索紅軍

(渭南師范學(xué)院數(shù)學(xué)與信息科學(xué)學(xué)院，陜西渭南714000)

專家系統(tǒng)中產(chǎn)生式規(guī)則研究與分析

索紅軍

(渭南師范學(xué)院數(shù)學(xué)與信息科學(xué)學(xué)院，陜西渭南714000)

文章從專家系統(tǒng)的知識(shí)開始，分析了產(chǎn)生式規(guī)則的表示方法、產(chǎn)生式規(guī)則的優(yōu)缺點(diǎn)等，提出了專家系統(tǒng)中產(chǎn)生式規(guī)則的一致性檢查方法以及產(chǎn)生式規(guī)則的存儲(chǔ)方式，為相關(guān)專家系統(tǒng)應(yīng)用產(chǎn)生式規(guī)則表示知識(shí)的知識(shí)庫組織、管理等提供理論支持.

專家系統(tǒng);產(chǎn)生式;知識(shí);研究;分析

0 引言

專家系統(tǒng)是一種能夠模擬人類思維過程的智能程序，它能借助人類專家的知識(shí)，應(yīng)用一定的推理手段，幫助人類解決特定領(lǐng)域的相關(guān)問題［1］.和人類專家一樣，專家系統(tǒng)要解決問題，必須掌握一定的知識(shí)，而且專家系統(tǒng)掌握的知識(shí)越多，解決問題的能力和質(zhì)量也越高.因此，研究和分析專家系統(tǒng)的知識(shí)表示、管理、維護(hù)等是設(shè)計(jì)分析專家系統(tǒng)的重要內(nèi)容.

1 產(chǎn)生式規(guī)則

知識(shí)是專家系統(tǒng)的核心.專家系統(tǒng)中知識(shí)的不同表示方式不但直接影響專家系統(tǒng)執(zhí)行的效率和解決問題的能力，而且影響將人類專家知識(shí)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)內(nèi)知識(shí)表示的準(zhǔn)確性和方便性［2］.知識(shí)表示就是知識(shí)的符號(hào)化和形式化的過程［3］.目前知識(shí)的表示方法有很多種，其中產(chǎn)生式規(guī)則表示法是在故障診斷專家系統(tǒng)中應(yīng)用較多的一種.

1.1 產(chǎn)生式規(guī)則的基本表示形式

產(chǎn)生式規(guī)則常用于表示具有因果關(guān)系的知識(shí)，它的基本形式是:

其中，X代表前提或原因，Y代表結(jié)論或現(xiàn)象，它表示當(dāng)有前提X的時(shí)候，就一定有結(jié)論Y出現(xiàn).產(chǎn)生式規(guī)則經(jīng)常表示為:

1.2 產(chǎn)生式規(guī)則的樹形表示

產(chǎn)生式規(guī)則也可以用樹形圖來所示.在樹形圖中，子結(jié)點(diǎn)表示前提或原因，父結(jié)點(diǎn)表示結(jié)論或現(xiàn)象.其中當(dāng)多個(gè)前提出現(xiàn)才能導(dǎo)致一個(gè)結(jié)論時(shí)，在多個(gè)表示前提的子結(jié)點(diǎn)間畫上一道弧線，如圖1所示.

圖1表示了產(chǎn)生式規(guī)則:

1.3 產(chǎn)生式規(guī)則表示的優(yōu)缺點(diǎn)

產(chǎn)生式表示法簡(jiǎn)單直觀，與人類的判斷性知識(shí)基本一致，可以方便地表示出原因與結(jié)果，很容易將領(lǐng)域知識(shí)表示為計(jì)算機(jī)內(nèi)知識(shí)，減少在知識(shí)翻譯過程中發(fā)生錯(cuò)誤的可能性;一條產(chǎn)生式規(guī)則可以表示一條具有直接因果關(guān)系的知識(shí)，增加、刪除、修改一條規(guī)則不會(huì)影響到其它產(chǎn)生式規(guī)則，具有很好的獨(dú)立性;產(chǎn)生式規(guī)則也可以表示出模糊知識(shí)，建立起模糊推理鏈;產(chǎn)生式規(guī)則具有相同的格式，方便應(yīng)用統(tǒng)一方法存儲(chǔ)、處理、分析等.

產(chǎn)生式規(guī)則的主要缺點(diǎn)是效率低下.在用產(chǎn)生式表示知識(shí)的專家系統(tǒng)中，推理過程是一種反復(fù)進(jìn)行的“匹配—沖突消解—匹配”的過程.這種推理方式將導(dǎo)致推理及執(zhí)行效率低下.另外那種因果關(guān)系不明顯的知識(shí)用產(chǎn)生式是很難表示的.

2 產(chǎn)生式規(guī)則庫一致性檢測(cè)

專家系統(tǒng)在部署后，隨著系統(tǒng)的運(yùn)行，知識(shí)庫管理系統(tǒng)不停的加入新的規(guī)則知識(shí)，產(chǎn)生式規(guī)則的數(shù)量逐步擴(kuò)大，這會(huì)帶來各種各樣的問題，影響系統(tǒng)的正確判斷，甚至?xí)瞥雠c正確結(jié)果完全相反的結(jié)論，這都是由于知識(shí)庫的不一致性和不完整性帶來的問題［4］.

2.1 循環(huán)規(guī)則檢查

循環(huán)規(guī)則:當(dāng)一組規(guī)則推理時(shí)前提和結(jié)論形成循環(huán)時(shí)，出現(xiàn)循環(huán)的規(guī)則鏈.如X→Y，Y→Z，Z→X就是一條循環(huán)規(guī)則鏈，從任意一條規(guī)則進(jìn)入推理，都會(huì)使推理程序陷入死循環(huán).

循環(huán)規(guī)則的檢查方法是建立一張規(guī)則二維表，列表示前提，行表示結(jié)論，標(biāo)記出相應(yīng)的規(guī)則.檢測(cè)時(shí)，首先從該表中取出結(jié)論是其它規(guī)則前提的規(guī)則，然后從該規(guī)則開始，沿規(guī)則鏈進(jìn)行查找，形成一條規(guī)則鏈，在查找過程中若該規(guī)則鏈上出現(xiàn)前邊已用規(guī)則的前提部分，則說明出現(xiàn)循環(huán)規(guī)則，否則，當(dāng)規(guī)則鏈查找結(jié)束時(shí)也未出現(xiàn)前邊已用規(guī)則的前提部分，則說明沒有循環(huán)規(guī)則.例如，對(duì)于規(guī)則:A→B，B→D，A→C，C→E，E→F，F(xiàn)→G，G→C，B→C，構(gòu)造二維表，見表1 所示.從中可以檢查出 C→E，E→F，F(xiàn)→G，G→C 4 條產(chǎn)生式構(gòu)成循環(huán)規(guī)則.

表1 循環(huán)規(guī)則檢查表

2.2 矛盾規(guī)則檢查

矛盾規(guī)則:相同條件下相同的前提推理出完全相反的結(jié)論，包括直接推出和非直接推出.這樣的規(guī)則稱為矛盾規(guī)則.

矛盾規(guī)則的檢測(cè)方法是找出前提相同的多條規(guī)則，并分別進(jìn)行推理構(gòu)造推理鏈，若在構(gòu)造的過程中發(fā)現(xiàn)相互矛盾的結(jié)論，則說明出現(xiàn)矛盾規(guī)則，而且矛盾規(guī)則是從開始到出現(xiàn)矛盾結(jié)論所用到的規(guī)則.

3 用關(guān)系數(shù)據(jù)庫表示產(chǎn)生式規(guī)則

前邊提到，產(chǎn)生式規(guī)則可以用樹形圖來表示，可以看出，產(chǎn)生式規(guī)則的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一種圖形結(jié)構(gòu)，不能直接用關(guān)系數(shù)據(jù)庫表示，必須進(jìn)行一些必要的轉(zhuǎn)換處理才能存儲(chǔ)到關(guān)系數(shù)據(jù)庫中［5］.具體轉(zhuǎn)換處理方法如下:

(1)將產(chǎn)生式規(guī)則前提中或者關(guān)系的部分進(jìn)行拆分，分解成只含有邏輯“與”關(guān)系的多個(gè)產(chǎn)生式.例如對(duì)于產(chǎn)生式規(guī)則:

分解為下面兩條產(chǎn)生式規(guī)則:

(2)對(duì)結(jié)點(diǎn)進(jìn)行分離，結(jié)點(diǎn)分離原理如圖2所示，形成線性表.

這樣就將圖形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生式轉(zhuǎn)換為線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，方便在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)、管理與組織.

4 結(jié)束語

本文主要分析研究了專家系統(tǒng)中表示因果關(guān)系知識(shí)的產(chǎn)生式規(guī)則，對(duì)產(chǎn)生式規(guī)則的表示形式及優(yōu)缺點(diǎn)做出了分析說明，特別提出了產(chǎn)生式規(guī)則中一致性檢查方法，為知識(shí)庫的維護(hù)管理提供了理論基礎(chǔ).另外還提出了將不規(guī)范圖形結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生式規(guī)則轉(zhuǎn)換為線性結(jié)構(gòu)的方法，解決了應(yīng)用關(guān)系數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)產(chǎn)生式規(guī)則的基本方法，為相關(guān)方面專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)提供理論支持.

［1］蔡瑞英，李長河.人工智能［M］.武漢:武漢理工大學(xué)出版社，2003.122－190，202－203.

［2］G.RILEY.Expert Systems:Principles and Programming［M］.Boston:PWS Publishing Company，2004.

［3］陳偉良.廣義專家系統(tǒng)［M］.北京:北京理工大學(xué)出版社，2005.

［4］敖志剛.人工智能及專家系統(tǒng)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

［5］Joseph Giarratano，Gary Riley.專家系統(tǒng)原理與編程［M］.印鑒，等譯.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

Research and Analysis of Production Rules in Expert System

SUO Hong-jun
(School of Mathematics and Information Science，Weinan Teachers University，Weinan 714000，China)

This paper analyzes the representation of the advantages and disadvantages of production rules from beginning of expert system，and then it proposes expert system production rules consistency checking methods and production rules storing methods for providing theoretical support for knowledge base organization and management on the relevant expert system of application production rules representing knowledge.

expert system;production rule;knowledge;research;analysis

TP182

A

1009—5128(2011)06—0063—03

2011—05—04

渭南師范學(xué)院科研計(jì)劃項(xiàng)目(10YKZ061)

索紅軍(1971—)，男，陜西白水人，渭南師范學(xué)院數(shù)學(xué)與信息科學(xué)學(xué)院副教授，工學(xué)碩士.研究方向:人工智能及計(jì)算機(jī)應(yīng)用.

【責(zé)任編輯 曹 靜】