智能控制技术 第三章.ppt

1、第三章 专家智能控制系统,3.1 专家系统的一般结构 专家系统一般都包括人机接口、推理机、知识库及其管理系统、数据库及其管理系统、知识获取机构和解释机构六个部分。,一、人机接口 人机接口是专家系统与领域专家知识工程师及一般用户间的界面，由一组程序及相应的硬件组成，用于完成输入输出工作。领域专家或知识工程师通过它输入知识，更新、完善知识库；一般用户通过它输入欲求解的问题、已知事实以及向系统提出的询问；系统通过它输出运行结果，回答用户的询问或向用户索取进一步的事实。常有两种接口方式： 1、菜单方式 系统把有关功能以菜单形式列出来供用户选择，一旦某个条目被选中，系统或者直接执行相应的功能，或者显示下

2、一级菜单供用户作进一步的选择。,2、命令语言方式 系统按功能定义一组命令，当用户需要系统实现某一功能时，就输入相应的命令，系统通过对命令的解释，指示相应机构完成指定的任务。接口命令一般有如下几种： （1）获取知识命令 这是供领域专家或知识工程师向知识库输入知识的命令。 （2）提交问题命令 这是供用户向专家系统提交待求解问题的命令。 （3）请求解释命令 当用户对专家系统给出的结论不理解或希望给出依据时，可用这种命令向系统发出询问，请求系统给予解释。 （4）知识检索及维护命令 知识工程师可用这种命令对知识进行检索，查阅知识库中知识，以便进行增、删、改。,二、知识获取机构 这是专家系统中获取知识的机

3、构，由一组程序组成。其基本任务是把知识输入到知识库中，并负责维护知识的一致性及完整性，建立起性能良好的知识库。 三、知识库及其管理系统 知识库是知识的存储机构，用于存储领域内的原理性知识、专家的经验性知识以及有关的事实等。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题所需的知识。 知识库管理系统负责对知识库中的知识进行组织、检索和维护等。专家系统中其它任务部分如要与知识库发生联系，都必须通过该管理系统来完成，这样就可实现对知识库的统一管理和使用。,四、推理机 推理机是专家系统的“思维”机构，是构成专家系统的核心部分。其任务是模拟领域专家的思维过程，控制并执行对问题的求解。它能根

4、据当前已知的事实，利用知识库中的知识，按一定的推理方法和控制策略进行推理，求得问题的答案或证明某个假设的正确性。 推理机的性能与构造一般与知识的表示方式及组织方式有关，但与知识的内容无关，这有利于保证推理机与知识库的相对独立性。 五、数据库及其管理系统 数据库是用于存放用户提供的初始事实、问题描述以及系统运行过程中得到的中间结果、最终结果、运行信息等的工作存储器。,数据库的内容是在不断变化的。在求解问题的开始时，它存放的是用户提供的初始事实，在推理过程中它存放每一步推理所得到的结果。 数据库是由数据库管理系统进行管理的，它与一般程序设计中的数据库管理基本相同。 六、解释机构 解释机构由一组程序

5、组成，它能跟踪并记录推理过程，当用户提出询问需要给出解释时，它将根据问题的要求分别做相应的处理，最后把解答用约定的形式通过人机接口输出给用户。,3.2 人工智能语言 常用的人工智能语言有LISP语言、PROLOG语言及SMALLTALK语言。 一、表处理语言LISP LISP取意于列表处理（LIST Processing），它具有以下特征： LISP是一种适合于符号处理的语言，它处理的唯一对象是符号表达式（S-表达式，Symbolic expressing），即由符号构成的表，因此LISP又称为表处理语言。S-表达式由原子或列表组成，原子可以是数字或符号，而数字又可以是整数或实数。即：,LIS

6、P中有两个特殊的原子，即NIL和T，其中NIL表示逻辑假，也表示空表（ ），T表示逻辑真。 LISP的数据结构可递归地定义为包括在一对圆括弧之间的零个或多个原子S-表达式的列表。例： （9 8 7 6 5）表示一个数的集合，该集合由五个元素组成。LISP中没有语句的概念，语言中的一切成分都是以函数形式给出的，因此LISP语言又称为一种典型的函数型语言。函数的一般形式为：（函数名 参数1 参数2 参数n） （DEFUN 函数名（参数1 参数2 参数n） 例：（DEFUN POWER（M N）定义函数 下面给出一个简单的例子来说明LISP语言的编程。,例：计算次幂 （DEFUN POWER（M N

7、）；定义 （COND（ZEROP N）1）；N=0 给出值1，否则执行下句， （T（TIMES M （POWER M （SUB1 N ）； 其中SUB1是一个“减1”函数，其结果是自变量的值减1，若M=2，N=4，则调用POWER（2，4），结果为 =16,二、逻辑程序设计语言PROLOG PROLOG（PROgramming in LOGic）具有简洁的文法以及一阶逻辑的推理能力，有如下主要特征： 在PROLOG程序中，仅含有事实、规则及询问，它强调的是对象之间的逻辑关系，描述待求解问题中的对象以及对象之间的关系的事实和规则，因而它是一种描述性的语言。PROLOG语言具有自动实现搜索、模式匹

8、配及回溯的功能，从而实现了自动逻辑推理。 PROLOG的数据和程序结构统一，所有数据和程序都由项组成。 PROLOG也具有递归的特征，这样PROLOG也可把一个大的数据结构作为一个小的程序来处理。 PROLOG的主要弱点是运行效率不高，只有一个全局知识库，不能模块化，知识表示单一等。,三、面向对象的程序设计语言SMALLTALK SMALLTALK语言具有以下特征： （1）是一种面向对象的程序设计语言。SMALLTALK的基本且唯一的语言构成成分是“对象”，它既可以是数据，也可以是程序，对象的载体是名字，可通过定义把名字约束为一个对象。具有某些共体的对象组成“类”，类中的每个具体对象称为该类的

9、一个实例。 （2）通过传递信息实现过程调用。在SMALLTALK中，信息是行为的驱动者，信息被传送给对象，对象响应信息，从而完成某些工作，其功能等价于一般程序设计语言中的过程调用。,（3）具有较大的灵活性和可扩充性。SMALLTALK借助于“对象”，这个概念可以模拟现实世界中的各种事物，通过信息传递这种统一机制，它能对信息做生成、存储、检索等各种处理，这就使得它有较大的灵活性和可扩充性。 3.3 专家控制系统 一、直接专家控制器设计 1、直接专家控制系统的结构,2、直接专家控制系统实例 R1：IF |e(t)| M1 and |e(t)|N1, THEN u(t)=f(PID)+u(t-1) R2: IF M1|e(t)| M2 and N1|e(t)|N2 THEN u=Fuzzy control R3: IF e(t)M2 and e(t)N2 THEN u=umax R4: IF e(t)-M2 and e(