第四章专家控制系统

1、第四章专家控制系统1 第第4章章 专家控制系统专家控制系统 专家控制（专家控制（Expert Control）是智能控制的）是智能控制的 一个重要分支，又称专家智能控制。一个重要分支，又称专家智能控制。 它在将人工智能中专家系统的理论和技它在将人工智能中专家系统的理论和技 术同自动控制的理论、方法和技术有机术同自动控制的理论、方法和技术有机 结合的基础上，在未知环境下模仿专家结合的基础上，在未知环境下模仿专家 的智能，实现对系统的有效控制。的智能，实现对系统的有效控制。 第四章专家控制系统2 4.1专家系统基础专家系统基础 4.1.1什么是专家系统什么是专家系统 从本质上讲，从本质上讲，专家系

2、统专家系统是一类包含着知识和推是一类包含着知识和推 理的智能计算机程序理的智能计算机程序 。 现在习惯于把每一个利用了大量领域知识的大现在习惯于把每一个利用了大量领域知识的大 而复杂的人工智能系统都统称为而复杂的人工智能系统都统称为专家系统专家系统。 专家系统可以解决的问题一般包括解释、预测、专家系统可以解决的问题一般包括解释、预测、 诊断、设计、规划、监视、修理、指导和控制诊断、设计、规划、监视、修理、指导和控制 等。等。 第四章专家控制系统3 4.1专家系统基础专家系统基础 4.1.1什么是专家系统什么是专家系统 专家系统和传统的计算机专家系统和传统的计算机“应用程序应用程序” 最本质的不

3、同之处在于，专家系统所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、不精确或不确定的经常要在不完全、不精确或不确定的 信息基础上做出结论。信息基础上做出结论。 第四章专家控制系统4 4.1.2专家系统的组成专家系统的组成 n专家系统的基本组成专家系统的基本组成 推 理 机 知识库综合数据库 知识获取 解 释 接 口 用 户 问题描述 领域专家 解答、建议 或解释 第四章专家控制系统5 知识库知识库 知识库是知识的存储器，用于存储领域专家的经验性知识库是知识的存储器，用于存储领域专家的经验性 知识以及有关的事实、一般常识等。知

4、识库中的知识知识以及有关的事实、一般常识等。知识库中的知识 来源于知识获取机构，同时它又为推理机提供求解问来源于知识获取机构，同时它又为推理机提供求解问 题所需的知识。题所需的知识。 4.1.2专家系统的组成专家系统的组成 推理机推理机 推理机是专家系统的推理机是专家系统的“思维思维”机构，实际上是求解问机构，实际上是求解问 题的计算机软件系统。题的计算机软件系统。 推理机的运行可以有不同的控制策略。推理机的运行可以有不同的控制策略。 第四章专家控制系统6 综合数据库（全局数据库） 又称为又称为“黑板黑板”或或“数据库数据库”。它是用于存放推理的。它是用于存放推理的 初始证据、中间结果以及最终

5、结果等的工作存储器初始证据、中间结果以及最终结果等的工作存储器 （Working Memory）。）。 解释接口解释接口 又称人又称人-机界面，它把用户输人的信息转换成系统内规机界面，它把用户输人的信息转换成系统内规 范化的表示形式，然后交给相应模块去处理，把系统范化的表示形式，然后交给相应模块去处理，把系统 输出的信息转换成用户易于理解的外部表示形式显示输出的信息转换成用户易于理解的外部表示形式显示 给用户，回答用户提出的给用户，回答用户提出的“为什么？为什么？”“”“结论是如何结论是如何 得出的？得出的？”等问题。等问题。 4.1.2专家系统的组成专家系统的组成 第四章专家控制系统7 知识

6、获取知识获取 知识获取是指通过人工方法或机器学习的方法，知识获取是指通过人工方法或机器学习的方法， 将某个领域内的事实性知识和领域专家所特有将某个领域内的事实性知识和领域专家所特有 的经验性知识转化为计算机程序的过程。的经验性知识转化为计算机程序的过程。 对知识库的修改和扩充也是在系统的调试和验对知识库的修改和扩充也是在系统的调试和验 证中进行的，是一件很困难的工作。知识获取证中进行的，是一件很困难的工作。知识获取 被认为是专家系统中的一个被认为是专家系统中的一个“瓶颈瓶颈”问题。问题。 4.1.2专家系统的组成专家系统的组成 第四章专家控制系统8 4.1.3 专家系统的特征及类型专家系统的特

7、征及类型 1、专家系统的基本特征、专家系统的基本特征 具有专家水平的专门知识具有专家水平的专门知识 能进行有效的推理能进行有效的推理 专家系统的透明性和灵活性专家系统的透明性和灵活性 具有一定的复杂性与难度具有一定的复杂性与难度 第四章专家控制系统9 2、专家系统的类型、专家系统的类型 诊断型专家系统诊断型专家系统 解释型专家系统解释型专家系统 预测型专家系统预测型专家系统 设计型专家系统设计型专家系统 决策型专家系统决策型专家系统 控制专家系统控制专家系统 4.1.3 专家系统的特征及类型专家系统的特征及类型 第四章专家控制系统10 4.1.4专家系统的知识表示专家系统的知识表示 n知识表示

8、就是知识的形式化，就是研究用机知识表示就是知识的形式化，就是研究用机 器表示知识的可行的、有效的、通用的原则器表示知识的可行的、有效的、通用的原则 和方法。和方法。 n目前常用的知识表示方法有：逻辑表示法、目前常用的知识表示方法有：逻辑表示法、 语义网络法、产生式规则、特性表示法、框语义网络法、产生式规则、特性表示法、框 架表示法、与或图法、过程表示法、黑板结架表示法、与或图法、过程表示法、黑板结 构、构、Petri网络法、神经网络等。网络法、神经网络等。 第四章专家控制系统11 4.1.4专家系统的知识表示专家系统的知识表示 1 1、产生式规则表示法、产生式规则表示法 控制器 匹配、冲突解决

9、 规则库数据库 匹配 检索 第四章专家控制系统12 1、产生式规则表示法、产生式规则表示法 n规则库：存放了若干规则，每条产生式规则是一个规则库：存放了若干规则，每条产生式规则是一个 以以“如果满足这个条件，就应当采取这个操作如果满足这个条件，就应当采取这个操作”形式形式 表示的语句。表示的语句。 n数据库：是产生式规则注意的中心，每个产生式规数据库：是产生式规则注意的中心，每个产生式规 则的左半部分表示在启用这一规则之前数据库内必须则的左半部分表示在启用这一规则之前数据库内必须 准备好的条件。准备好的条件。 n控制器控制器 ：是说明下一步应该选用什么规则，也就是：是说明下一步应该选用什么规则

10、，也就是 如何运用规则。通常从选择规则到执行规则分成三步：如何运用规则。通常从选择规则到执行规则分成三步： 匹配、冲突解决和操作。匹配、冲突解决和操作。 第四章专家控制系统13 4.1.4专家系统的知识表示 2 2、状态空间表示法、状态空间表示法 n状态空间表示法是知识表达的基本方法。状态空间表示法是知识表达的基本方法。 n状态空间是利用状态变量和操作符号，表示系状态空间是利用状态变量和操作符号，表示系 统或问题的有关知识的符号体系，通常可以用三统或问题的有关知识的符号体系，通常可以用三 元组来表示：元组来表示： 其中其中Q Qs s表示初始状态，表示初始状态，Q Qg g表示目标状态，表示目

11、标状态，F F表示表示 操作。操作。 第四章专家控制系统14 4.1.4专家系统的知识表示专家系统的知识表示 3 3、框架表示法、框架表示法 n框架是一个嵌套的连接表，用于表达问题的状框架是一个嵌套的连接表，用于表达问题的状 态和操作过程及其相互联系。态和操作过程及其相互联系。 n框架系统的嵌套式结构便于表达不同层次的知框架系统的嵌套式结构便于表达不同层次的知 识。通过扩充子框架，可以进一步描述问题的细识。通过扩充子框架，可以进一步描述问题的细 节。节。 第四章专家控制系统15 3、框架表示法、框架表示法 n框架的结构框架的结构 （）（）（） （） ） （） （） ） ） （） ） ） ） 第

12、四章专家控制系统16 4、“与或图与或图”表示法表示法 n与或图概念与或图概念 与或图是一种超图，图中用几条超弧线连接一个与或图是一种超图，图中用几条超弧线连接一个 父节点和它的一组后继节点，加到一个节点上的父节点和它的一组后继节点，加到一个节点上的 “与与”或或“或或”标记取决于该节点对其父节点的标记取决于该节点对其父节点的 关系。关系。 A CBDEFH 第四章专家控制系统17 4、“与或图与或图”表示法表示法 分解分解“与与”树树 将复杂的大问题分解成将复杂的大问题分解成 一组简单的小问题，将一组简单的小问题，将 总问题分解为子问题。总问题分解为子问题。 若所有子问题都解决了，若所有子问

13、题都解决了， 则总问题也解决了。这则总问题也解决了。这 是是“与与”的逻辑关系。的逻辑关系。 而子问题又可以分为子而子问题又可以分为子 子问题，如此类推可以子问题，如此类推可以 形成问题分解的树图，形成问题分解的树图， 称为称为“与与”树。树。 总 问 题 子 问 题 （ 简 单 ） 子 子 问 题 （ 更 简 单 ） 第四章专家控制系统18 4、“与或图与或图”表示法表示法 变换变换“或或”树树 将较难的问题变换为较将较难的问题变换为较 易的等价问题。若一个易的等价问题。若一个 较难问题可以等价变换较难问题可以等价变换 为几个容易问题，则任为几个容易问题，则任 何一个容易问题解决了，何一个容

14、易问题解决了， 也就解决了原有的难问也就解决了原有的难问 题，这是题，这是“或或”的逻辑的逻辑 关系。而这些容易问题关系。而这些容易问题 还有可能变换为若干更还有可能变换为若干更 容易的问题，如此下去，容易的问题，如此下去， 可以形成问题变换的可以形成问题变换的 “或或”树。树。 总问题 等价问题（易） 等价问题（更易） 第四章专家控制系统19 4、“与或图与或图”表示法表示法 n与或图构成规则与或图构成规则 与或图中的每个节点代表一个要解决的单一问与或图中的每个节点代表一个要解决的单一问 题或问题集合，图中的起始节点对应总问题。题或问题集合，图中的起始节点对应总问题。 对应于本原问题的节点为

15、叶节点，它没有后裔。对应于本原问题的节点为叶节点，它没有后裔。 对于把算符（与操作或操作）应用于问题对于把算符（与操作或操作）应用于问题 A 的每种可能情况，都把问题变换为一个子问题集的每种可能情况，都把问题变换为一个子问题集 合；有向弧线自合；有向弧线自A指向后继节点，表示所求得的指向后继节点，表示所求得的 子问题集合。子问题集合。 第四章专家控制系统20 4.1.4专家系统的知识表示 5 5、黑板模型结构、黑板模型结构 是一种功能较强的问题求解模型，能处理大量不是一种功能较强的问题求解模型，能处理大量不 同表达的知识，并能提供组织，协调，应用这些同表达的知识，并能提供组织，协调，应用这些

16、知识的手段。这种模型采用机遇推理模型，把求知识的手段。这种模型采用机遇推理模型，把求 解过程看作是一个产生部分解并由部分解组合出解过程看作是一个产生部分解并由部分解组合出 一个满意的解的过程。黑板模型的主要优点在于一个满意的解的过程。黑板模型的主要优点在于 它在控制上的灵活性，并能综合不同的知识表达它在控制上的灵活性，并能综合不同的知识表达 和推理技术。和推理技术。 第四章专家控制系统21 5 5、黑板模型结构、黑板模型结构 第四章专家控制系统22 5 5、黑板模型结构、黑板模型结构 n黑板数据结构（简称黑板）黑板数据结构（简称黑板） 它是全局性的数据结构。它是全局性的数据结构。 用于组织问题

17、求解数据，处理知识源之间的用于组织问题求解数据，处理知识源之间的 通信。通信。 黑板模型可分为若干信息层，每一层用于描黑板模型可分为若干信息层，每一层用于描 述关于问题的某一类信息。述关于问题的某一类信息。 各个信息层之间形成一个松散的层次结构，各个信息层之间形成一个松散的层次结构， 高层中的黑板元素可以近似地看成是这下一高层中的黑板元素可以近似地看成是这下一 级若干个黑板元素的抽象。级若干个黑板元素的抽象。 第四章专家控制系统23 5 5、黑板模型结构、黑板模型结构 n知识源知识源 问题求解所需的领域知识划分为知识源。问题求解所需的领域知识划分为知识源。 知识源可具有知识源可具有“条件一动作

18、条件一动作”的形式。条件的形式。条件 描述了知识源可用于求解的情形，动作则描描述了知识源可用于求解的情形，动作则描 述了知识源的行为。述了知识源的行为。 n控制单元控制单元 由黑板监督程序和调度程序组成，其作用就由黑板监督程序和调度程序组成，其作用就 是决定下一步需激活的知识源或需处理的黑是决定下一步需激活的知识源或需处理的黑 板信息。板信息。 第四章专家控制系统24 4.1.4专家系统的知识表示专家系统的知识表示 6 6、神经网络知识表、神经网络知识表 示示 神经网络的知识表神经网络的知识表 示可看作是一种隐示可看作是一种隐 式表示，在这里知式表示，在这里知 识并不像在产生式识并不像在产生式

19、 系统中那样独立表系统中那样独立表 示每一规则，而是示每一规则，而是 将某一问题的若干将某一问题的若干 知识在同一网络中知识在同一网络中 表示。表示。 -1.0 -1.5-2.0 00 1.0041.100 2.102-3.121 1.070 1.135 x1 x2 y 第四章专家控制系统25 6、神经网络知识表示、神经网络知识表示 n神经网络知识表示的优点：神经网络知识表示的优点： 具有统一的内部知识表示形式，通过学习程序具有统一的内部知识表示形式，通过学习程序 即可获得网络的相关参数如分块邻接权矩阵、即可获得网络的相关参数如分块邻接权矩阵、 节点偏移向量等。任何知识规则都可变换成数节点偏移

20、向量等。任何知识规则都可变换成数 字形式，便于知识库的组织和管理，通用性强；字形式，便于知识库的组织和管理，通用性强； 便于实现知识的自动获取；便于实现知识的自动获取； 利于实现并行联想推理和自适应推理；利于实现并行联想推理和自适应推理； 能够表示事物的复杂关系如模糊因果关系。能够表示事物的复杂关系如模糊因果关系。 第四章专家控制系统26 7、综合知识的表达方法、综合知识的表达方法 n关键问题关键问题 ： 符号值与数值变量、模糊变量之间的转换。符号值与数值变量、模糊变量之间的转换。 对规则型知识的赋时和时序匹配。对规则型知识的赋时和时序匹配。 各种不同的知识模型间的转换关系及其协调性各种不同的

21、知识模型间的转换关系及其协调性 原理和方法。原理和方法。 知识的组织应当按照自上而下，逐步求精的原知识的组织应当按照自上而下，逐步求精的原 则设计综合型表达及其相应的调度和处理策略。则设计综合型表达及其相应的调度和处理策略。 第四章专家控制系统27 4.1.5专家系统的推理机制专家系统的推理机制 n推理是指依据一定的原则从已有的事实推出结推理是指依据一定的原则从已有的事实推出结 论的过程，这个原则就是推理的核心。专家系统论的过程，这个原则就是推理的核心。专家系统 中的自动推理是知识推理。而知识推理是指在计中的自动推理是知识推理。而知识推理是指在计 算机或智能机器中，在知识表达的基础上，进行算机

22、或智能机器中，在知识表达的基础上，进行 机器思维，求解问题，实现知识推理的智能操作机器思维，求解问题，实现知识推理的智能操作 过程。过程。 n在专家系统中，可以依据专家所具有的知识的在专家系统中，可以依据专家所具有的知识的 特点来选择知识表示的方法，而知识推理技术同特点来选择知识表示的方法，而知识推理技术同 知识表示方法有密切关系。知识表示方法有密切关系。 第四章专家控制系统28 4.1.5.1 推理方法的分类推理方法的分类 1、根据知识表示的特点，知识推理方法可分、根据知识表示的特点，知识推理方法可分 为图搜索方法和逻辑论证方法两类。为图搜索方法和逻辑论证方法两类。 2 2、根据问题求解的推

23、理过程中是否运用启发、根据问题求解的推理过程中是否运用启发 性知识，知识推理方法可分为启发推理和非启性知识，知识推理方法可分为启发推理和非启 发推理两类。发推理两类。 3 3、根据问题求解的推理过程中结论是否精确，、根据问题求解的推理过程中结论是否精确， 知识推理方法可分为精确推理和不精确推理两知识推理方法可分为精确推理和不精确推理两 类。类。 第四章专家控制系统29 4.1.5.1 推理方法的分类推理方法的分类 4 4、根据问题求解的推理过程中特殊和一般的、根据问题求解的推理过程中特殊和一般的 关系，知识推理方法可分为演绎推理、归纳推关系，知识推理方法可分为演绎推理、归纳推 理两类。理两类。

24、 5 5、根据问题求解的推理过程中推理的方向，、根据问题求解的推理过程中推理的方向， 知识推理方法可分为正向推理、反向推理和正知识推理方法可分为正向推理、反向推理和正 反向混合推理三类。反向混合推理三类。 第四章专家控制系统30 正向推理正向推理 开始 令I=1 取出规则I的前 提部分的事实 在数据库中 吗？ I=K? 取出规则I的结 论部分的事实 新事实吗？ 令I=I+1 结束 将新事实加入数据 库中，记下规则I YES NO YES NO YES NO 第四章专家控制系统31 反向推理反向推理 开始 提出假设 在数据库中 吗？ 找出结论部分 包含那些假设 的规则 有此事实 吗？ 新假设成立

25、 结束 是证据节点 吗？ YES还有假设吗？ NO NO 提问用户 NO 以这些规则的 前提之一作为 新的假设 记入数据库中去 YES 还有假设吗？ 结束 NO YES NO YES 第四章专家控制系统32 4.1.5.2 宽度优先搜索宽度优先搜索 所谓宽度优先搜索方法是按所谓宽度优先搜索方法是按“最早产生的节点优先扩最早产生的节点优先扩 展展”的搜索方法。具体地说，搜索的节点是一层一层的搜索方法。具体地说，搜索的节点是一层一层 地检查的，只有在上一层的每一个节点都检查完毕之地检查的，只有在上一层的每一个节点都检查完毕之 后，这一层的节点才能开始检查，也就是说，节点的后，这一层的节点才能开始检

26、查，也就是说，节点的 扩展是按它们接近起始节点的程度依次进行的。这种扩展是按它们接近起始节点的程度依次进行的。这种 方法是考虑了每一种可能，所以这种搜索可能是一种方法是考虑了每一种可能，所以这种搜索可能是一种 非常长的过程，但如果存在任何解答的话，它能保证非常长的过程，但如果存在任何解答的话，它能保证 最终找到最短的解答序列。最终找到最短的解答序列。 第四章专家控制系统33 4.1.5.2 宽度优先搜索宽度优先搜索 开始 把S放入OPEN表 OPEN表是否为 空？ 失败 把OPEN表的第一个节 点n移出，并放入 CLOSED表 扩展n，将其后节点放 入OPEN表末端，提供 回到n的指针 在后继

27、节点中是 否有目标节点？ 成功 YES NO NO YES 第四章专家控制系统34 4.1.5.3 深度优先搜索深度优先搜索 所谓深度优先搜索方所谓深度优先搜索方 法就是按法就是按“最晚产生最晚产生 （最深的）节点优先（最深的）节点优先 扩展扩展”的搜索方法，的搜索方法， 深度相等的节点其顺深度相等的节点其顺 序可以任意排列。也序可以任意排列。也 就是总是向亲代到子就是总是向亲代到子 代方向进行，直到不代方向进行，直到不 得不返回追踪的搜索。得不返回追踪的搜索。 然而实际上，从树的然而实际上，从树的 观点看，不是从左枝观点看，不是从左枝 开始，就是从右枝开开始，就是从右枝开 始。始。 第四章专

28、家控制系统35 4.1.5.4 不精确推理不精确推理 专家系统中把领域知识表示成必然的因果关系、逻辑专家系统中把领域知识表示成必然的因果关系、逻辑 关系，推理的结论是肯定的，这种推理称为精确推理。关系，推理的结论是肯定的，这种推理称为精确推理。 除此以外，更重要的是以专家的经验知识对不确定的除此以外，更重要的是以专家的经验知识对不确定的 事实，根据不充分的证据和不完全的知识进行推理，事实，根据不充分的证据和不完全的知识进行推理， 这种推理称为不精确推理。应该指出，所谓不精确推这种推理称为不精确推理。应该指出，所谓不精确推 理不是要使推理变得不精确，而是提供一种在采用目理不是要使推理变得不精确，

29、而是提供一种在采用目 前已有的精确推理方式无法进行推理的情况下的推理前已有的精确推理方式无法进行推理的情况下的推理 方式，以便得到更加精确的推理结论。不精确推理又方式，以便得到更加精确的推理结论。不精确推理又 称非精确性推理，其核心问题是处理在推理过程中专称非精确性推理，其核心问题是处理在推理过程中专 家知识的不精确性和推理证据的不精确性，并给出这家知识的不精确性和推理证据的不精确性，并给出这 些不精确性在推理过程中的传播规则。些不精确性在推理过程中的传播规则。 第四章专家控制系统36 4.1.6专家系统的知识获取专家系统的知识获取 4.1.6.1知识获取的任务知识获取的任务 1、抽取知识 2

30、、知识转换 3、知识输入 4、知识检测 第四章专家控制系统37 4.1.6专家系统的知识获取专家系统的知识获取 4.1.6.2 知识获取方式知识获取方式 1、非自动知识获取、非自动知识获取 在非自动知识获取方式中，知识获取一般分为两步进在非自动知识获取方式中，知识获取一般分为两步进 行，首先由知识工程师从领域专家和有关技术文献获行，首先由知识工程师从领域专家和有关技术文献获 取知识，然后由知识工程师用某种知识编辑软件输入取知识，然后由知识工程师用某种知识编辑软件输入 到知识库中。到知识库中。 2、自动知识获取、自动知识获取 自动知识获取是指系统自身具有获取知识的能力，它自动知识获取是指系统自身

31、具有获取知识的能力，它 不仅可以直接与领域专家对话，从专家提供的原始信不仅可以直接与领域专家对话，从专家提供的原始信 息中息中“学习学习”到专家系统所需的知识，而且还能从系到专家系统所需的知识，而且还能从系 统自身的运行实践中总结、归纳出新的知识，发现知统自身的运行实践中总结、归纳出新的知识，发现知 识中可能存在的错误，不断自我完善，建立起性能优识中可能存在的错误，不断自我完善，建立起性能优 良、知识完善的知识库。良、知识完善的知识库。 第四章专家控制系统38 4.1.6专家系统的知识获取专家系统的知识获取 4.1.6.3知识获取的心理学法知识获取的心理学法 1、交谈法（、交谈法（Interv

32、iews）。）。 交谈是获取领域专家所使用的专业概念和术语最常见的方法，交谈是获取领域专家所使用的专业概念和术语最常见的方法， 特别是在缺乏书面资料的情况下，通过交谈可以准确地把握专业特别是在缺乏书面资料的情况下，通过交谈可以准确地把握专业 概念和术语的内涵。概念和术语的内涵。 2、观察法（、观察法（Observation）。）。 知识工程师通过观察，可以对有关问题领域产生感性认识，从知识工程师通过观察，可以对有关问题领域产生感性认识，从 而可以加深对问题复杂性的理解以及对问题所涉及到的因素的影而可以加深对问题复杂性的理解以及对问题所涉及到的因素的影 响有一个直观的认识。在专家与知识工程师没有

33、时间进行充分交响有一个直观的认识。在专家与知识工程师没有时间进行充分交 谈的情况下，观察法是知识获取的又一个基本手段，并且一些专谈的情况下，观察法是知识获取的又一个基本手段，并且一些专 业知识很难用语言表达，所以直接观察专家的解题过程是获取知业知识很难用语言表达，所以直接观察专家的解题过程是获取知 识的一个有效途径。识的一个有效途径。 第四章专家控制系统39 4.1.6专家系统的知识获取专家系统的知识获取 4.1.6.3知识获取的心理学法知识获取的心理学法 3、草案分析法（、草案分析法（Protocol Analysis）。）。 草案分析或者称为个案分析，也叫口语记录分析，它要求领域草案分析或

34、者称为个案分析，也叫口语记录分析，它要求领域 专家在处理任务的过程中专家在处理任务的过程中“大声思考大声思考”（think aloud）：如就此）：如就此 问题专家正在想什么？他想采用什么方法来解决？哪些现象正引问题专家正在想什么？他想采用什么方法来解决？哪些现象正引 起他的注意？为什么遇到阻碍等。起他的注意？为什么遇到阻碍等。 4、多维技术（、多维技术（Multi-dimension techniques）。）。 多维技术主要用于获取专家的结构性知识。在专家系统的大部多维技术主要用于获取专家的结构性知识。在专家系统的大部 分应用领域，专业的概念、数据往往具有一定规则的明显结构特分应用领域，专

35、业的概念、数据往往具有一定规则的明显结构特 征。多维技术正是有效地获取问题领域的概念组织方式的有效手征。多维技术正是有效地获取问题领域的概念组织方式的有效手 段。许多领域问题、概念都呈现出多方面的特性，多维技术逐个段。许多领域问题、概念都呈现出多方面的特性，多维技术逐个 研究不同事物在某一特性（维）上表现出的联系，再将它们抽取研究不同事物在某一特性（维）上表现出的联系，再将它们抽取 为事物之间的概念相关模型，进而获得专家知识的结构特征，如为事物之间的概念相关模型，进而获得专家知识的结构特征，如 卡片分类、格栅分析等。卡片分类、格栅分析等。 第四章专家控制系统40 4.1.6专家系统的知识获取专

36、家系统的知识获取 4.1.6.4知识获取的机器学习法知识获取的机器学习法 在基于机器学习的自动知识获取模式中，系统的学习在基于机器学习的自动知识获取模式中，系统的学习 机通过学习从知识源中获取知识，并进行积累，从而机通过学习从知识源中获取知识，并进行积累，从而 使知识库得以扩充与更新。使知识库得以扩充与更新。 学习机主要有以下两种学习方式：学习机主要有以下两种学习方式： 1 1、示教学习方式。、示教学习方式。 2 2、自动学习方式。、自动学习方式。 第四章专家控制系统41 4.2专家控制系统的结构与原理专家控制系统的结构与原理 4.2.1专家控制系统概述 专家控制系统具有全面的专家系统结构、完

37、善的知专家控制系统具有全面的专家系统结构、完善的知 识处理功能和实时控制的可靠性能。这种系统采用识处理功能和实时控制的可靠性能。这种系统采用 黑板等结构，知识库庞大，推理机复杂。它包括有黑板等结构，知识库庞大，推理机复杂。它包括有 知识获取子系统和学习子系统，人知识获取子系统和学习子系统，人-机接口要求较机接口要求较 高。专家式控制器，多为工业专家控制器，是专家高。专家式控制器，多为工业专家控制器，是专家 控制系统的简化形式，针对具体的控制对象或过程，控制系统的简化形式，针对具体的控制对象或过程， 着重于启发式控制知识的开发，具有实时算法和逻着重于启发式控制知识的开发，具有实时算法和逻 辑功能

38、。设计较小的知识库、简单的推理机制，可辑功能。设计较小的知识库、简单的推理机制，可 以省去复杂的人以省去复杂的人-机接口。由于其结构较为简单，机接口。由于其结构较为简单， 又能满足工业过程控制的要求，因而应用日益广泛。又能满足工业过程控制的要求，因而应用日益广泛。 第四章专家控制系统42 n专家控制与一般的专家系统的区别 （1）通常的专家系统只完成专门领域问题的咨询功）通常的专家系统只完成专门领域问题的咨询功 能，它的推理结果一般用于辅助用户的决策；而专家能，它的推理结果一般用于辅助用户的决策；而专家 控制则要求能对控制动作进行独立的、自动的决策，控制则要求能对控制动作进行独立的、自动的决策，

39、 它的功能一定要具有连续的可靠性和较强的抗扰性。它的功能一定要具有连续的可靠性和较强的抗扰性。 （2）通常的专家系统一般处于离线工作方式，而专）通常的专家系统一般处于离线工作方式，而专 家控制则要求在线地获取动态反馈信息，因而是一种家控制则要求在线地获取动态反馈信息，因而是一种 动态系统，它应具有使用的灵活性和实时性，即能联动态系统，它应具有使用的灵活性和实时性，即能联 机完成控制。机完成控制。 4.2.1专家控制系统概述 第四章专家控制系统43 4.2.2专家控制系统的控制要求与设计原则专家控制系统的控制要求与设计原则 1、专家控制系统的控制要求、专家控制系统的控制要求 （1 1）决策能力强

40、。）决策能力强。 （2 2）运行可靠性高。）运行可靠性高。 （3 3）使用的通用性好。）使用的通用性好。 （4 4）拟人能力强。）拟人能力强。 （5 5）控制与处理的灵活性。）控制与处理的灵活性。 第四章专家控制系统44 4.2.2专家控制系统的控制要求与设计原则 2 2、专家控制器的设计原则、专家控制器的设计原则 （1 1）多样化的模型描述。）多样化的模型描述。 （2 2）在线处理的灵巧性。）在线处理的灵巧性。 （3 3）灵活性的控制策略。）灵活性的控制策略。 （4 4）决策机构的递阶性。）决策机构的递阶性。 （5 5）推理与决策的实时性。）推理与决策的实时性。 第四章专家控制系统45 4.

41、2.3专家控制系统的结构与原理专家控制系统的结构与原理 1、专家控制系统的工作原理、专家控制系统的工作原理 知 识 基 系 统 定时信箱 解释信箱 入口信箱 应答信箱 出口信箱 定时操作 人-机接口 数 值 算 法 库 A/D D/A 受 控 过 程 用户 第四章专家控制系统46 4.2.3专家控制系统的结构与原理 2、知识基系统的内部组织和推理机制、知识基系统的内部组织和推理机制 （1）控制的知识表示）控制的知识表示 第四章专家控制系统47 4.2.3专家控制系统的结构与原理 2、知识基系统的内部组织和推理、知识基系统的内部组织和推理 机制机制 （2）知识基系统的黑板法模型）知识基系统的黑板

42、法模型 黑板机构 （综合数据库） 知识源1 局部数据库 操作原语 推理规则 知识源2 推理规则 调度数据库 调度规则 调度器 操作原语 推理规则 知识源n 操作原语 局部数据库局部数据库 第四章专家控制系统48 4.2.3专家控制系统的结构与原理 2、知识基系统的内部组织和推理机制、知识基系统的内部组织和推理机制 （3）控制的推理模型）控制的推理模型 专家控制中的问题求解机制可以表示成如下的推理模型：专家控制中的问题求解机制可以表示成如下的推理模型： U=f(E,K,I) （4-l） 其中：其中：U=（u1，u2，um），为控制器的输出作用集；），为控制器的输出作用集；E= （e1，e2，en

43、），为控制器的输人集；），为控制器的输人集；K=（k1，k2， kp），为系统的数据项集；），为系统的数据项集；I=（i1，i2，in），为具体推理），为具体推理 机构的输出集；机构的输出集；f为一种智能算子，它可以一般地表示为为一种智能算子，它可以一般地表示为 IF E and K THEN（IF I THEN U） （4-2） 即根据输人信息即根据输人信息E和系统中的知识信息和系统中的知识信息K进行推理，然后根据推进行推理，然后根据推 理结果理结果I确定相应的控制行为确定相应的控制行为U。 ) I ,K,E(fU 第四章专家控制系统49 4.2.4直接式专家控制直接式专家控制专家控制器专家控制器 当基于知识的控制器直接影响被控对象时，这种控当基于知识的控制器直接影响被控对象时，这种控 制叫做直接专家控制制叫做直接专家控制 信息获取与 处理 知识库 传感器 推理机构被控对象 给定 控制规则集 输出 专家控制器 第四章专家控制系统50 4.2.5间接式专家控制间接式专家控制 专家系统间接地对控制信号起作用，或者说，当基于知识的控专家系统间接地对控制信号起作用，或者说，当基于知识