專家控制系統(tǒng)課后大作業(yè)

1、5-1什么是專家系統(tǒng)？它具有哪些特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)？專家系統(tǒng)(ExpertSystem)是一個智能計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，其內(nèi)部含有大量的某個領(lǐng)域?qū)＜宜降闹R與經(jīng)驗(yàn)，能夠利用人類專家的知識和解決問題的方法來處理該領(lǐng)域問題。也就是說，專家系統(tǒng)是一個具有大量的專門知識與經(jīng)驗(yàn)的程序系統(tǒng)，它應(yīng)用人工智能技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，根據(jù)某領(lǐng)域一個或多個專家提供的知識和經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行推理和判斷，模擬人類專家的決策過程，以便解決那些需要人類專家處理的復(fù)雜問題。簡而言之，專家系統(tǒng)是一種模擬人類專家解決領(lǐng)域問題的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)。專家系統(tǒng)的特點(diǎn)如下：(1)啟發(fā)性。不僅能使用邏輯知識，也能使用啟發(fā)性知識，它運(yùn)用規(guī)范的專門知識和直覺的評判知識進(jìn)

2、行判斷、推理和聯(lián)想，實(shí)現(xiàn)問題求解；(2)透明性。它使用戶在對專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不了解的情況下，可以進(jìn)行相互交往，并了解知識的內(nèi)容和推理思路，系統(tǒng)還能回答用戶的一些有關(guān)系統(tǒng)自身行為的問題；(3)靈活性。專家系統(tǒng)的知識與推理機(jī)構(gòu)的分離，使系統(tǒng)不斷接納新的知識，從而確保系統(tǒng)內(nèi)知識不斷增長以滿足商業(yè)和研究的需要；(4)實(shí)用性?？砷L期保存人類專家的知識與經(jīng)驗(yàn)，且工作效率高、可靠性好、能匯集眾多專家的特長，達(dá)到高于任何單個專家的水平，是保存、傳播、使用及提高專家知識與經(jīng)驗(yàn)的有效工具；(5)符號操作。與常規(guī)程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和數(shù)字計(jì)算不同，專家系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)符號處理和符號操作。使用符號表示知識，用符號集合表示問題的概念，

3、一個符號是一審程序設(shè)計(jì)，并可用于表示現(xiàn)實(shí)世界中的概念；(6)不確定性推理。領(lǐng)域?qū)＜仪蠼鈫栴}的方法大多數(shù)是經(jīng)驗(yàn)性的，經(jīng)驗(yàn)知識一般用于表示不精確性且存在一定概率的問題。止匕外，其提供的有關(guān)信息往往是不確定的。而專家系統(tǒng)能夠綜合應(yīng)用模糊和不確定的信息與知識進(jìn)行推理；專家系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)如下：(1)專家系統(tǒng)能夠高效率、準(zhǔn)確、周到、迅速和不知疲倦地進(jìn)行工作；(2)專家系統(tǒng)解決實(shí)際問題時不受周圍環(huán)境的影響，也不可能遺漏忘記；(3)軍事專家系統(tǒng)的水平是一個國家國防現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一；(4)專家系統(tǒng)的研制和應(yīng)用，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益；(5)研究專家系統(tǒng)能夠促進(jìn)整個科學(xué)技術(shù)的發(fā)展；(6)能匯集多領(lǐng)域?qū)＜业闹?/p>

4、識和經(jīng)驗(yàn)以及他們協(xié)作解決重大問題的能力；(7)專家系統(tǒng)能促進(jìn)各領(lǐng)域的發(fā)展，它使各領(lǐng)域?qū)＜业膶I(yè)知識和經(jīng)驗(yàn)得到總結(jié)和精煉，能夠廣泛有力地傳播專家的知識、經(jīng)驗(yàn)和能力；(8)可以使專家的專長不受時間和空間的限制，以便于推廣各類珍貴和稀缺的專家知識與經(jīng)驗(yàn)。5-2專家系統(tǒng)由哪些部分構(gòu)成？各部分的作用為何？專家系統(tǒng)通常由人機(jī)交互界面、知識庫、推理機(jī)、解釋器、綜合數(shù)據(jù)庫、知識獲取等6個部分構(gòu)成，專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如下圖所示。(1)知識庫定義：用來存放專家提供的知識，具是問題求解所需要的領(lǐng)域知識的集合，包括基本事實(shí)、規(guī)則和其他有關(guān)信息。知識的表示形式可以是多種多樣的，包括框架、規(guī)則、語義網(wǎng)絡(luò)等等。作用：專家系

5、統(tǒng)的問題求解過程是通過知識庫中的知識來模擬專家的思維方式的，因此，知識庫是專家系統(tǒng)質(zhì)量是否優(yōu)越的關(guān)鍵所在，即知識庫中知識的質(zhì)量和數(shù)量決定著專家系統(tǒng)的質(zhì)量水平。一般來說，用戶可以通過改變、完善知識庫中的知識內(nèi)容來提高專家系統(tǒng)的性能。定義：推理機(jī)是實(shí)施問題求解的核心執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它針對當(dāng)前問題的條件或已知信息，反復(fù)匹配知識庫中的規(guī)則，獲得新的結(jié)論，以得到問題求解結(jié)果并將結(jié)果記錄到動態(tài)庫的適當(dāng)空間中。作用：推理機(jī)用于記憶所采用的規(guī)則和控制策略的程序，使整個專家系統(tǒng)能夠以邏輯方式協(xié)調(diào)地工作。推理機(jī)能夠根據(jù)知識進(jìn)行推理和導(dǎo)出結(jié)論，而不是簡單地搜索現(xiàn)成的答案。(3)人機(jī)界面定義：人機(jī)界面是系統(tǒng)與用戶進(jìn)行交流時

6、的界面。作用：通過該界面，用戶輸入基本信息、回答系統(tǒng)提出的相關(guān)問題，并輸出推理結(jié)果及相關(guān)的解釋等。(4)綜合數(shù)據(jù)庫定義：其也稱為動態(tài)庫或工作存儲器，是反映當(dāng)前問題求解狀態(tài)的集合。作用：綜合數(shù)據(jù)庫專門用于存儲推理過程中所需的原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果和最終結(jié)論，往往是作為暫時的存儲區(qū)。綜合數(shù)據(jù)庫中由各種事實(shí)、命題和關(guān)系組成的狀態(tài)，既是推理機(jī)選用知識的依據(jù)，也是解釋機(jī)制獲得推理路徑的來源。(5)解釋器定義：用于對求解過程做出說明，并回答用戶的提問的機(jī)構(gòu)。作用：解釋器能夠根據(jù)用戶的提問，對結(jié)論、求解過程做出說明，系統(tǒng)通常需要反向跟蹤動態(tài)庫中保存的推理路徑，并把它翻譯成用戶能接受的自然語言表達(dá)方式。(6)知識

7、獲取定義：知識獲取機(jī)是專家系統(tǒng)中把問題求解的各種專門知識從人類專家的頭腦中或其他知識源那里轉(zhuǎn)換到知識庫中的一個重要機(jī)構(gòu)。作用：知識獲取是專家系統(tǒng)知識庫是否優(yōu)越的關(guān)鍵，負(fù)責(zé)建立、修改和擴(kuò)充知識庫，也可以實(shí)現(xiàn)自動學(xué)習(xí)功能。5-3專家系統(tǒng)程序與一般的問題求解軟件程序有何不同？開發(fā)專家系統(tǒng)與開發(fā)其他軟件的任務(wù)有何不同？專家系統(tǒng)程序與一般的問題求解軟件程序的區(qū)別如以下所示：(1) 一般問題程序把問題求解的知識隱含地編入程序，而專家系統(tǒng)則將知識與運(yùn)用知識的過程即推理機(jī)分離。使專家系統(tǒng)具有更大的靈活性，使系統(tǒng)易于修改。(2)傳統(tǒng)程序一般不具有解釋功能，而專家系統(tǒng)一般具有解釋機(jī)構(gòu)，可對自己的行為作出解釋。(3

8、)傳統(tǒng)程序是依據(jù)某一確定的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來求解某一確定的問題，而專家系統(tǒng)是依據(jù)知識和推理來求解問題，其為專家系統(tǒng)與傳統(tǒng)程序的最大區(qū)別。(4)從處理對象來看，傳統(tǒng)程序主要是面向數(shù)值計(jì)算和數(shù)據(jù)處理，而專家系統(tǒng)則面向符號處理。傳統(tǒng)程序處理的數(shù)據(jù)多是精確的，對數(shù)據(jù)的檢索是基于模式的布爾匹配，而專家系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)和知識大多是不精確的、模糊的，知識的模式匹配也多是不精確的。開發(fā)專家系統(tǒng)與開發(fā)其他軟件的任務(wù)的區(qū)別如下所示：(1)對于一般的問題求解軟件程序，知識組織分為數(shù)據(jù)級和程序級兩級：數(shù)據(jù)級和程序級；而大多數(shù)專家系統(tǒng)則將知識組織分為三級：數(shù)據(jù)級、知識庫和控制級。(2)專家系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)主要以知識庫和推理機(jī)

9、為中心，即知識庫+推理機(jī)=系統(tǒng)。而傳統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)是：數(shù)據(jù)+算法=程序，傳統(tǒng)編程技術(shù)開發(fā)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，收集并通過復(fù)雜的算法來處理大量數(shù)據(jù)。(3)專家系統(tǒng)的數(shù)據(jù)級是已經(jīng)解決了的特定問題的說明性知識以及需要求解問題的有關(guān)事件的當(dāng)前狀態(tài)，知識庫級儲備了專家系統(tǒng)的專門知識與經(jīng)驗(yàn)。也就是說，擁有大量知識是專家系統(tǒng)開發(fā)的前提，因而知識表示是設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)的關(guān)鍵。5-4什么叫做專家控制和專家控制系統(tǒng)?專家控制(ExpertControl)是智能控制的一個重要分支,又稱專家智能控制。所謂專家控制，是將專家系統(tǒng)的理論和技術(shù)同控制理論、方法與技術(shù)相結(jié)合，在未知環(huán)境下，仿效專家的經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的控制。專家控制試圖在傳

10、統(tǒng)控制的基礎(chǔ)上“加入”一個富有經(jīng)驗(yàn)的控制工程師，實(shí)現(xiàn)控制的功能，它由知識庫和推理機(jī)構(gòu)構(gòu)成主體框架，通過對控制領(lǐng)域知識(先驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)、動態(tài)信息、目標(biāo)等)的獲取與組織，按某種策略及時地選用恰當(dāng)?shù)囊?guī)則進(jìn)行推理輸出，實(shí)現(xiàn)對實(shí)際對象的控制。(2)專家控制系統(tǒng)專家控制系統(tǒng)主要指的是一個智能計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，其內(nèi)部含有大量的某個領(lǐng)域?qū)＜宜降闹R與經(jīng)驗(yàn)，能夠利用人類專家的知識和解決問題的經(jīng)驗(yàn)方法來處理該領(lǐng)域的高水平難題。它應(yīng)用人工智能技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，根據(jù)某領(lǐng)域一個或多個專家提供的知識和經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行推理和判斷，模擬人類專家的決策過程，以便解決那些需要人類專家才能處理好的復(fù)雜問題。5-5專家控制系統(tǒng)有哪幾種類型？它們

11、有何區(qū)別?專家控制系統(tǒng)分為直接型專家控制器和間接型專家控制器兩類。直接型專家控制器用于取代常規(guī)控制器，直接控制被控對象。該控制器的任務(wù)簡單，但是需要在線實(shí)時控制，因此，其知識表達(dá)和知識庫也較簡單，通常由幾十條產(chǎn)生式規(guī)則構(gòu)成，以便于增刪和修改。其結(jié)構(gòu)如下圖所示。間接型專家控制器是用于和常規(guī)控制器相結(jié)合，組成對被控對象進(jìn)行間接控制的智能控制系統(tǒng)。該控制器能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)化、適應(yīng)、協(xié)調(diào)、組織等高層決策的智能控制。間接型專家控制器可以在線或離線運(yùn)行。具結(jié)構(gòu)如下圖所示。而間接型專家控制器又可以分為以下幾種類型：優(yōu)化型專家控制器：最優(yōu)控制專家知識、經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)運(yùn)用。通過設(shè)定整定值、優(yōu)化控制器參數(shù)，實(shí)現(xiàn)控制性能的靜態(tài)動態(tài)優(yōu)化； 適應(yīng)型專家控制器：自適應(yīng)控制專家知識、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)運(yùn)用。根據(jù)現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)，相應(yīng)調(diào)整控制規(guī)律，校正控制參數(shù)，適應(yīng)對象特性或環(huán)境條件的漂移變化； 協(xié)調(diào)型專家控制器：協(xié)調(diào)控制專家和調(diào)度工程師知識、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)運(yùn)用。用以協(xié)調(diào)局部控制器或各子控制系統(tǒng)的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)全局穩(wěn)定和優(yōu)化； 組織型專家控制器：控制工程組織管理專家、總設(shè)計(jì)師知識的總結(jié)運(yùn)用。組織各種常規(guī)控制器，根據(jù)控制任務(wù)目標(biāo)，構(gòu)成所需的控制系統(tǒng)。(2)兩者區(qū)別直接專家控制系統(tǒng)中，基于知識控制器直接模仿人類專家或人類的認(rèn)知能力，并為控制器設(shè)計(jì)兩種規(guī)則：訓(xùn)練規(guī)則和機(jī)器規(guī)則。訓(xùn)練規(guī)則由一系列產(chǎn)生