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(gè)智能計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，其內(nèi)部含有大量的某個(gè)領(lǐng)域?qū)＜宜降闹R(shí)與經(jīng)驗(yàn)，能夠利用人類專家的知識(shí)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(gè)具有大量的專門知識(shí)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(gè)或多個(gè)專家提供的知識(shí)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(jiǎn)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(shí)，也能使用啟發(fā)性知識(shí)，它運(yùn)用規(guī)范的專門知識(shí)和直覺的評(píng)判知識(shí)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(duì)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(shí)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(shí)與推理機(jī)構(gòu)的分離，使系統(tǒng)不斷接納新的知識(shí)，從而確保系統(tǒng)內(nèi)知識(shí)不斷增長(zhǎng)以滿足商業(yè)和研究的需要；(4)實(shí)用性。可長(zhǎng)期保存人類專家的知識(shí)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(zhǎng)，達(dá)到高于任何單個(gè)專家的水平，是保存、傳播、使用及提高專家知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的有效工具；(5)符號(hào)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(hào)處理和符號(hào)操作。使用符號(hào)表示知識(shí)，用符號(hào)集合表示問題的概念，

3、一個(gè)符號(hào)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(shí)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(shí)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(shí)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(gè)國(guó)家國(guó)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(huì)效益；(5)研究專家系統(tǒng)能夠促進(jìn)整個(gè)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展；(6)能匯集多領(lǐng)域?qū)＜业闹?/p>

4、識(shí)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(shí)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(shí)、經(jīng)驗(yàn)和能力；(8)可以使專家的專長(zhǎng)不受時(shí)間和空間的限制，以便于推廣各類珍貴和稀缺的專家知識(shí)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(shí)庫、推理機(jī)、解釋器、綜合數(shù)據(jù)庫、知識(shí)獲取等6個(gè)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(shí)庫定義：用來存放專家提供的知識(shí)，具是問題求解所需要的領(lǐng)域知識(shí)的集合，包括基本事實(shí)、規(guī)則和其他有關(guān)信息。知識(shí)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(shí)庫中的知識(shí)來模擬專家的思維方式的，因此，知識(shí)庫是專家系統(tǒng)質(zhì)量是否優(yōu)越的關(guān)鍵所在，即知識(shí)庫中知識(shí)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(shí)庫中的知識(shí)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(duì)當(dāng)前問題的條件或已知信息，反復(fù)匹配知識(shí)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(dòng)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(gè)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(shí)進(jìn)行推理和導(dǎo)出結(jié)論，而不是簡(jiǎn)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(shí)

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(dòng)態(tài)庫或工作存儲(chǔ)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(chǔ)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(shí)的存儲(chǔ)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(shí)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(duì)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(duì)結(jié)論、求解過程做出說明，系統(tǒng)通常需要反向跟蹤動(dòng)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(shí)

7、獲取定義：知識(shí)獲取機(jī)是專家系統(tǒng)中把問題求解的各種專門知識(shí)從人類專家的頭腦中或其他知識(shí)源那里轉(zhuǎn)換到知識(shí)庫中的一個(gè)重要機(jī)構(gòu)。作用：知識(shí)獲取是專家系統(tǒng)知識(shí)庫是否優(yōu)越的關(guān)鍵，負(fù)責(zé)建立、修改和擴(kuò)充知識(shí)庫，也可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(shí)隱含地編入程序，而專家系統(tǒng)則將知識(shí)與運(yùn)用知識(shí)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(duì)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(shí)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(duì)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(hào)處理。傳統(tǒng)程序處理的數(shù)據(jù)多是精確的，對(duì)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(shí)大多是不精確的、模糊的，知識(shí)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(duì)于一般的問題求解軟件程序，知識(shí)組織分為數(shù)據(jù)級(jí)和程序級(jí)兩級(jí)：數(shù)據(jù)級(jí)和程序級(jí)；而大多數(shù)專家系統(tǒng)則將知識(shí)組織分為三級(jí)：數(shù)據(jù)級(jí)、知識(shí)庫和控制級(jí)。(2)專家系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)主要以知識(shí)庫和推理機(jī)

9、為中心，即知識(shí)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(jí)是已經(jīng)解決了的特定問題的說明性知識(shí)以及需要求解問題的有關(guān)事件的當(dāng)前狀態(tài)，知識(shí)庫級(jí)儲(chǔ)備了專家系統(tǒng)的專門知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)。也就是說，擁有大量知識(shí)是專家系統(tǒng)開發(fā)的前提，因而知識(shí)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(gè)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(duì)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(gè)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(shí)庫和推理機(jī)構(gòu)構(gòu)成主體框架，通過對(duì)控制領(lǐng)域知識(shí)(先驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)、動(dòng)態(tài)信息、目標(biāo)等)的獲取與組織，按某種策略及時(shí)地選用恰當(dāng)?shù)囊?guī)則進(jìn)行推理輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際對(duì)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(gè)智能計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，其內(nèi)部含有大量的某個(gè)領(lǐng)域?qū)＜宜降闹R(shí)與經(jīng)驗(yàn)，能夠利用人類專家的知識(shí)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(gè)或多個(gè)專家提供的知識(shí)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(duì)象。該控制器的任務(wù)簡(jiǎn)單，但是需要在線實(shí)時(shí)控制，因此，其知識(shí)表達(dá)和知識(shí)庫也較簡(jiǎn)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(duì)被控對(duì)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(shí)、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(dòng)態(tài)優(yōu)化； 適應(yīng)型專家控制器：自適應(yīng)控制專家知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)運(yùn)用。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(duì)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(shí)、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(shí)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(shí)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