l l y , t h ep r a c t i c a la p p l i c a t i o no ft h es y s t e mw a si n t r o d u c e d ，g i v e se x a m p l e so ft h e a p p l i c a t i o na n da p p l i c a t i o no fas u m m a r ya n da n a l y s i s t h i sp a p e rp r e s e n t st h eb a s e do ne x p e r ts y s t e mt h e s i st oj u d g es o l u t i o ni nb e i j i n ge d u c a t i o n e x a m i n a t i o na u t h o r i t ys e l f - s t u d ye x a m i n a t i o no f f i c eb u s i n e s sp l a t f o r mh a sb e e na p p l i e d ，a n d a c h i e v e dg o o dr e s u l t s k e yw o r d se x p e r ts y s t e m ：r u l e ：s e l f - s t u d ye x a m i n a t i o n ；t h e s i st oj u d g e ：x m l 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个入在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：貉：塞至日期： 关于论文使用授权的说明 z 萨昌岁 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：鑫垒盍 导师签名：垒至! 塑受 日期：三竺墨：篁 第1 章绪论 1 1 研究背景 第1 章绪论 1 1 1 专家系统的实际应用需求 毕业论文是自学考试本科专业的最后一科综合考核课程，要求考生必须按 照专业考试计划所有课程合格后才可以进行，所以就必须存在一个对考生是否 有资格进行论文撰写的资格审核过程，我们称之为自考论文申报，申报并审核 通过后，考生就可以网上缴费并撰写毕业论文。自考论文申报一年举行两次， 每次大约有二十几个专业共计三千多考生申报。传统的考生现场申报、人工审 核考生成绩单是主要的工作模式。在以前的论文申报审核过程中： ( 1 ) 、考生人数多、专业考试计划多、课程顶替复杂是自考论文申报系统 的显著特点。工作人员需要逐一审核考生的所有资料，并手工对比数据库 中的数据。这大大的增加了工作人员的工作量，严重的影响了审核的效率。 ( 2 ) 、没有很好地利用审核条件之间存在的逻辑关系。譬如：同一专业中 其中5 门课必须通过3 门，并达到一定的学分要求。现阶段的论文申报方 式显然忽略了这些考生之间的逻辑关系。 由此可见，传统的论文申报解决方案不适合自考办日常工作的需要。在对 数量庞大的申报考生，采用传统的论文申报方案未能利用专业河课程之间存在 的逻辑关系，造成效率低下，急需一种适合实际应用需要的论文申报解决方案。 针对实际应用需求，如果论文申报系统充分利用课程之间存在的逻辑关系， 提高论文申报的效率。如何合理利用这样的逻辑关系，提高论文申报的效率也 是本课题的研究重点，具有重大的实际意义。 1 1 2 课题来源 本课题来源于北京教育考试院自学考试办公室毕业论文申报项目。北京市 自考办注册的考生超过百万，每次大约有二十几个专业共计三千多考生申报， 传统的考生现场申报、人工审核考生成绩单、手工采集考生基本信息是主要的 工作模式。北京自考论文申报存在着如下特点： ( 1 ) 、考生人数多、专业考试计划多、课程顶替复杂是白考论文申报系统 的显著特点。 例如自学考试中的法律本科专业中，专业计划如表l 一1 所示，新旧课程顶 替关系如表1 2 所示，接考类别如表l 一3 所示： 北京工业大学丁学硕士学位论文 表1 - 1 专业考试计划 t a b l e l 1m a j o re x a m i n a t i o np l a n 序号课程代码 课程名称课程性质学分选考课 l0 0 0 0 4 毛泽东思想概论政治课 2 马克思主义政治经 20 0 0 0 5 政治课 3 济学原理 文化基础 0 0 0 1 5英语( 二)1 4 课 文化基础 30 0 0 1 6日语( 二)1 4三选一 课 文化基础 0 0 0 1 7俄语( 二)1 4 课 40 0 2 4 9 国际私法 4 5 0 0 2 4 6国际经济法概论 6 60 0 1 6 7 劳动法 4 环境与资源保护法 70 0 2 2 84 学 80 5 6 8 0婚姻家庭法 3 90 0 2 3 0 合同法 5 1 00 0 2 2 6 知识产权法 4 1 10 0 2 2 7 公司法 4 1 20 0 2 6 2 法律文书写作 3 专业课 1 30 5 5 6 2 法律职业道德 3 1 40 0 2 6 4中国法律思想史 4 1 50 0 2 6 3外国法制史 4 1 60 0 2 6 5 两方法律思想史 4 十选三， 1 7 0 0 2 5 7票据法 3 学分不低 1 80 0 2 5 8保险法3 于9 学分 1 90 0 2 3 3税法3 2 00 5 6 7 8金融法 4 2 10 0 2 5 9 公证与律师制度 3 2 20 0 1 6 9 房地产法 3 2 31 0 0 5 1 毕业论文综合课 2 第l 章绪论 表i - 2 新旧课程顶替对照表： t a b l el 一2r e p l a c e m e n tc o u r s e s 上一执行期当前执行期( 2 0 0 6 0 1 0 1 开始) 序 课程名称 课程使用时关 课程名称 关 顶替说明 号 限系 系 法理学( 一)2 0 0 5 0 5 2 0 1 l 门法理学( 0 5 6 7 7 )1 门 ( 0 0 2 1 1 )之前 宪法学( 一) 2 0 0 5 0 5 2 0 i 门顶i 门 2 1 门宪法学( 0 5 6 7 9 )l 门 ( 0 0 2 1 2 )之前 金融法( 一)2 0 0 5 0 5 2 0 3 l 门 金融法( 0 5 6 7 8 )1 门 ( 0 0 2 5 6 )之前 毛泽东思想概论 中国革命2 0 0 1 0 1 0 l ( 0 0 0 0 4 ) 2 选 l 门顶2f - j 41 门 ( 0 0 0 0 7 ) 之前马克思主义政治经济 2 ( f 7 数固定) 学原理( 0 0 0 0 5 ) 公共俄语 2 0 0 1 0 1 0 1 5 1 门俄语( 二) ( 0 0 0 1 7 )1 门 ( 1 9 0 1 7 )之前 2 0 0 1 0 1 0 1 环境与资源保护法学 6 环境法( 1 9 1 3 6 )1 门 1 门 之前 ( 0 0 2 2 8 ) 1 门顶1 门 自然科学发展史2 0 0 1 0 1 0 1 7l 门公司法( 0 0 2 2 7 )1 门 ( 1 9 1 3 8 )之前 2 0 0 1 0 1 0 1 法律文书写作 8 逻辑学( 1 9 0 4 4 )l 门 l 门 之前( 0 0 2 6 2 ) 房地产法( 0 0 1 6 9 ) 税法( 0 0 2 3 3 ) 票据法( 0 0 2 5 7 ) 外国法制史 0 0 2 6 3 ) 保险法( 0 0 2 5 8 ) 任意一门顶替任 9 中国法律思想 2 0 0 1 0 1 0 13 选 公证与律师制度 9 选 ( 0 0 2 5 9 )意一门( 门数对 ( 0 0 2 6 4 ) 之前 33 外国法制史( 0 0 2 6 3 ) 等) 西方法律思想 ( 0 0 2 6 5 ) 中国法律思想史 ( 0 0 2 6 4 ) 西方法律思想史 ( 0 0 2 6 5 ) 金融法( 0 5 6 7 8 ) 婚姻家庭法( 一)2 0 0 5 0 5 2 0 1 0 i 门婚姻家庭法( 0 5 6 8 0 ) 1 门 ( 0 0 8 5 5 )之前 1 门顶l 门 中国法制史 2 0 0 1 0 i 0 1 1 1 l 门婚姻家庭法( 0 5 6 8 0 ) 1 门 ( 0 0 2 2 3 )之前 3 北京工业大学工学硕士学位论文 表1 - 3 接考类别 t a b l e l 3j i e k a ok i n d s 接考要求 接考类别 课程代码 课程名称 1 直接接考 0 0 2 4 5 刑法学 2 0 0 2 4 2 民法学 0 5 6 7 7 法理学 0 5 6 7 9 宪法学 3 0 0 2 4 3民事诉讼法学 0 0 2 4 2 民法学 2 0 0 7 年1 2 月申报此专业毕业论文考生为1 2 9 9 人，通过审核11 0 5 人，每位 考生必修课为1 2 门，选修课为3 门，一共1 5 门课程，期间还要审核是否有免 考课程、接考证明、接考款别的不同分别需要加考3 到5 门课程，考试计划调 整后课程间的顶替关系，涉及的审核规则多，且每个专业的审核规则都不同。 ( 2 ) 、审核规则之间存在一定的逻辑关系，合理的利用这种逻辑关系是提 高论文申报效率的关键。 免考、接考、课程顶替等审核规则，一个考生可能会涉及一个或几个规则， 我们必须仔细分析、合理利用各个规则间的逻辑关系，提高论文申报的效率与 准确性。 ( 3 ) 、考生的考务信息存在于基础信息库中，便于利用。 业务平台将整合原有的自考信息系统，我们可以非常方便的获得考生的考 籍信息，这样为我们合理利用规则之间存在的逻辑关系，为实现考生的专业、 课程、成绩与专业论文审核标准中各课程、顶替关系等复杂逻辑关系的映射提 供了前提条件。 综上所述，传统的论文申报方案无法满足业务平台的需要，针对业务平台 的实际应用需求，设计并实现新的论文申报解决方案并在实际中推而广之具有 重大的意义。 1 2 国内外研究现状 专家系统是在关于人工智能的研究处于低潮时提出来的。由于它的发展及 其所显示出来的巨大潜能，不仅使人工智能摆脱了困境，而且使之走上了一个 新的发展时期。2 0 世纪的7 0 年代中期，专家系统进入成熟期，先后出现了一 批卓有成效的专家系统。在这个阶段，知识库的概念第一次被提出并且针对不 确定性的表示和处理提出了可信度方法。就专家系统的开发技术而言，随着人 工智能研究的深入发展，3 0 年来也取得了长足的进步，2 0 世纪7 0 年代中期 4 第1 覃绪论 以前的专家系统多属于解释型和故障，疾病诊断型。2 0 世纪7 0 年代后期相继 出现了其他类型的专家系统，如设计型，规划型，控制型等，专家系统的体系 结构也发生了深刻变化，由最初的单一知识库及单一推理机发展为多知识库多 推理机，由集中式专家系统发展为分布式专家系统。在知识表示及推理方面， 也由原先的精确表示及推理或较简单的不精确推理模型发展为多种不确定性处 理理论。对非单调推理，归纳推理等的研究也取得一定进展。 8 0 年代以来，在美国已有8 0 的大公司将专家系统技术应用到许多方面， 日本已拥有处于不同阶段的专家系统两千多个，西欧各国专家系统技术的年增 长率已经平均高达3 0 以上。9 0 年代出现比8 0 年代更为蓬勃的专家系统技术 高潮。2 l 世纪初，人们仍然在对专家系统进行理论和应用的研究。在理论上， 虽然专家系统继承并运用了a i 研究的许多基本思想和基本技术，如符号推理、 知识表示等，但是它在系统结构、开发方法学以及开发工具等许多方面逐渐形 成了自己的体系；在实践上，世界范围内投入使用的专家系统产品已经数以千 计，应用领域更是几乎无所不在。例如英国的p h i l i pb u r r e l l 和d a v ei n m a n 研制的专家系统是诊断型的专家系统，采用了启发性知识和在各系统模块通讯 间使用“黑板 。例如奥多米林大学计算机工程系使用了两个专家系统进行单元 故障检测及其维护。这两个专家系统既相互独立，又相互关联。一个专家系统 运用并发展了m y c i n 的不精确推理方法，进行故障检测和提供维护方法；另一 个专家系统是为了提高网络的性能而设计的。近几年还出现了广域专家系统的 研究，分布式专家系统的研究以及面向对象的专家系统的研究。当然专家系统 在其发展过程中还存在不少有待解决的问题。例如，知识的完备性问题，推理 机效率问题，知识的自动获取问题等等。这些问题有待于做进一步的研究，同 时也赖于人工智能其他研究领域的共同发展。 通过对国内有关的学术刊物( 如中国考试等) 、教育网站和国际国内 有关学术会议( g c c c e 、i c c e 、c b e 等) 的论文集进行检索，将基于专家系 统在论文申报中的研究与实现本文尚属首次涉及。 基于专家系统的应用在各个领域已经很成熟，但在自考毕业论文申报中 的研究与实现本文却是初次涉及。本课题中，我们借鉴这些产品与系统的研究 成果，结合传统的 论文申报工作流程，从实际应用需求出发，寻求更为灵活、高效的解决 方案来实现大用户量的论文申报。 1 3 研究内容与目标 1 3 1 研究目标 北京工业大学工学硕士学位论文 通过分析本课题论文申报应用需求的特点，结合已有的理论与技术成果， 提出基于专家系统的论文申报解决方案，在此基础上设计并实现自考论文申报 专家系统，并将该系统应用到实际项目中。 1 3 2 研究内容与开发工作 本论文的研究内容与开发工作主要包括： ( 1 ) 、论文申报解决方案的比较与总结：分析国内外专家系统方案的研究 现状，总结已取得的研究成果，对这些解决方案的特点进行比较分析。 ( 2 ) 、专家系统、规则、规则引擎及基于规则系统的研究：分析规则与规 则引擎的基本原理，在此基础上对基于规则系统的相关理论与实际应用情况进 行分析与总结，为后续工作提供参考。 ( 3 ) 、规则描述语言的研究：深入分析规则描述语言的研究现状，总结各 种规则描述语言的特点，针对本课题研究工作的实际需求，设计一种满足要求 的规则描述语言一论文申报规则描述语言e t j r d l 。 ( 4 ) 、基于专家系统的论文申报解决方案的设计：在上述研究工作的基础 之上，提出基于规则的论文申报方案，完成系统总体结构的设计，为系统的实 现奠定基础。 ( 5 ) 、在系统总体结构的设计的基础上，完成基于专家系统的论文申报系 统的服务器端的实现工作，对主要的关键技术进行总结。 ( 6 ) 、系统的应用尝试：将基于专家系统的论文申报解决方案应用到北京 教育考试院自学考试办公室业务平台项目中，对系统的应用情况进行总结分析， 完成从研究成果到实际应用的转化。 1 4 论文的结构与安排 本文共分为五章： 第1 章绪论 介绍课题的研究背景、国内外研究现状、本文的研究内容和目标，以及本 文的组织结构。 第2 章基础理论与相关技术介绍 本章主要介绍论文的理论基础与相关技术。对专家系统、规则、规则引擎 及基于规则系统的研究现状进行分析与总结。 第3 章e t j r d l 语言的设计 本章分析了其他规则描述语言的不足，分析了开发e t j r d l 语言的必要性。 在此基础上，针对本课题的应用需求，设计一种规则描述语言一论文申报规则 描述e t j i l 并给出应用示例。 6 第l 犟绪论 第4 章基于专家系统的自考论文申报系统的设计与关键技术的实现 本章就自考论文申报专家系统的具体设计和实现机制展开论述。给出系统 的总体结构，介绍系统的工作原理，详细分析系统的模块构成，对服务器端的 关键技术的实现进行阐述。 第5 章应用系统 本章介绍本课题提出的基于专家系统的论文申报解决方案在北京教育考试 院自学考试办公室业务平台项目中的应用情况，并对实际应用情况进行分析与 总结。 7 第2 章基础理论与相关技术介绍 2 1 引言 第2 章基础理论与相关技术介绍 专家系统是模拟某一领域的人类专家在解决实际问题时思维过程、决策过 程的计算机程序，通过我们仔细分析论文申报的业务流程，总结该业务涉及的 业务规则，则论文申报系统可以达到预期的应用效果。本章我们将着重介绍专 家系统、规则、规则引擎及基于规则的专家系统的研究现状，对其基础理论与 关键技术进行分析与总结。 2 。2 专家系统 专家系统e s ( e x p e r ts y s t e m ) 为人工智能的一个分支，它主要研究如何使计 算机程序能模仿各个领域的人类专家在解决实际问题时的思维过程，使机器具 有专家水平的智能。 专家系统的出现，使人工智能的研究发生了重大转变，从探索广泛普遍的 思维规律转向智能行为的研究。开创了知识工程领域。 如今，建立专家系统一即让计算机只模仿某一特定领域的专家去解决有限 制的问题方面的努力取得了极大的成绩。形形色色的专家系统已经实用化、商 品化。进入了软件市场。 专家系统的构成： 通常专家系统结构如图2 1 所示： 图2 - 1 专家系统结构图 f ig u r e2 1 e x p e r ts y s t e ms t r u c t u r e 9 北京：r 业大学工学硕上学位论文 ( 1 ) 、知识库一它存储从专家那里得到的关于某个领域的专门知识。 为专家所积累经验的信息数据库。专家系统就是基于知识的智能系统，也就是 运用这些知识进行推理的计算机程序。知识包括两种：一种是事实，另一种是经 验。 ( 2 ) 、推理机一它具有推理的能力，即能够根据知识推导出结论，而 不是简单的去搜索现成的答案。是一种执行各种任务，进行各种推理或搜索等 功能的程序模块。它可分成主控程序和完成各种任务或推理等功能的程序库两 个部分。 ( 3 ) 、用户界面一专家系统与用户之间基于声、文、图、像的接口。 一般包括输入输出两大部分它一方面把由传感器或键盘获得的信息和命令，通 过语言、文字或图像表示，进行识别、理解、表示成内部形式传给系统。另一 方面它又把专家系统产生结果的内部形式转换成人类能接受的方式，传递给用 户。各种专家系统的用户界面复杂程度可以差别很大。 ( 4 ) 、中间数据库( 又称黑板) 一这是专家系统在执行和推理过程中用 以存放中间结果或论据等的工作存储器。在工作开始时，首先把专家系统从外 界获得的关于预解问题的事实、初始状态、初始数据等写入黑板。然后，专家 系统根据黑板和知识库的内容进行各种搜索、匹配和推理等动作，不断以新的 中间结果修改、替代或补充黑板的内容。必要时还可询问用户，以求得必要的 补充知识。这些后来得到的信息也被写到黑板上，一起参与后续的推理过程， 专家系统就是如此循环往复地不断改变黑板的内容，以至最后得到问题的解答。 可见，黑板的内容动态地控制着专家系统的工作过程，所以有时把它叫做“动 态知识库”，相应的把专家系统的知识库称为“静态知识库”。 ( 5 ) 、知识获取器( 或学习模块) 一它的功能在于根据系统运行的经验 自动地不断修j 下和补充知识库的内容，或者能根据专家或书本提供的知识经过 理解并编辑成所需的内部形式，作为新知识加入知识库。 这是一个很难实现的模块，很多专家系统中缺少这种模块，或者把它 的功能简化成为一个“知识编辑器”，仅有较简单的知识编码和保持知识库的一 致性的功能。 ( 6 ) 、解释器一它是解答用户对专家系统的行为询问之类问题的一个 程序模块。由于专家系统在给出一个结论时，可能已经作了很多步推理，致使 推理结论对用户来说并非一目了然。这时用户为了验证推理的正确性或合理性， 可以向专家系统提“为什么? ，“如何”之类的问题，专家系统应能针对性地以 一种用户容易理解的形式进行解答。 除此之外，它也是一个发现系统错误或不合理性，对知识库或推理机 构进行调试的工具。一般专家系统都应该具备这个功能。 1 0 第2 章基础理论与相关技术介绍 专家系统开发过程： 开发专家系统的关健是表达和运用专家知识，即来自人类专家并已被证明 对解决有关领域内的典型问题是有用的事实和过程。它和传统的计算机程序最 本质的不同之处在于专家系统所要解决的问题一般没有算法解，并且经常要在 不完全、不精确或不确定的信息基础上作出结论。它应该是一个具有相当数量 权威性知识，并能运用这些知识解决特定领域中实际问题的计算机程序系统。 它根据用户提供的数据、信息和事实，运用系统存储的专家经验和知识，进 行推理判断，最后得出结论。同时给出这些结论的可信度，以供用户决策之用。 专家系统通过推理的方法来解决问题，并且得到的结论和专家相同。专家系 统的重要部分是推理，正是由于这一点，使专家系统不同于一般的资料库系统 和知识库系统。在这些一般的系统中，只是简单的储存答案，而专家系统中所 存储的不是答案，而是进行推理的能力与知识。 建立专家系统通常包括以下几个步骤： ( 1 ) 、知识获取 知识获取就是把解决问题所用的专门知识从某些知识来源变换为计算 机程序，可能的知识来源包括专家、教科书、资料库以及工程师自己的经验。 到目前为止，还没有一个专家系统可以直接从专家获取知识。目前， 知识获取是由知识工程师来完成的。知识工程师是一个计算机方面的工程师， 他从专家那里获取知识，并把它以正确的形式存储到知识库里去。由于专家所 掌握的知识和存储于计算机的知识形式之间通常存在较大的差别，所以，要建 立一个成功的专家系统，知识工程师与专家之间要多次交换意见，以使知识库 能正确地反映专家的知识。除此之外，知识工程师还要选择推理方法。知识获 取是建立专家系统过程当中最为困难的阶段之一。 ( 2 ) 、知识表达的选择 所选择的表达方法应该具有以下两个性质： 第一具有表达专家知识的能力； 第二能简单地描述、修改和解释系统中的知识。 ( 3 ) 、专家系统的建立 要成功的建造一个专家系统的关键是从一个小系统开始，然后扩大成一个 具有相当规模的系统。一般专家系统的建立可分以下3 个阶段： 知识库初步设计；原型的发展和试验；知识库的改进和推广。 2 3 规则与基于规则系统理论 2 3 1 规则及其相关概念 北京工业大学工学硕士学位论文 事实：对象的属性以及对象之间的关系构成诸多事实 事实库：把需要关注的所有对象放在一起，称为一个事实库。在基于规则 的系统中，事实库通常是由面向对象语言在运行时提供的。 行为：是应用程序将要做的一件事、一个动作，如“论文申报通过”、“论 文申报退回 等等 规则：负责将事实与行为两者联系起来。每条规则可以分为两部分：可能 发生的事实，以及此事实发生时应该采取的行为。 2 3 2 业务规则 规则在大多数时候可以被描述为一条i f e l s e 语句【4 0 1 。例如：如果论 文申报人满足某些条件，则系统提示允许这些自考生申报论文。每条规则可以 分为两部分：可能发生的事实，以及此事实发生时应该采取的行为。其中事实 部分也被称为谓词( p r e d i c a t e ) 或前提( p r e m i s e ) ，行为部分也被称为结 论( c o n c l u s i o n ) 。 一个业务规则包含一组条件和在此条件下执行的操作，它们表示应用程序 的一段业务逻辑。业务规则通常应该由业务分析人员和策略管理者开发和修改， 但有些复杂的业务规则也可以由技术人员使用面向对象的技术语言或脚本来定 制。业务规则的理论基础是：设置一个或多个条件，当满足这些条件时会触发 一个或多个操作。 业务规则专家组( b r g ) 规定了业务规则的两个定义。第一个定义与业务 观点相关，而第二个定义与信息技术相关： ( 1 ) 、“从业务的角度看，业务规则是一种原则，包含在特定活动或范围内关于 指导、操作、实践或过程的行为规范。 ( 2 ) 、“从信息系统的角度看，业务规则是一个定义或限制业务某些方面的声明。 业务规则旨在用于断言业务结构，或者控制或影响业务行为。 2 。4 基于规则的专家系统 专家系统是人工智能的一个分支，它模仿人类的推理方式，使用试探性的 方法进行推理，并使用人类能理解的术语解释和证明它的推理结论【4 1 。专家系 统有很多分类：神经网络、基于案例推理和基于规则系统等。 基于规则的专家系统( r b e s ) 包括三部分：规则库( r u l eb a s e ) 、事实库 ( w o r k i n gm e m o r y ) 和推理引擎( i n f e r e n c ee n g i n e ) 。它们的结构如图2 2 所示： 1 2 第2 章基础理论与相关技术介绍 图2 2 基于规则的专家系统结构图 f i g u r e2 - 2r u l e b a s e de x p e r t s y s t e ms t r u c t u r e 如上图所示，推理引擎包括三部分：模式匹配器( p a t t e mm a t c h e r ) 、调度 器( a g e n d a ) 和执行引擎( e x e c u t i o ne n g i n e ) 。模式匹配器用于完成系统中事 实与对应规则的匹配，即决定合适执行哪条规则；调度器决定规则的执行次序： 执行引擎负责执行规则和其他动作。 基于规则的专家系统的主要部分是规则库和推理引擎。规则库由谓词演算 事实和有关讨论主题的规则构成。推理引擎由所有操纵规则库来演绎用户要求 的信息的过程构成一如消解、前向链或反向链。用户接口可能包括某种自然语 言处理系统，它允许用户用一个有限的自然语言形式与系统交互。也可是用带 有菜单的图形接口界面。解释子系统分析被系统执行的推理结构，并把它解释 给用户。 基于规则的专家系统在医疗、工程和商业等众多领域运用广泛，在本课题 中我们可以借鉴基于规则的专家系统的成熟的基础理论与实现模型。 2 5 规则引擎 规则引擎是这样的一个程序：我们可以在其中维护一个规则库，并且可以 在运行时将一组对象作为事实库交给规则引擎处理；规则引擎将对事实库中的 诸事实与规则库中的诸规则的“事实”部分进行模式匹配，一旦某条规则制定 的事实存在，则执行该规则制定的行为。在某一个具体的业务应用中，规则引 擎是一种嵌入在应用程序中的组件，实现将业务决策从应用程序代码中分离出 来，并使用预定义的语义模块编写业务决策。接受数据输入，解释业务规则， 并根据规则做出业务决策。 规则引擎构架 规则引擎构架( 见图2 3 ) i ! 至三些銮茎三茎竺圭茎堡丝耋 圈 图2 - 3 规则引擎构架图 f i g u r e2 - 3r u l ee n g i n es t f u c t t l r e 规则引擎是软件组件，只有开发人员才能够通过程序接口的方式来使用和 控制它，规则引擎的程序接口至少包含以f 几种a p i 【4 2 】：加载和卸载规则集的 a p i ；数据操作的a p i ；引擎执行的a p i 。开发人员在程序巾使用规则引擎基本 遵循以下5 个典型的步骤：创建规则引擎对象；向引擎中加载规则集或更换规 则集；向引擎提交需要被规则集处理的数据对象集合；命令引擎执行：导出引擎 执行结果，从引擎中撤出处理过的数据。使用了规则引擎之后，许多涉及业务 逻辑的程序代码基本被这五个典型步骤所取代。 规则引擎的推理方式 和人类的思维相对应规则引擎存在两者推理方式：演绎法和归纳法。演 绎法从一个初始的事实出发，不断地应用规则得出结论( 或执行指定的动作) 。 而归纳法则是从假设出发，不断地寻找符合假设的事实。 当引擎执行时，会根据规则执行队列中的优先顺序逐条执行规则实例，由 于规则的执行部分可能会改变工作区的数据对象，从而会使队列中的某些规则 执行实例因为条件改变而失效，必须从队列中撤销，也可能会馓活原来不满足 条件的规则生成新的规则执行实例进入队列。于是就产生了一种“动态”的规 则执行链，形成规则的推理机制。这种规则的”链式”反应完全是由工作区中的 数据驱动的。 规则引擎的算法 大部分规则引擎产品的算法，基本上都来自于d r c h a r l e sf o r g y 在1 9 7 9 年 提出的p e t e 算法i 4 0 l 及其变体，r e l e 算法是目前效率最高的一个 第2 章基础理论与相关技术介绍 f o r w a r d c h a i n i n g 推理算法，d r o o l s i l 5 j 项目是r e t e 算法的一个面向对象的j a v a 实现，r e t e 算法其核心思想是将分离的匹配项根据内容动态构造匹配树，以达 到显著降低计算量的效果。 j a v a 规则引擎 目前主流的规则引擎组件多是基于j a v a 和c + + 程序语言环境，业界已经有 多种j a v a 规则引擎商业产品与开源项目的实现，下面对j a v a 规则引擎的相关 规范以及实现产品做简要介绍。 j a v a 规则引擎a p i ( j s r - 9 4 ) h 2 1 过去大部分的规则引擎开发并没有规范化，有其自有的a p i ，这使得其与 外部程序交互集成不够灵活。转而使用另外一种产品时往往意味需要重写应用 程序逻辑和a p i 调用，代价较大。规则引擎工业中标准的缺乏成为令人关注的 重要方面。2 0 0 3 年1 1 月定稿并于2 0 0 4 年8 月最终发布的j s r9 4 ( j a v a 规则引 擎a p i ) 使得j a v a 规则引擎的实现得以标准化。j a v a 规则引擎a p i 由j a v a x r u l e s 包定义，是访问规则引擎的标准企业级a p i 。j a v a 规则引擎a p i 允许客户程序 使用统一的方式和不同厂商的规则引擎产品交互，它包括创建和管理规则集合 的机制，在w o r k i n gm e m o r y 中添加，删除和修改对象的机制，以及初始化， 重罱和执行规则引擎的机制。 j a v a 规则引擎a p l 分为两个主要部分：运行时客户a p i ( t h er u n t i m ec l i e n t a p i ) 和规则管理a p i ( t h er u l e s a d m i n i s t r a t i o na p i ) 。规则管理a p i 在 j a v a x r u l e s a d m i n 中定义，包括装载规则以及与规则对应的动作( 执行集 e x e c u t i o ns e t s ) 以及实例化规则引擎。使用a d m i n 包定义规则有助于对客户访问 运行规则进行控制管理，它通过在执行集上定义许可权使得未经授权的用户无 法访问受控规则。运行时a p i 定义在j a v a x r u l e 包中，为规则引擎用户运行规则 获得结果提供了类和方法。运行时