智能控制技术(第2章-专家系统与专家控制系统)

智能控制技术智能控制技术(第第2 2章章-专专家系统与专家控制系统家系统与专家控制系统)在在传传统统控控制制系系统统中中，系系统统的的运运行行排排斥斥了了人人的的干干预预，人人-机机之之间间缺缺乏乏交交互互。控控制制器器对对被被控控对对象象在在环环境境中中的的参参数数、结结构构的的变变化化缺缺乏应变能力。乏应变能力。传传统统控控制制理理论论的的不不足足，在在于于它它必必须须依依赖赖于于被被控控对对象象严严格格的的数数学学模模型型，试试图图对对精精确确模模型型来来求求取取最最优优的的控控制制效效果果。而而实实际际的的被被控控对对象存在着许多难以建模的因素。象存在着许多难以建模的因素。上上世世纪纪80年年代代初初，人人工工智智能能中中专专家家系系统统的的思思想想和和方方法法开开始始被被引引入入控控制制系系统统的的研研究究和和工程应用中。工程应用中。专专家家系系统统能能处处理理定定性性的的、启启发发式式或或不不确确定定的的知知识识信信息息，经经过过各各种种推推理理来来达达到到系系统统的的任任务务目目标标。专专家家系系统统为为解解决决传传统统控控制制理理论论的的局局限限性性提提供供了了重重要要的的启启示示，二二者者的的结结合合导导致致了专家控制这一方法。了专家控制这一方法。2.1概述概述2.1.1、什么是专家系统、什么是专家系统1定义定义专专家家系系统统是是一一类类包包含含知知识识和和推推理理的的智智能能计计算算机机程程序序，其其内内部部包包含含某某领领域域专专家家水水平平的的知识和经验，具有解决专门问题的能力。知识和经验，具有解决专门问题的能力。2.1.2专家系统的发展历程专家系统的发展历程分为四个阶段：分为四个阶段：（1）孕期期（）孕期期（1965年以前）年以前）专家系统历史的一些重要事件专家系统历史的一些重要事件1956年人工智能诞生；年人工智能诞生；两两项项历历史史意意义义的的突突破破：LT系系统统与与西西洋洋跳跳棋棋程程序；序；1957年开始通用问题求解程序年开始通用问题求解程序GPS.(2)初创期（初创期（1965-1971年）年）第第 一一 代代 专专 家家 系系 统统 DENLDRA和和MACSMA的的出出现现，标标志志着着专专家家系系统统的的诞诞生生。其其中中DENLDRA为为推推断断化化学学分分子子结结构构的的专专家家系系统统，由由专专家家系系统统的的奠奠基基人人，Stanford大大学学计计算算机机系系的的Feigenbaum教教授授及及其其研研究究小小组组研研制制。MACSMA为为用用于于数数学学运运算算的的数数学学专专家家系系统统，由由麻麻省省理理工工学院完成。学院完成。（3）成熟期（）成熟期（1972-1977年）：年）：在在此此期期间间斯斯坦坦福福大大学学研研究究开开发发了了最最著著名名的的专专家家系系统统-血血液液感感染染病病诊诊断断专专家家系系统统MYCIN，标标志志专专家家系系统统从从理理论论走走向向应应用用。另另一一个个著著名名的的专专家家系系统统-语语音音识识别别专专家家系系统统HEARSAY的的出出现现，标标志志着着专专家家系系统统的的理理论走向成熟。论走向成熟。（4）发展期（）发展期（1978-现在）现在）在在此此期期间间，专专家家系系统统走走向向应应用用领领域域，专专家家系系统统的的数数量量增增加加，仅仅1987年年研研制制成成功的专家系统就有功的专家系统就有1000种。种。专专家家系系统统可可以以解解决决的的问问题题一一般般包包括括解解释释、预预测测、设设计计、规规划划、监监视视、修修理理、指指导导和和控控制制等等。目目前前，专专家家系系统统已已经经广广泛泛地地应应用用于于医医疗疗诊诊断断、语语音音识识别别、图图象象处处理理、金金融融决决策策、地地质质勘勘探探、石石油油化化工工、教学、军事、计算机设计等领域。教学、军事、计算机设计等领域。2.2、专家系统的基本结构与实现、专家系统的基本结构与实现专家系统主要由知识库和推理机构专家系统主要由知识库和推理机构成，专家系统的结构如图成，专家系统的结构如图2-4所示。所示。专家系统的结构专家系统的结构用户用户人机接口人机接口人机接口人机接口领域专家领域专家知识工程师知识工程师解释机构解释机构解释机构解释机构知识获取机构知识获取机构知识获取机构知识获取机构数据库数据库数据库数据库推理机推理机推理机推理机知识库知识库知识库知识库专专家家系系统统核核心心1知识库知识库知识库包含三类知识：知识库包含三类知识：（1）基于专家经验的判断性规则；）基于专家经验的判断性规则；（2）用于推理、问题求解的控制性规则；）用于推理、问题求解的控制性规则；（3）用用于于说说明明问问题题的的状状态态、事事实实和和概概念念以及当前的条件和常识等的数据。以及当前的条件和常识等的数据。知知识识库库包包含含多多种种功功能能模模块块，主主要要有有知知识识查查询询、检检索索、增增删删、修修改改和和扩扩充充等等。知知识识库库通通过过人人机机接接口口与与领领域域专专家家相沟通，实现知识的获取。相沟通，实现知识的获取。2推理机推理机推推理理机机是是用用于于对对知知识识库库中中的的知知识识进进行行推推理理来来得得到到结结论论的的“思思维维”机机构构。推推理理机机包包括括三三种推理方式：种推理方式：（1）正正向向推推理理：从从原原始始数数据据和和已已知知条条件件得得到结论；到结论；（2）反反向向推推理理：先先提提出出假假设设的的结结论论，然然后后寻找支持的证据，若证据存在，则假设成立；寻找支持的证据，若证据存在，则假设成立；（3）双双向向推推理理：运运用用正正向向推推理理提提出出假假设设的的结论，运用反向推理来证实假设。结论，运用反向推理来证实假设。3知识的表示知识的表示常常用用的的知知识识表表示示方方法法为为：产产生生式式规规则则，框框架架，语语义义网网络络，过过程程。其其中中产产生生式式规规则则是是专专家家系系统统最最流流行行的的表表达达方方法法。由由产产生生式式规规则则表表示示的的专专家家系系统统又又称称为为基基于于规规则则的的系系统或产生式系统。统或产生式系统。产生式规则的表达方式为：产生式规则的表达方式为：IFETHENHWITHCF(E,H)其其中中，E表表示示规规则则的的前前提提条条件件，即即证证据据，它它可可以以是是单单独独命命题题，也也可可以以是是复复合合命命题题；H表表示示规规则则的的结结论论部部分分，即即假假设设，也也是是命命题题；CF（CertaintyFactor）为为规规则则的的强强度度，反反映映当当前前提提为为真真时时，规规则则对对结结论的影响程度。论的影响程度。4专家系统开发语言专家系统开发语言（1）C语语言言，人人工工智智能能语语言言（如如Prolog，Lisp等）；等）；（2）专专家家系系统统开开发发工工具具：已已经经建建好好的的专专家家系系统统框框架架，包包括括知知识识表表达达和和推推理理机机。在在运运用用专专家家系系统统开开发发工工具具开开发发专专家家系系统统时，只需要加入领域知识。时，只需要加入领域知识。2.2.2专家系统的实现专家系统的实现1、专家系统的建立原则、专家系统的建立原则l知知识识与与知知识识处处理理机机构构分分开开和和互互相相独独立的原则立的原则l按系统功能实现模块化构造的原则按系统功能实现模块化构造的原则l交互性原则交互性原则2、专家系统的建立步骤、专家系统的建立步骤l问题选择和定义阶段问题选择和定义阶段l原型构造阶段原型构造阶段l规划和设计阶段规划和设计阶段l实实施施阶阶段段、测测试试和和评评介介阶阶段段以以及及集集成和维护阶段成和维护阶段l测试和评价阶段测试和评价阶段l集成和维护阶段集成和维护阶段（1）知识库的设计）知识库的设计确确定定知知识识类类型型：叙叙述述性性知知识识，过过程程性性知知识，控制性知识；识，控制性知识；确定知识表达方法；确定知识表达方法；知知识识库库管管理理系系统统的的设设计计：实实现现规规则则的的保保存、编辑、删除、增加、搜索等功能。存、编辑、删除、增加、搜索等功能。（2）推理机的设计）推理机的设计选择推理方式；选择推理方式；选选择择推推理理算算法法：选选择择各各种种搜搜索索算算法法，如如深深度度优优先先搜搜索索、广广度度优优先先搜搜索索、启启发发式式优优先搜索等。先搜索等。（3）人）人机接口的设计机接口的设计设设计计“用用户户专专家家系系统统接接口口”：用用于于咨咨询理解和结论解释；询理解和结论解释；设设计计“专专家家专专家家系系统统接接口口”：用用于于知知识库扩充及系统维护。识库扩充及系统维护。2.3专家控制系统的设计方法专家控制系统的设计方法（1）专家控制系统的概念与分类）专家控制系统的概念与分类（2）专家控制系统的设计结构）专家控制系统的设计结构（3）专家控制系统的开发步骤）专家控制系统的开发步骤（4）知识的获取与表示）知识的获取与表示（5）推理机制）推理机制2.3.1专家控制系统概念、分类专家控制系统概念、分类一、概述一、概述瑞瑞典典学学者者K.J.Astrom在在1983年年首首先先把把人人工工智智能能中中的的专专家家系系统统引引入入智智能能控控制制领领域域，于于1986年年提提出出“专专家家控控制制”的概念，构成一种智能控制方法。的概念，构成一种智能控制方法。专专家家控控制制（ExpertControl）是是智智能能控控制制的的一一个个重重要要分分支支，又又称称专专家家智智能能控控制制。所所谓谓专专家家控控制制，是是将将专专家家系系统统的的理理论论和和技技术术同同控控制制理理论论、方方法法与与技技术术相相结结合合，在在未未知知环环境境下下，仿仿效效专专家家的的经经验验，实实现现对系统的控制。对系统的控制。专家控制试图在传统控制的基础上专家控制试图在传统控制的基础上“加加入入”一个富有经验的控制工程师，实现控一个富有经验的控制工程师，实现控制的功能，它由知识库和推理机构构成主制的功能，它由知识库和推理机构构成主体框架，通过对控制领域知识（先验经验、体框架，通过对控制领域知识（先验经验、动态信息、目标等）的获取与组织，按某动态信息、目标等）的获取与组织，按某种策略及时地选用恰当的规则进行推理输种策略及时地选用恰当的规则进行推理输出，实现对实际对象的控制。出，实现对实际对象的控制。二、基本原理二、基本原理 1结构结构专家控制的基本结构如下图所示。专家控制的基本结构如下图所示。知识库知识库知识库知识库实时实时实时实时推理机推理机推理机推理机A/DA/D被控被控被控被控对象对象对象对象D/AD/A控制控制控制控制算法库算法库算法库算法库专家控制的结构专家控制的结构专家控制的结构专家控制的结构 2功能功能（1）能能够够满满足足任任意意动动态态过过程程的的控控制制需需要要，尤尤其其适适用用于于带带有有时时变变、非非线线性性和和强强干干扰扰的的控制；控制；（2）控制过程可以利用对象的先验知识；）控制过程可以利用对象的先验知识；（3）通通过过修修改改、增增加加控控制制规规则则，可可不不断断积累知识，改进控制性能；积累知识，改进控制性能；（4）可可以以定定性性地地描描述述控控制制系系统统的的性性能能，如如“超调小超调小”、“偏差增大偏差增大”等；等；（5）对控制性能可进行解释；）对控制性能可进行解释；（6）可可通通过过对对控控制制闭闭环环中中的的单单元元进进行行故故障检测来获取经验规则。障检测来获取经验规则。3.与专家系统的区别与专家系统的区别专专家家控控制制引引入入了了专专家家系系统统的的思思想想，但但与与专家系统存在区别：专家系统存在区别：（1）专专家家系系统统能能完完成成专专门门领领域域的的功功能能，辅辅助助用用户户决决策策；专专家家控控制制能能进进行行独独立立的的、实实时时的的自自动动决决策策。专专家家控控制制比比专专家家系系统统对对可靠性和抗干扰性有着更高的要求。可靠性和抗干扰性有着更高的要求。（2）专专家家系系统统处处于于离离线线工工作作方方式式，而而专专家家控控制制要要求求在在线线获获取取反反馈馈信信息息，即即要求在线工作方式。要求在线工作方式。4.分类分类按按专专家家控控制制在在控控制制系系统统中中的的作作用用和和功功能，可将专家控制器分为以下两种类型：能，可将专家控制器分为以下两种类型：(1)直接型专家控制器直接型专家控制器直直接接专专家家控控制制器器用用于于取取代代常常规规控控制制器器，直直接接控控制制生生产产过过程程或或被被控控对对象象。具具有有模模拟拟（或或延延伸伸，扩扩展展）操操作作工工人人智智能能的的功功能能。该该控控制制器器的的任任务务和和功功能能相相对对比比较较简简单单，但但是是需需要要在在线线、实实时时控控制制。因因此此，其其知知识识表表达达和和知知识识库库也也较较简简单单，通通常常由由几几十十条条产产生生式式规规则则构构成，以便于增删和修改。成，以便于增删和修改。直直接接型型专专家家控控制制器器的的示示意意图图见见图图中中的的虚虚线线所示。所示。知识库知识库知识库知识库信息获信息获信息获信息获取与处取与处取与处取与处理理理理推推推推 理理理理机机机机 构构构构被被被被 控控控控对对对对 象象象象传感器传感器传感器传感器控制控制控制控制规则规则规则规则库库库库直接型直接型直接型直接型专家控制器专家控制器专家控制器专家控制器直接型专家控制器直接型专家控制器(2)间接型专家控制器间接型专家控制器间间接接型型专专家家控控制制器器用用于于和和常常规规控控制制器器相相结结合合，组组成成对对生生产产过过程程或或被被控控对对象象进进行行间间接接控控制制的的智智能能控控制制系系统统。具具有有模模拟拟（或或延延伸伸，扩扩展展）控控制制工工程程师师智智能能的的功功能能。该该控控制制器器能能够够实实现现优优化化适适应应、协协调调、组组织织等等高高层层决决策策的的智智能能控控制制。按按照照高高层层决决策策功功能能的的性性质质，间间接接型型专专家家控控制制器器可可分分为为以以下下几几种种类型：类型：优优化化型型专专家家控控制制器器：是是基基于于最最优优控控制制专专家家的的知知识识和和经经验验的的总总结结和和运运用用。通通过过设设置置整整定定值值、优优化化控控制制参参数数或或控控制制器器，实现控制器的静态或动态优化。实现控制器的静态或动态优化。适适应应型型专专家家控控制制器器：是是基基于于自自适适应应控控制制专专家家的的知知识识和和经经验验的的总总结结和和运运用用。根根据据现现场场运运行行状状态态和和测测试试数数据据，相相应应地地调调整整控控制制规规律律，校校正正控控制制参参数数，修修改改整整定定值值或或控控制制器器，适适应应生生产产过过程程、对对象象特特性性或环境条件的漂移和变化。或环境条件的漂移和变化。协协调调型型专专家家控控制制器器：是是基基于于协协调调控控制制专专家家和和调调度度工工程程师师的的知知识识和和经经验验的的总总结结和和运运用用。用用以以协协调调局局部部控控制制器器或或各各子子控控制制系系统的运行，实现大系统的全局稳定和优化。统的运行，实现大系统的全局稳定和优化。组组织织型型专专家家控控制制器器：是是基基于于控控制制工工程程的的组组织织管管理理专专家家或或总总设设计计师师的的知知识识和和经经验验的的总总结结和和运运用用。用用以以组组织织各各种种常常规规控控制制器器，根根据据控控制制任任务务的的目目标标和和要要求求，构构成成所所需需要要的控制系统。的控制系统。间间接接型型专专家家控控制制器器可可以以在在线线或或离离线线运运行行。通通常常，优优化化型型、适适应应型型需需要要在在线线、实实时时、联联机机运运行行。协协调调型型、组组织织型型可可以以离离线线、非非实实时时运运行行，作作为为相相应应的的计计算算机机辅助系统。辅助系统。间接型专家控制器的示意图如图所示。间接型专家控制器的示意图如图所示。专家控制专家控制专家控制专家控制器器器器被被被被 控控控控对对对对 象象象象传感器传感器传感器传感器控制算法控制算法控制算法控制算法特征提取特征提取特征提取特征提取间接型专家控制器间接型专家控制器间接型专家控制器间接型专家控制器2.3.4知识的获取与表示知识的获取与表示n知识表示知识表示就是知识的形式化，就是研究用机就是知识的形式化，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。2.3.4知识的获取与表示知识的获取与表示1 1、产生式规则表示法、产生式规则表示法1、产生式规则表示法、产生式规则表示法n规则库：规则库：存放了若干规则，每条产生式规则存放了若干规则，每条产生式规则是一个以是一个以“如果满足这个条件，就应当采取如果满足这个条件，就应当采取这个操作这个操作”形式表示的语句。形式表示的语句。n数据库：数据库：是产生式规则注意的中心，每个产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准备好的条件。前数据库内必须准备好的条件。n控制器控制器：是说明下一步应该选用什么规则，是说明下一步应该选用什么规则，也就是如何运用规则。通常从选择规则到执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：行规则分成三步：匹配匹配、冲突解决冲突解决和和操作操作。2.3.4知识的获取与表示知识的获取与表示2 2、状态空间表示法、状态空间表示法n状态空间表示法状态空间表示法是知识表达的基本方法。是知识表达的基本方法。n状状态态空空间间是是利利用用状状态态变变量量和和操操作作符符号号，表表示示系系统统或或问问题题的的有有关关知知识识的的符符号号体体系系，通常可以用三元组来表示：通常可以用三元组来表示：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，表示目标状态，F F表示操作。表示操作。2.3.4知识的获取与表示知识的获取与表示3 3、框架表示法、框架表示法n框架框架是一个嵌套的连接表，用于表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达问题的状态和操作过程及其相互联系。联系。n框架系统的框架系统的嵌套式结构嵌套式结构便于表达不便于表达不同层次的知识。通过扩充子框架，同层次的知识。通过扩充子框架，可以进一步描述问题的细节。可以进一步描述问题的细节。3、框架表示法、框架表示法n框架的结构框架的结构（）（）（）（）（）（）（）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，加到一个一个父节点和它的一组后继节点，加到一个节点上的节点上的“与与”或或“或或”标记取决于该节点标记取决于该节点对其父节点的关系。对其父节点的关系。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。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。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，图中的起始节点对单一问题或问题集合，图中的起始节点对应总问题。应总问题。对应于本原问题的节点为叶节点，它没对应于本原问题的节点为叶节点，它没有后裔。有后裔。对于把算符（与操作或操作）应用于对于把算符（与操作或操作）应用于问题问题A的每种可能情况，都把问题变换为的每种可能情况，都把问题变换为一个子问题集合；有向弧线自一个子问题集合；有向弧线自A指向后继指向后继节点，表示所求得的子问题集合。节点，表示所求得的子问题集合。2.3.4知识的获取与表示知识的获取与表示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，协大量不同表达的知识，并能提供组织，协调，应用这些知识的手段。这种模型采用调，应用这些知识的手段。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一个满意的解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它在控的过程。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。5 5、黑板模型结构、黑板模型结构 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。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。2.3.4知识的获取与表示知识的获取与表示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。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。2.3.5推理机制推理机制 n推理是指依据一定的原则从已有的事实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推出结论的过程，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。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算机或智能机器中，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，进行机器思维，求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过程。解问题，实现知识推理的智能操作过程。n在专家系统中，可以依据专家所具有的在专家系统中，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，而知知识的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。识推理技术同知识表示方法有密切关系。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为图搜索方法图搜索方法和和逻辑论证方法逻辑论证方法两类。两类。2 2、根据问题求解的推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性知识，知识推理方法可分为启发推理启发推理和和非启非启发推理发推理两类。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知识推理方法可分为精确推理精确推理和和不精确推理不精确推理两两类。类。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关系，知识推理方法可分为演绎推理演绎推理、归纳推归纳推理理两类。两类。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知识推理方法可分为正向推理正向推理、反向推理反向推理和正和正反向混合推理三类。反向混合推理三类。正向推理正向推理反向推理反向推理宽度优先搜索宽度优先搜索所谓所谓宽度优先搜索宽度优先搜索方法是按方法是按“最早产生的节最早产生的节点优先扩展点优先扩展”的搜索方法。具体地说，搜索的搜索方法。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后，这一层的节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，节点的扩展是点才能开始检查，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，它能保证最终找到最短的解答序解答的话，它能保证最终找到最短的解答序列。列。宽度优先搜索宽度优先搜索深度优先搜索深度优先搜索所谓所谓深度优先搜索深度优先搜索方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。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、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，这种推理称为逻辑关系，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事实，根据不充分的证据和不完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，这种推理称为不精确推理。全的知识进行推理，这种推理称为不精确推理。应该指出，所谓不精确推理不是要使推理变得不应该指出，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前已有的精确推理精确，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方式，以便得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。不精确推理又称非精确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家知性推理，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。三、专家控制的关键技术及特点三、专家控制的关键技术及特点1专家控制的关键技术专家控制的关键技术(1)知识的表达方法；知识的表达方法；(2)从从传传感感器器中中识识别别和和获获取取定定量量的的控控制制信号；信号；(3)将定性知识转化为定量的控制信号；将定性知识转化为定量的控制信号；(4)控制知识和控制规则的获取。控制知识和控制规则的获取。2专家控制的特点专家控制的特点（1）灵灵活活性性：根根据据系系统统的的工工作作状状态态及及误误差差情况，可灵活地选取相应的控制律；情况，可灵活地选取相应的控制律；（2）适适应应性性：能能根根据据专专家家知知识识和和经经验验，调调整整控控制制器器的的参参数数，适适应应对对象象特特性性及及环环境境的的变化；变化；（3）鲁鲁棒棒性性：通通过过利利用用专专家家规规则则，系系统统可可以在非线性、大偏差下可靠地工作。以在非线性、大偏差下可靠地工作。结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！65