機(jī)械故障診斷學(xué) 鐘秉林 第9章專(zhuān)家系統(tǒng)診斷原理

第9章專(zhuān)家系統(tǒng)診斷原理

專(zhuān)家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及功能

推理機(jī)制基于行為的故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)機(jī)械故障診斷理論與方法第2篇基于人工智能的故障診斷技術(shù)2023/1/151內(nèi)容安排

知識(shí)表示與知識(shí)獲取人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與專(zhuān)家系統(tǒng)1.專(zhuān)家系統(tǒng)歷史與現(xiàn)狀作為人工智能一個(gè)重要分支的專(zhuān)家系統(tǒng)（ExpertSystem，ES）是在20世紀(jì)60年代初期產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興的應(yīng)用科學(xué)，而且正隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展而日臻完善和成熟。1982年美國(guó)斯坦福大學(xué)教授費(fèi)根鮑姆給出了專(zhuān)家系統(tǒng)的定義：

專(zhuān)家系統(tǒng)是一種智能的計(jì)算機(jī)程序，這種程序使用知識(shí)與推理過(guò)程，求解那些需要杰出人物的專(zhuān)門(mén)知識(shí)才能求解的復(fù)雜問(wèn)題。一、概述2023/1/152一般認(rèn)為，專(zhuān)家系統(tǒng)就是應(yīng)用于某一專(zhuān)門(mén)領(lǐng)域，由知識(shí)工程師通過(guò)知識(shí)獲取手段，將領(lǐng)域?qū)＜医鉀Q特定領(lǐng)域的知識(shí)，采用某種知識(shí)表示方法編輯或自動(dòng)生成某種特定表示形式，存放在知識(shí)庫(kù)中，然后用戶(hù)通過(guò)人機(jī)接口輸入信息、數(shù)據(jù)或命令，運(yùn)用推理機(jī)構(gòu)控制知識(shí)庫(kù)及整個(gè)系統(tǒng)，能像專(zhuān)家一樣解決困難的和復(fù)雜的實(shí)際問(wèn)題的計(jì)算機(jī)（軟件）系統(tǒng)。專(zhuān)家系統(tǒng)有三個(gè)特點(diǎn)，即：?jiǎn)l(fā)性，能運(yùn)用專(zhuān)家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理和判斷；透明性，能解決本身的推理過(guò)程，能回答用戶(hù)提出的問(wèn)題；靈活性，能不斷地增長(zhǎng)知識(shí)，修改原有的知識(shí)。一、概述2023/1/1531.1初創(chuàng)期人工智能早期工作都是學(xué)術(shù)性的，其程序都是用來(lái)開(kāi)發(fā)游戲的。盡管這些努力產(chǎn)生了如國(guó)際象棋、跳棋等有趣的游戲，但其真實(shí)目的在于計(jì)算機(jī)編碼加入人的推理能力，以達(dá)到更好的理解。在這階段的另一個(gè)重要領(lǐng)域是計(jì)算邏輯。1957年誕生了第一個(gè)自動(dòng)定理證明程序，稱(chēng)為邏輯理論家。20世紀(jì)60年代初，人工智能研究者便集中精力開(kāi)發(fā)通用的方法和技術(shù)，通過(guò)研究一般的方法來(lái)改變知識(shí)的表示和搜索，并且使用它們來(lái)建立專(zhuān)用程序。到了60年代中期，知識(shí)在智能行為中的地位受到了研究者的重視，這就為以專(zhuān)門(mén)知識(shí)為核心、求解具體問(wèn)題的基于知識(shí)的專(zhuān)家系統(tǒng)的產(chǎn)生奠定了思想基礎(chǔ)。 一、概述2023/1/1541965年在美國(guó)國(guó)家航空航天局要求下，斯坦福大學(xué)研制成功了DENRAL系統(tǒng)，DENRAL的初創(chuàng)工作引導(dǎo)人工智能研究者意識(shí)到智能行為不僅依賴(lài)于推理方法，更依賴(lài)于其推理所用的知識(shí)。該系統(tǒng)具有非常豐富的化學(xué)知識(shí)，是根據(jù)質(zhì)譜數(shù)據(jù)幫助化學(xué)家推斷分子結(jié)構(gòu)，被廣泛地應(yīng)用于世界各地的大學(xué)及工業(yè)界的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室。一、概述2023/1/155這個(gè)系統(tǒng)的完成標(biāo)志著專(zhuān)家系統(tǒng)的誕生。在此之后，麻省理工學(xué)院開(kāi)始研制MACSYMA系統(tǒng)，它作為數(shù)學(xué)家的助手使用啟發(fā)式方法變換代數(shù)表達(dá)式，現(xiàn)經(jīng)過(guò)不斷擴(kuò)充，能求解600多種數(shù)學(xué)問(wèn)題，其中包括微積分、解方程和方程組，矩陣運(yùn)算等。同期，還有美國(guó)卡內(nèi)基－梅隆大學(xué)開(kāi)發(fā)的用于語(yǔ)音識(shí)別的專(zhuān)家系統(tǒng)HEARSAY，該系統(tǒng)表明計(jì)算機(jī)在理論上可按編制的程序同用戶(hù)進(jìn)行交談。20世紀(jì)70年代初，匹茲堡大學(xué)的鮑波爾和內(nèi)科醫(yī)生合作研制了第一個(gè)用于醫(yī)療的內(nèi)科病診斷咨詢(xún)系統(tǒng)INTERNIST。這些系統(tǒng)的研制成功使得專(zhuān)家系統(tǒng)受到學(xué)術(shù)界及工程領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。一、概述2023/1/1561.2成熟期到20世紀(jì)70年代中期，專(zhuān)家系統(tǒng)已逐步成熟起來(lái)，其觀點(diǎn)逐漸被人們接受，并先后出現(xiàn)了一批卓有成效的專(zhuān)家系統(tǒng)。其中，最為代表的是肖特立夫等人的MYCIN系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于診斷和治療血液感染和腦炎感染，可給出處方建議（提供抗菌劑治療建議），不但具有很高的性能，而且具有解釋功能和知識(shí)獲取功能。MYCIN系統(tǒng)是專(zhuān)家系統(tǒng)的經(jīng)典之作，它的知識(shí)表示系統(tǒng)用帶有置信度的“IF—THEN”規(guī)則來(lái)表示，并使用不確定性推理方法進(jìn)行推理。MYCIN由LISP語(yǔ)言寫(xiě)成，所有的規(guī)則都表達(dá)成LISP表達(dá)式。它是一個(gè)面向目標(biāo)求解的系統(tǒng)，使用反向推理方法，并利用了很多的啟發(fā)式信息。一、概述2023/1/157另一個(gè)非常成功的專(zhuān)家系統(tǒng)是PROSPCTOR系統(tǒng)，它用于輔助地質(zhì)學(xué)家探測(cè)礦藏，是第一個(gè)取得明顯經(jīng)濟(jì)效益的專(zhuān)家系統(tǒng)。PROSPCTOR的性能據(jù)稱(chēng)完全可以同地質(zhì)學(xué)家相比擬。它在知識(shí)的組織上，運(yùn)用了規(guī)則與語(yǔ)義網(wǎng)相結(jié)合的混合表示方式，在數(shù)據(jù)不確定和不完全的情況下，推理過(guò)程運(yùn)用了一種似然推理技術(shù)。除這些成功實(shí)例以外，在這一時(shí)期另外兩個(gè)影響較大的專(zhuān)家系統(tǒng)是斯坦福大學(xué)研制的AM系統(tǒng)及PUFF系統(tǒng)。AM是一個(gè)用機(jī)器模擬人類(lèi)歸納推理、抽象概念的專(zhuān)家系統(tǒng)，而PUFF是一個(gè)肺功能測(cè)試專(zhuān)家系統(tǒng)，經(jīng)對(duì)多個(gè)實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證，成功率達(dá)93%。

諸多專(zhuān)家系統(tǒng)地成功開(kāi)發(fā)，標(biāo)志著專(zhuān)家系統(tǒng)逐漸走向成熟。一、概述2023/1/1581.3發(fā)展期從20世紀(jì)80年代初，醫(yī)療專(zhuān)家系統(tǒng)占了主流，主要原因是它屬于診斷類(lèi)型且開(kāi)發(fā)比較容易。但是到了80年代中期，專(zhuān)家系統(tǒng)發(fā)展在應(yīng)用上最明顯的特點(diǎn)是出現(xiàn)大量的投入商業(yè)化運(yùn)行的系統(tǒng)，并為各行業(yè)產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。其中一個(gè)著名的例子是DEC公司與卡內(nèi)基－梅隆大學(xué)合作開(kāi)發(fā)的XCON-R1專(zhuān)家系統(tǒng)，它用于輔助數(shù)據(jù)設(shè)備公司（DEC）的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的配置設(shè)計(jì)。它每年為DEC公司節(jié)省數(shù)百萬(wàn)美元。專(zhuān)家系統(tǒng)的應(yīng)用日益廣泛，處理問(wèn)題的難度和復(fù)雜度不斷增大，導(dǎo)致了傳統(tǒng)的專(zhuān)家系統(tǒng)無(wú)法滿足較為復(fù)雜的情況，迫切需要新的技術(shù)去支持。

一、概述2023/1/159從80年代后期開(kāi)始，一方面隨著面向?qū)ο?、神?jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊技術(shù)等新技術(shù)迅速崛起，為專(zhuān)家系統(tǒng)注入了新的活力；另一方面計(jì)算機(jī)的運(yùn)用也越來(lái)越普及，而且對(duì)智能化的要求出越來(lái)越高。由于這些技術(shù)發(fā)展的成熟，并成功運(yùn)用到專(zhuān)家系統(tǒng)之中，使得專(zhuān)家系統(tǒng)得到更廣泛的運(yùn)用。在這期間開(kāi)發(fā)的專(zhuān)家系統(tǒng)按其處理問(wèn)題的類(lèi)型可以分為：解釋型、預(yù)測(cè)型、診斷型、設(shè)計(jì)型、規(guī)劃型、監(jiān)視型、調(diào)試型、修正型、教學(xué)型和控制型。其應(yīng)用領(lǐng)域也涉及到農(nóng)業(yè)、商業(yè)、化學(xué)、通信、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、醫(yī)學(xué)等多個(gè)方面，并已成為常用的解決問(wèn)題的手段之一。一、概述2023/1/15102.在故障診斷中的應(yīng)用專(zhuān)家系統(tǒng)：基于知識(shí)(Knowledge-based)的人工智能系統(tǒng)。專(zhuān)家系統(tǒng)實(shí)質(zhì)是應(yīng)用大量人類(lèi)專(zhuān)家的知識(shí)和推理方法求解復(fù)雜的實(shí)際問(wèn)題的一種人工智能計(jì)算機(jī)程序。專(zhuān)家系統(tǒng)能夠模擬、再現(xiàn)、保存和復(fù)制，有時(shí)還能超過(guò)人類(lèi)專(zhuān)家的腦力勞動(dòng)，是人工智能領(lǐng)域中目前最活躍最成功的一個(gè)分支。就機(jī)械設(shè)備故障診斷而言，專(zhuān)家系統(tǒng)比較適用于復(fù)雜的、比較規(guī)范化的（即只是來(lái)源可以從類(lèi)似機(jī)器獲?。┑拇笮蛣?dòng)態(tài)系統(tǒng)，如針對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組等研發(fā)的診斷專(zhuān)家系統(tǒng)，已經(jīng)在工程實(shí)際中取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。一、概述2023/1/15113.專(zhuān)家系統(tǒng)的分類(lèi)（按推理規(guī)則分）基于規(guī)則的專(zhuān)家系統(tǒng)基于規(guī)則推理（RuleBaseReasoning，RBR）的方法是根據(jù)以往專(zhuān)家診斷的經(jīng)驗(yàn),將其歸納成規(guī)則,通過(guò)啟發(fā)式經(jīng)驗(yàn)知識(shí)進(jìn)行推理。它具有明確的前提，得到確定的結(jié)果。它是構(gòu)建專(zhuān)家系統(tǒng)最常用的方法，這主要?dú)w功于大量的成功實(shí)例和工具的出現(xiàn)。早期的專(zhuān)家系統(tǒng)大多數(shù)是用規(guī)則推理的方法。一、概述2023/1/1512基于案例的專(zhuān)家系統(tǒng)基于案例推理（CaseBasedReasoning，CBR）的方法就是通過(guò)搜索曾經(jīng)成功解決過(guò)的類(lèi)似問(wèn)題，比較新、舊問(wèn)題之間的特征、發(fā)生背景等差異，重新使用或參考以前的知識(shí)和信息，達(dá)到最終解決新問(wèn)題的方法。它起源于1982年美國(guó)學(xué)者RogerSchank，關(guān)于人類(lèi)學(xué)習(xí)和回憶的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)模型的研究工作。一、概述2023/1/1513基于框架的專(zhuān)家系統(tǒng)框架(Frame)是將某類(lèi)對(duì)象的所有知識(shí)組織在一起的一種通用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),而相互關(guān)聯(lián)的框架連接組成框架系統(tǒng)。一、概述2023/1/1514基于模糊邏輯的專(zhuān)家系統(tǒng)模糊理論的概念由美國(guó)加利福尼亞大學(xué)著名教授扎德在他的《FuzzySets》和《FuzzyAlgorithm》等著名論著中首先提出。模糊性是指客觀事物在狀態(tài)及其屬性方面的不分明性，其根源是在類(lèi)似事物間存在一系列過(guò)渡狀態(tài)，它們互相滲透、互相貫通，使得彼此之間沒(méi)有明顯的分界線。一、概述2023/1/1515基于D-S證據(jù)理論的專(zhuān)家系統(tǒng)

D-S證據(jù)理論是由Dempster于1967年提出的，他首先提出了上、下界概率的定義，后由Shafer于1976年加以推廣和發(fā)展，故人們也把證據(jù)理論稱(chēng)為D-S理論?；谌斯ど窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的專(zhuān)家系統(tǒng)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ArtificialNeuralNetwork，ANN）是仿效生物體信息處理系統(tǒng)獲得柔性信息處理能力。它是從20世紀(jì)80年代后期開(kāi)始興起：由理論研究階段發(fā)展到應(yīng)用階段。基于遺傳算法的專(zhuān)家系統(tǒng)遺傳算法（GeneticAlgorithms，GA）是一種基于自然選擇和基因遺傳學(xué)原理的優(yōu)化搜索方法。由美國(guó)JohnH.Holland教授在1975年提出的。一、概述2023/1/15161.一般概念二、專(zhuān)家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及其功能2023/1/1517實(shí)用專(zhuān)家系統(tǒng)框圖特點(diǎn)：專(zhuān)家系統(tǒng)是包含知識(shí)和推理的智能計(jì)算機(jī)程序；求解問(wèn)題的知識(shí)與程序和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分離。增強(qiáng)了系統(tǒng)的適應(yīng)性和靈活性；（vs傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序：求解問(wèn)題的知識(shí)隱含在程序和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中）專(zhuān)家系統(tǒng)通常由5個(gè)基本組成部分：知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)以及解釋程序、知識(shí)獲取程序。二、專(zhuān)家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及其功能2023/1/15182.知識(shí)庫(kù)

知識(shí)庫(kù)是專(zhuān)家系統(tǒng)的核心;

知識(shí)庫(kù)是專(zhuān)家知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)與書(shū)本知識(shí)、常識(shí)的存儲(chǔ)器；專(zhuān)家診斷系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)通常包括：背景知識(shí):背景知識(shí)作為輔助信息，在推理過(guò)程中起著重要作用。如設(shè)備運(yùn)行規(guī)范可以成為診斷過(guò)程中觸發(fā)、激活某一診斷規(guī)則的依據(jù)等。二、專(zhuān)家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及其功能2023/1/1519

診斷知識(shí)

領(lǐng)域?qū)＜以陂L(zhǎng)期的診斷實(shí)踐中積累起來(lái)的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。產(chǎn)生式規(guī)則表達(dá)：IF

<現(xiàn)象>

THEN

<假設(shè)>

WITH

<可信度>現(xiàn)象：觀察到的機(jī)組癥狀；假設(shè)：表示機(jī)組的故障或中間結(jié)論；可信度：表示在觀察到這些“現(xiàn)象”后，推斷機(jī)組具有這類(lèi)故障的可信程度。一般診斷知識(shí)按故障樹(shù)結(jié)構(gòu)分層組織。

二、專(zhuān)家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及其功能2023/1/1520

機(jī)組病例與運(yùn)行檔案

描述機(jī)組以往診斷病例及其安裝維修的記錄情況，它對(duì)如何沿最有可能的故障方向進(jìn)行診斷推理具有很大影響。

過(guò)程性知識(shí)

一系列分析計(jì)算程序，以獨(dú)立的模塊形式存在，在診斷過(guò)程中需要時(shí)被調(diào)用。如在診斷中需要獲取某振動(dòng)信號(hào)關(guān)于轉(zhuǎn)速頻率的譜峰情況，就需調(diào)用FFT頻譜計(jì)算程序。

二、專(zhuān)家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及其功能2023/1/1521

控制性知識(shí)

對(duì)領(lǐng)域知識(shí)起指導(dǎo)作用的知識(shí)，如引導(dǎo)規(guī)則的選擇、控制推理路徑及指明診斷系統(tǒng)在診斷過(guò)程中對(duì)機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行何種分析等。

決策知識(shí)

機(jī)組發(fā)生某故障時(shí)應(yīng)采取的措施。它包括機(jī)組本身的運(yùn)行規(guī)程和領(lǐng)域?qū)＜姨幚碓擃?lèi)故障時(shí)的措施方法，另外，還包括在不能確診某故障時(shí)向用戶(hù)建議應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)何種信號(hào)及注意事項(xiàng)。

二、專(zhuān)家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及其功能2023/1/1522

知識(shí)庫(kù)的結(jié)構(gòu)形式取決于所采用的知識(shí)表示方式，常用的有：邏輯表示、語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示、規(guī)則表示、框架表示和子程序表示等。用產(chǎn)生式規(guī)則表達(dá)知識(shí)的方法是目前專(zhuān)家系統(tǒng)中應(yīng)用最普遍的一種方法。二、專(zhuān)家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及其功能2023/1/15233.數(shù)據(jù)庫(kù)

專(zhuān)家系統(tǒng)中用于存放反映系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)的事實(shí)數(shù)據(jù)的場(chǎng)所。包括：用戶(hù)輸入的事實(shí)、已知的事實(shí)以及推理過(guò)程中得到的中間結(jié)果等。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)：保存推理過(guò)程中，產(chǎn)生的中間結(jié)論（包括最終結(jié)論），以及大量的癥狀信息和推理路徑。

二、專(zhuān)家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及其功能2023/1/15244.推理機(jī)推理機(jī)是專(zhuān)家系統(tǒng)的靈魂，它根據(jù)當(dāng)前輸入信息和過(guò)去歷史情況，激活知識(shí)庫(kù)中的有關(guān)規(guī)則，按一定的推理策略完成證據(jù)與假設(shè)之間的映射關(guān)系。推理過(guò)程中通常需要保存推理軌跡以期對(duì)診斷結(jié)果進(jìn)行解釋推理策略有：正向推理、反向推理和正反向混合推理三種。

二、專(zhuān)家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及其功能2023/1/15255.解釋程序?qū)τ谠\斷結(jié)果，若用戶(hù)有疑問(wèn)或不解，通過(guò)解釋程序?qū)υ\斷結(jié)果、推理路徑和癥狀信息進(jìn)行解釋?zhuān)岣呦到y(tǒng)的透明性和可信性；

包括與系統(tǒng)推理有關(guān)的問(wèn)題和與系統(tǒng)推理無(wú)關(guān)的系統(tǒng)自身的問(wèn)題。6.知識(shí)獲取研究如何把“知識(shí)”從人類(lèi)專(zhuān)家大腦中提取和總結(jié)出來(lái)，并且保證所獲取的知識(shí)間的一致性，它是專(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中的一道關(guān)鍵工序。二、專(zhuān)家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及其功能2023/1/1526

構(gòu)造專(zhuān)家系統(tǒng)時(shí)，要求專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的專(zhuān)家和知識(shí)工程師密切合作，總結(jié)和提取專(zhuān)家領(lǐng)域知識(shí)，把它形式化并編碼存入計(jì)算機(jī)中形成知識(shí)庫(kù)。

但是，專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域知識(shí)是啟發(fā)式的，較難捕捉和描述，專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域?qū)＜彝ǔＩ朴谔峁┦吕涣?xí)慣提供知識(shí)，所以，知識(shí)獲取被公認(rèn)為是專(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)研究中的瓶頸問(wèn)題。二、專(zhuān)家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及其功能2023/1/15271.推理機(jī)制推理：根據(jù)一個(gè)或一些判斷得出另一個(gè)判斷的思維過(guò)程。推理所根據(jù)的判斷，稱(chēng)為前提。由前提得出的判斷，稱(chēng)為結(jié)論。在專(zhuān)家系統(tǒng)中，推理機(jī)利用知識(shí)庫(kù)的知識(shí)，按一定的推理策略去解決當(dāng)前的問(wèn)題。

三、推理機(jī)制2023/1/15282.三段論由且只由三個(gè)性質(zhì)判斷組成，其中兩個(gè)性質(zhì)判斷是前提，另一個(gè)性質(zhì)判斷是結(jié)論。所有的推理系統(tǒng)都是智能系統(tǒng)；

專(zhuān)家系統(tǒng)是推理系統(tǒng)；所以，專(zhuān)家系統(tǒng)是智能系統(tǒng)。大項(xiàng)中項(xiàng)小項(xiàng)三、推理機(jī)制2023/1/15293.基于規(guī)則的演繹前提與結(jié)論之間有必然性聯(lián)系的推理，是演繹推理。前提與結(jié)論之間的這種聯(lián)系可由一般的蘊(yùn)涵表達(dá)式直接表示，成為知識(shí)的規(guī)則。例如，所有的哺乳動(dòng)物都是動(dòng)物，可以寫(xiě)成如下的蘊(yùn)涵式：

(x)[Mammal(x)→Animal(x)]

三、推理機(jī)制2023/1/1530利用規(guī)則進(jìn)行演繹的系統(tǒng)，通常稱(chēng)作基于規(guī)則的演繹系統(tǒng)。常用的演繹推理方法有正向、反向和正反向聯(lián)合三種：

正向演繹系統(tǒng)定義：從一組事實(shí)出發(fā)，不斷嘗試所有可利用的規(guī)則，并在此過(guò)程中不斷加入新事實(shí)，直到獲得包含目標(biāo)公式的結(jié)束條件為止。特點(diǎn)：由數(shù)據(jù)到結(jié)論；

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)策略。三、推理機(jī)制2023/1/1531

反向演繹系統(tǒng)定義：先提出假設(shè)(結(jié)論)，然后去尋找支持這個(gè)假設(shè)的證。特點(diǎn)：由結(jié)論到數(shù)據(jù)；目標(biāo)驅(qū)動(dòng)策略。三、推理機(jī)制2023/1/1532

正反向聯(lián)合演繹系統(tǒng)

正向演繹系統(tǒng)和反向演繹系統(tǒng)的局限：正向系統(tǒng)可以處理任意形式的事實(shí)表達(dá)式，但被限制在目標(biāo)表達(dá)式為由文字析取組成的一些表達(dá)式。反向系統(tǒng)可以處理任意形式的目標(biāo)表達(dá)式，但被限制在事實(shí)表達(dá)式為由文字合取組成的一些表達(dá)式。正反向聯(lián)合演繹，發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，克服其局限性。三、推理機(jī)制2023/1/15334.歸納推理

定義：由個(gè)別的事物或現(xiàn)象推出該類(lèi)事物或現(xiàn)象的普遍性規(guī)律的推理。常見(jiàn)的推理方法：簡(jiǎn)單枚舉法、類(lèi)比法、統(tǒng)計(jì)推理、因果關(guān)系法等五種(契合法、差異法、契合差異并用法、共變法與剩余法)。三、推理機(jī)制2023/1/15345.不精確推理

定義：基于不確定的推理規(guī)則進(jìn)行推理，形成結(jié)論。常見(jiàn)的不精確推理方法：概率論方法可信度方法模糊子集法證據(jù)論方法等。三、推理機(jī)制2023/1/15351.一般概念知識(shí)表示是計(jì)算機(jī)科學(xué)研究的重要領(lǐng)域，智能活動(dòng)過(guò)程主要是一個(gè)獲得應(yīng)用知識(shí)的過(guò)程。智能活動(dòng)的研究范圍：

知識(shí)的獲取、知識(shí)的表示、知識(shí)的應(yīng)用知識(shí)表示的基本要求：

可擴(kuò)充性、簡(jiǎn)明性、明確性等。

知識(shí)表示方法：符號(hào)邏輯法、產(chǎn)生式規(guī)則、框架理論、語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)、特征矢量法、過(guò)程表示法等。四、知識(shí)表示與知識(shí)獲取2023/1/15362.知識(shí)的符號(hào)邏輯表示法優(yōu)點(diǎn)：

邏輯表示的演繹結(jié)果在一定范圍內(nèi)保證正確，而其他知識(shí)表示方案，至今還未達(dá)到這一點(diǎn)。

邏輯表示從現(xiàn)有事實(shí)推導(dǎo)出新事實(shí)的方法可以機(jī)械化。四、知識(shí)表示與知識(shí)獲取2023/1/1537一階謂詞邏輯表示法

一階謂詞邏輯是一種形式語(yǔ)言系統(tǒng)，研究的是假設(shè)與結(jié)論之間的蘊(yùn)含關(guān)系，即用邏輯方法研究推理的規(guī)律。由于它與自然語(yǔ)言相似，故可用來(lái)表示人類(lèi)的某些知識(shí)。四、知識(shí)表示與知識(shí)獲取2023/1/1538P(x,a)：指

x

(某人)的身份為a，a為常量，可以是

teacher,studenut

等；A(y,b)：指y

(某人)的年齡為b；

GE(x,y)：指x≥y；

E(u,e)：指u(某人)的文化程度為e,e可分為high,middle

和primary三擋；S(z,c)：指z的性別為c,c

的取值為male或

female；W(w,d)：指w的工作年限(工齡)為d。四、知識(shí)表示與知識(shí)獲取2023/1/1539例：謂詞：事實(shí)：P(Wang,teacher)：老王的職業(yè)為教師；S(Wang,male)：老王為男性；W(Wang,20)：老王工齡20年。規(guī)則：(1)(x){P(x,teacher)→E(x,high)}：表示：所有的教師都具有大學(xué)以上文化程度(2)("x){E(y,high)→($x)(A(y,x)GE(x,23))}：表示：所有具備大學(xué)文化程度以上的人，年齡一般大于或等于23歲

四、知識(shí)表示與知識(shí)獲取2023/1/1540(3)(z)(v){P(z,teacher)w(z,v)(w)EQ(w,ADD(v,23))→(x)(A(z,x)GE(x,w)}表示：任何一位工齡為v的教員，其年齡一般大于或等于v+23問(wèn)題：老王年齡多大？

四、知識(shí)表示與知識(shí)獲取2023/1/1541回答：推理，

從已知事實(shí)P(Wang,teacher)根據(jù)推理規(guī)則(1)，經(jīng)變量置換{x／Wang}后得:P(Wang,teacher)→E(Wang,high)

即：“老王受過(guò)高等教育”。

由推理規(guī)則(2)，經(jīng)變量置換{y／Wang}后得：

E(Wang,high)→(x)(A(Wang,x)GE(x,23))

即：“老王年齡至少是23歲或23歲以上”四、知識(shí)表示與知識(shí)獲取2023/1/1542

從推理規(guī)則(3)，利用事實(shí)P(Wang,teacher)和

W(Wang,20)，經(jīng)變量置換{z/Wang,v/20}，從另外的推理路線得：

P(Wang,teacher)w(Wang,20)(w)EQ(w,ADD(20,23)) →(x)(A(Wang,x)

GE(x,w)

得知：“老王年齡大于或等于43歲”。四、知識(shí)表示與知識(shí)獲取2023/1/15433.產(chǎn)生式規(guī)則表示法優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)生式規(guī)則之間相互獨(dú)立，有利于系統(tǒng)的修改、擴(kuò)充。如MYCIN醫(yī)學(xué)咨詢(xún)系統(tǒng)。產(chǎn)生式系統(tǒng)中，論域知識(shí)分成兩部分：事實(shí)：靜態(tài)的知識(shí)，如事物、事件和它們之間的關(guān)系；產(chǎn)生式規(guī)則：推理和行為的過(guò)程。由于這類(lèi)系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)中主要存儲(chǔ)的是規(guī)則，所以又稱(chēng)基于規(guī)則的系統(tǒng)。四、知識(shí)表示與知識(shí)獲取2023/1/1544

事實(shí)的表示對(duì)于孤立的事實(shí)，在專(zhuān)家系統(tǒng)中常用(特性－對(duì)象－取值)三元組表示。在謂詞演算中關(guān)系謂詞也常以這種形式表示。如：

(AgeWang-Feng38)(MenWang-FengTrue)(FatherWang-LingWang-Feng)四、知識(shí)表示與知識(shí)獲取2023/1/1545不完全知識(shí)：(判斷，振動(dòng)基頻分量振幅占通頻振幅60％以上，基頻振動(dòng)，0.9)(判斷，主蒸汽壓力低于規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)，主蒸汽壓力低，1.0)上述規(guī)則分別表示：“振動(dòng)基頻分量振幅占通頻振幅60％以上判斷為基頻振動(dòng)”的置信度為90%“主蒸汽壓力低于規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)為主蒸汽壓力低”的置信度為

100%。四、知識(shí)表示與知識(shí)獲取2023/1/1546振動(dòng)峰峰值大

基頻振動(dòng)低頻振動(dòng)二倍頻振動(dòng)廣譜振動(dòng)

不平衡振動(dòng)熱彎曲油膜渦動(dòng)油膜振蕩支承問(wèn)題軸裂紋不對(duì)中摩擦

聯(lián)軸器問(wèn)題初始不平衡零部件脫落......

......汽輪發(fā)電機(jī)組故障樹(shù)

四、知識(shí)表示與知識(shí)獲取2023/1/1547對(duì)于各事實(shí)之間的關(guān)系，常以樹(shù)狀結(jié)構(gòu)來(lái)表示：

規(guī)則的表示

RULE=(<規(guī)則名>(IF<事實(shí)1>；若事實(shí)1成立且

<事實(shí)2>；事實(shí)2成立且┇

<事實(shí)n>)；事實(shí)n成立

(THEN<結(jié)論1>；則結(jié)論1成立且

<結(jié)論2>；結(jié)論2成立且┇

<結(jié)論m>)；結(jié)論m成立四、知識(shí)表示與知識(shí)獲取2023/1/1548規(guī)則2=基頻振動(dòng)

(如果振動(dòng)工頻分量占通頻振幅的比例大于60％0.95；

過(guò)臨界轉(zhuǎn)速對(duì)振幅明顯增大，且相位變化大于100°0.8；

穩(wěn)速時(shí)，相位不隨時(shí)間、負(fù)荷而變化0.8)；

(則為不平衡故障

0.9)；置信度四、知識(shí)表示與知識(shí)獲取2023/1/1549但這種完全獨(dú)立的規(guī)則集雖然增刪、修改容易，但尋找可用規(guī)則時(shí)只能順序進(jìn)行，效率很低。在實(shí)際專(zhuān)家系統(tǒng)中，由于規(guī)則較多，所以總是以某種方式把有關(guān)規(guī)則連接起來(lái)，如建立某種形式的索引文件。這樣既方便查找，又可把規(guī)則存放在磁盤(pán)上，避免把所有規(guī)則調(diào)入內(nèi)存造成內(nèi)存不足等問(wèn)題。例如：四、知識(shí)表示與知識(shí)獲取2023/1/1550對(duì)于油膜振蕩故障，可以有如下規(guī)則：IF(油膜振蕩)THEN(規(guī)則287,288,289,290,291,292,293,294,395)；同樣，對(duì)于決策性知識(shí)，也可用類(lèi)似表示法：IF(油膜振蕩)THEN(決策10,11,12,20,25)；決策序號(hào)規(guī)則序號(hào)四、知識(shí)表示與知識(shí)獲取2023/1/15514.框架理論框架是一種描述某種形態(tài)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它由一組槽所組成。一般，框架有如下形式：《框架名》《槽名1》《側(cè)面名11》(值111，值112，...)《側(cè)面名12》(值121，值122，...)┇《槽名2》《側(cè)面名21》(值211，值212，...)《側(cè)面名22》(值221，值222，...)┇四、知識(shí)表示與知識(shí)獲取2023/1/1552框架可用來(lái)描述動(dòng)作與推測(cè)。例如，在工況監(jiān)視與故障診斷系統(tǒng)中有：動(dòng)作框架類(lèi)型監(jiān)測(cè)動(dòng)作者工況監(jiān)視與故障診斷系統(tǒng)被監(jiān)測(cè)者汽輪發(fā)電機(jī)組可能結(jié)果

情況1框架情況2框架情況3框架四、知識(shí)表示與知識(shí)獲取2023/1/1553情況1框架類(lèi)型描述對(duì)象汽輪發(fā)電機(jī)組反映低壓轉(zhuǎn)子兩側(cè)工頻振動(dòng)大可能結(jié)果低壓轉(zhuǎn)子不平衡或熱彎曲情況2框架類(lèi)型描述對(duì)象汽輪發(fā)電機(jī)組反映各項(xiàng)參數(shù)正?？赡芙Y(jié)果機(jī)組工作正常，繼續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)四、知識(shí)表示與知識(shí)獲取2023/1/1554情況3框架類(lèi)型描述對(duì)象汽輪發(fā)電機(jī)組反映軸振動(dòng)超限值可能結(jié)果報(bào)警，停機(jī)檢修

四、知識(shí)表示與知識(shí)獲取2023/1/1555框架也可以來(lái)描述一個(gè)概念。如：描述軋鋼機(jī)的框架：軋鋼機(jī)框架類(lèi)型用途(初軋機(jī)框架，連軋機(jī)框架...)

規(guī)格(650，850，1150，1700，...)

結(jié)構(gòu)軋輥(軋輥框架)

牌坊(機(jī)架框架)

主傳動(dòng)系統(tǒng)(傳動(dòng)系統(tǒng)框架)

電動(dòng)機(jī)(電動(dòng)機(jī)框架)四、知識(shí)表示與知識(shí)獲取2023/1/1556傳動(dòng)系統(tǒng)框架高速軸軸(帶飛輪，不帶飛輪，…)

聯(lián)軸器(剛性，彈性，…)

小齒輪(漸開(kāi)線，圓孤，…)

軸承(滾動(dòng)，滑動(dòng)，…)低速軸軸(帶動(dòng)一架，帶動(dòng)二架，…)

聯(lián)軸器(齒輪聯(lián)軸器，彈性聯(lián)軸器)

軸承(滾動(dòng)，滑動(dòng)，…)

大齒輪(漸開(kāi)線，圓孤，…)┇四、知識(shí)表示與知識(shí)獲取2023/1/15575.不精確知識(shí)的表示不精確知識(shí)來(lái)源：①知識(shí)并非完全可靠；②知識(shí)不完全；③知識(shí)來(lái)自多個(gè)相沖突的知識(shí)源等；④由于情況的不斷變化，或在對(duì)客觀事物所掌握的信息不完整或不正確的情況下進(jìn)行推論所導(dǎo)出的結(jié)自然也具有不確定性。四、知識(shí)表示與知識(shí)獲取2023/1/1558不精確知識(shí)的表示方法：

Bayes方法模糊集理論決策因子表示法，按因子在決策中所起的作用分成：支持、反對(duì)、充分、矛盾等決策因子。四、知識(shí)表示與知識(shí)獲取2023/1/15596.知識(shí)獲取（機(jī)器學(xué)習(xí)）知識(shí)獲取又稱(chēng)機(jī)器學(xué)習(xí)，是專(zhuān)家系統(tǒng)中不可缺少的一個(gè)組成部分。知識(shí)獲取的理論是機(jī)器學(xué)習(xí)，它主要研究學(xué)習(xí)的計(jì)算理論、學(xué)習(xí)主要方法及其在專(zhuān)家系統(tǒng)中的應(yīng)用。知識(shí)獲取的目的：使系統(tǒng)適應(yīng)不斷變化著的客觀世界。知識(shí)獲取被公認(rèn)為專(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)研究中的瓶頸問(wèn)題。四、知識(shí)表示與知識(shí)獲取2023/1/1560知識(shí)獲取的基本步驟認(rèn)識(shí)階段概念化階段形成化階段實(shí)現(xiàn)階段測(cè)試階段驗(yàn)收階段認(rèn)識(shí)問(wèn)題

的特征找出概念建立關(guān)系設(shè)計(jì)組織結(jié)構(gòu)建立知識(shí)庫(kù)及推理機(jī)制檢驗(yàn)知識(shí)

及系統(tǒng)功能試運(yùn)行提出要求形成概念確定知識(shí)表示及推理的方法原型系統(tǒng)再認(rèn)識(shí)再分析再設(shè)計(jì)再改進(jìn)四、知識(shí)表示與知識(shí)獲取2023/1/1561人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與專(zhuān)家系統(tǒng)專(zhuān)家系統(tǒng)的局限性：知識(shí)獲取的瓶頸；

難于處理多個(gè)領(lǐng)域?qū)＜抑R(shí)間的相互矛盾；

自學(xué)習(xí)能力幾乎沒(méi)有；五、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與專(zhuān)家系統(tǒng)2023/1/1562

窄臺(tái)階效應(yīng)：專(zhuān)家系統(tǒng)能以專(zhuān)家水平處理專(zhuān)家知識(shí)領(lǐng)域以?xún)?nèi)的問(wèn)題，而不能處理專(zhuān)家知識(shí)領(lǐng)域以外的任何問(wèn)題；現(xiàn)有邏輯理論表達(dá)和單一推理機(jī)制