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农业专家系统应用实例分析摘要:专家系统是人工智能领域中较为成熟的一个分支。本文阐述了专家系统的基本概念及基本要素，介绍了专家系统在我国农业中的应用和我国农业专家系统的发展趋势。关键词:人工智能;专家系统;农业专家系统;应用 农业专家系统也可叫农业智能系统,是一个具有大量农业专门知识与经验的计算机系统。它应用人工智能技术,依据一个或多个农业专家提供的特殊领域知识、经验进行推理和判断,模拟农业专家就某一复杂农业问题进行决策。典型的农业专家系统主要由知识库、数据库、模型库、推理机、知识库管理系统、解释器、用户界面7个部分组成。其中,知识库和推理机是农业专家系统最核心部分,这是任何一个农业专家系统都不可缺少的组成部分。知识库的质量直接影响到农业专家系统质量及可信度;推理机是农业专家系统的运行动力。而知识库管理系统则是对知识库中的知识进行检查和检索,还可以把推理过程中使用知识的实际情况显示出来,这是数据库管理系统中所没有的。知识获取是农业专家系统开发过程中的瓶颈,其主要任务是完成领域知识的收集与整理.解释器是用来向用户,特别是专用户,解释推理的结果和在推理过程中所发生的一切。 专家系统有四个特点,即:启发性,能运用专家的知识和经验进行推理和判断;透明性,能解决本身的推理过程,能回答用户提出的问题;灵活性,能不断地增长知识,修改原有的知识。综合性,能解答种子、土肥、植保、农经等多专业问题,克服了单个农业专家的专业局限。研发农业专家系统的主要目的是使计算机在农业领域中起农业专家的作用,对那些需要专家知识才能解决的难题提供相关专业权威专家水平的解答。 专家系统在世界农业领域中的应用始于20世纪70年代末,经过20余年发展,应用已遍及作物栽培管理、设施园艺管理、畜禽管理、水产养殖、植物保护、育种以及经济决策等各方面。专家系统在灌溉、施肥、栽培、病虫害的诊断与防治、作物育种、作物产量预测、畜禽饲养管理和水产养殖管理等方面,展示了广阔的应用前景。一农业专家系统在作物病虫害综合治理中的应用根据以往的研究和病虫害综合治理的过程，专家系统的研究主要集中在6个方面:1.1病虫害诊断 在病虫害诊断中，如果人工开具病虫处方，工作人员必须有牢固的植物保护基础知识和丰富的实践经验，需要查询大量资料，无法及时满足农户的需要。专家系统把这些资料编制成简单的程序，达到迅速确定目标的目的，从而得到最佳防治时期和方案。1.2预测预报 病虫预测预报需要的基本信息是:病虫害的生物学参数(如发生虫态、分布范围、空间分布状况等)、发生环境状况(如经纬度、作物品种等)和气象条件资料。这些数据的获得需要通过繁琐的计算，人工操作费时费工，易出错。专家系统可根据输人的原始资料自动选择模拟和计算方法来预测或预报目标信息，快速得出预测预报模型，以掌握其防治时期。1.3管理决策 管理决策型专家系统为病虫害综合管理提供了一种有力的工具。由于影响病虫害发生的各种因素之间的关系复杂，不确定因素很多，同时在治理中既要保护作物的正常生长，又要使防治措施不危害环境，需要进行全面的考虑。专家系统采用模块化方式解决了这一难题。1.4专家咨询 专家系统可帮助用户分析和解决具体问题，提供计算机专家咨询服务。系统内容涵盖十分全面，根据用户不同的要求，分别由相应的条件触发相应的动作，实现模拟专家咨询的过程。1.5方案设计 设计型专家系统就是按照给定的要求，为待确定的问题构造模式。组建病虫害模拟模型的专家系统，也就是将组建模拟模型的一般过程用专家系统的形式表达出来，其目的是为那些缺乏建模经验的测报或研究人员提供方便。1.6人员培训大多数专家系统能够解释“为什么?”和“怎么样?”之类的问题，也可以很好地充当培训工具。人员培训专家系统有良好的推理机制，它能够根据用户提出的不同问题分别予以解答。2 存在的问题2.1解决问题的能力不完备由于病虫害管理本身的复杂性、动态性、模糊性导致专家对其经验描述的困难和缺乏各种现代化技术的运用，许多专家系统并不具备完备、详尽、动态的知识库和数据库，只能向用户提供一些基本的或常识性的解释、判断，无法详尽、准确地解决用户提出的问题。2.2应用与开发脱节我国农业专家系统已受到了一定程度的重视，但至今仍未深人到农村。有些系统要求使用者具有一定的计算机水平，很难在农业基层普及，另一方面与领域知识结合不够，停留于科普性知识介绍，先进性和实用性不够。2.3信息获取困难、存储方式落后我国农业信息网络和数据库的建设严重滞后，缺乏有序管理，使专家系统的知识来源比较单一。信息大多以纸为存储介质，不但精度和数量受限，更新也不方便，影响其时效性。二我国农业专家系统存在的问题和对策2.1应用中存在的问题和对策2.1.1农业专家系统的应用与开发脱节我国的一些农业专家系统只强调应用,缺乏进行二次开发所需的专家系统开发工具,使用者无法根据当地实际情况创建知识库和模型库,限制了专家系统的进一步应用。有些农业专家系统虽提供了开发工具,但缺少通用的模板和模型,要求使用者具有一定的计算机基础技术,缩小了专家系统的应用范围。因此,农业专家系统应该同时注重开发与应用两个方面。农业专家系统适用对象狭窄。一些农业专家系统追求所谓先进性,要求高档次的硬软件,也要求使用者有一定的计算机技术基础,很难在农业基层普及;一些农业专家系统与领域知识结合不够,停留于科普性知识介绍,其先进性和实用性不高。2.1.2人工智能技术还不成熟至今为止,在农业专家系统等人工智能技术中,由专家整理出来的知识大多属于这个领域的浅层知识,形式上也主要是条件规则型知识。因为知识种类、数量可能很多,难于详细检验,待到专家系统具体使用这些知识时,机械死板的计算机程序就有可能推导出一些错误的结论。另外,目前各种专家系统在收集、整理专家知识时并没有把专家是如何学习、获得这些知识的知识整理出来,这样开发的专家系统并不具有真正的学习能力,结果导致系统的表现只能处理人类专家见过的各种情况,不能“随机应变”,人工智能面临严峻的考验.因此,研究和开发面向基础科技人员、基层农技人员和广大农民群众三个层次的农业专家系统是十分必要的。农业专家系统多是静态的系统。农业专家系统要解决的是农业生产中的问题,这些问题大多具有四维特性,这就要求系统的知识库、数据库、模型库必须是动态的,能随着时间的推移不断更新。而我国目前的农业专家系统多是静态的,时效性差,实用性不高,因此,在农业专家系统的建设过程中必须注意其动态性。农业专家系统源于人工智能技术,近年来与数据库技术相结合,并取得成功。但农业生产要求系统要不断有新技术的支持,以适应农业生产的发展,新技术包括“3S”技术、多媒体技术、计算机技术、网络技术等。2.2发展中存在的问题和对策2.2.1知识获取困难、存储方式落后我国是农业大国,农业信息资源极其丰富,但农业信息网络和数据库的建设严重滞后,缺乏有序管理,使专家系统的知识来源比较单一。另外,我国已完成了农业普查、土地利用现状调查等基础性工作,取得了大量的属性数据图和形数据,这是农业专家系统的基础数据。但这些数据大多以纸为存储介质,不但信息的精度和数量受到限制,信息的更新也不方便,影响其时效性。以软盘、光盘和CCT磁带为存储介质的数据仓库技术,在“GPS”等技术支持下,不但能存储属性数据,还能通过数字化存储图形数据,通过地理编码实现属性数据和图形数据的对应连接。农业专家系统应采用这些存储手段。2.2.2没有通用的知识表示方法在我国专家系统的构建过程中,对精确性知识多采用产生式规则方法,但每一种知识表示方法只能适用于表示某种或某些类型的知识,至今还没有通用的知识表示方法。农业领域知识的复杂性,要求多样性的知识表示方法,例如基于面向对象的知识表示、人工神经元网络等。2.2.3推理策略比较单一我国农业专家系统的推理策略比较单一,三种推理方式基本上是针对规则型知识的,而实际生产中的许多事实、概念并不能精确描述,不能使用精确推理规则,而需借助于概率论、证据理论、模糊理论等数学方法。2.2.4开发工具不完善我国农业专家系统的开发工具在应用国外较成熟的开发工具,如PC、SHELL、EX2PORT等的同时,也自主研制了一些开发工具。但目前国内开发的农业专家系统生成工具大都在处理文字描述的定性知识方面功能较强,而在处理用数学模型描述的定量知识方面很少涉及。多功能、高效的专家系统开发工具壳(Expert System Shells)的研制开发,是信息技术发展的必然趋势。三发展前景根据我国农业的现有水平、农业生产的实际状况以及农业专家系统的应用特点，其未来发展趋势应该有以下几个方面。3.1注重多种技术的综合运用根据我国国情，强调农业专家系统的应用推广，逐步将通信网络技术、“3S”技术、人工神经网络、数据库、信息网络、优化模拟、多媒体等众多高新技术应用到系统的开发、建模等方面，是农作物病虫害类专家系统发展的必然趋势。3.2实现网络化、数据共享作为信息技术的良好载体网络技术的迅速发展为信息和专家系统的传播提供了很好的通道。未来社会需要的是网络化的专家系统，能够成功地在网上运行、成功实现数据共享的系统才真正具有强大的生命力和实用性。3.3普及化现阶段我国直接从事农业生产与田间管理的人员主要是农民。随着社会的发展、微机的普及、软件产品价格的下调、农民综合素质的提高，农民将成为未来专家系统的主要用户之一。3.4注重市场国际化我国已加人WTO，农业专家系统的建造不应忽视国际市场的需求，开发既适宜我国需要也适宜国际需要的农业专家系统是有必要的。四结束语 农业专家系统在我国方兴未艾。它是农业决策的重要手段。通过建立甜菜专家系统，可以对传统的育种技术改善和综合栽培技术推广发挥巨大作用。由于它能把定性分析和定量分析、符号处理和数值处理有效地结合起来，因而展示出广阔的发展前景和应用前景。参考文献1张国权.计算机在农业中的应用.北京：中国农业出版社，2007.2赵春江,杨刚.农业专家系统现状与未来J.计算机农业应用,1992,