第10章 专家控制系统设计
所谓的专家控制，是指将专家系统的理 论和技术与控制理论方法和技术相结合，仿 效专家的智能，实现对较为复杂问题的控制。
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10.1 专家控制系统的知识表示
知识表示就是知识的形式化，就是研究用机 器表示知识的可行的、有效的、通用的原则和方 法。目前常用的知识表示方法有：语义网络法、 产生式规则、框架表示法、与或图法、过程表示 法、黑板结构、Petri网络法、神经网络等。
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框架的一般形式是： （<框架名>） （<槽1>）（<侧面1>）（<值1>） （<值2>） ┇） （<侧面2>）（<值1>） （<值2>） ┇） ┇） （<槽2>）（<侧面1>）（<值1>） （<值2>） ┇） （<侧面2>）（<值1>） （<值2>） ┇） ┇） ┇）
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(1) 匹配 把数据库和规则的条件部分相匹配。如果 两者完全匹配，则把这条规则称为触发规则 当按规 则的操作部分去执行时，把这条规则称为被启用规 则。被触发的规则不一定总是被启用的规则。因为 可能同时有几条规则的条件部分被满足。
(2) 冲突解决 当有一个以上的规则条件部分和当前 数据库相匹配时，就需要决定首先使用哪一规则， 这称为冲突解决。
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框架表示法有以下特点： (1) 结构性 它善于表达结构性知识， (2) 统一性 框架把各种类型的知识用相同的数据结 构表示，所以框架式可以适合作为知识的统一表示 模型。
(3) 经济性 由于采用层次知识表示，因此下层框架 可以继承上层框架的槽性，而且可以补充、修改， 减少了知识的冗余，具有很好的经济性。
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框架表示法也是一种结构化知识表示法，它 适合描述比较复杂的状态。框架的顶层是框架名， 用以指称某个概念、对象或事件，其下层由若干 个称为槽的结构组成，每个槽都由槽名和槽值这 两部分组成。对于一个比较复杂一些的框架，槽 还可以分为若干侧面，每个侧面由侧面名和侧面 值组成无论是槽值或者侧面值，一般都事先规定 了赋值的约束条件，只有满足条件的值才能填进 去。
(4)自然性框架表示体现了人们在观察事物时的思维 活动，自然给出一个简洁的构造，学者很好理解掌 握。
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其缺点如下：
(1) 不善于表达过程性知识，因此，人们往 往与产生式表示法结合起来使用，使其起 到互补的效果。
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10.1.1 产生规则表示法
由规则形式表示知识构成的知识库称为规则库， 由规则库构成的系统称为产生式系统。因此，产生 式规则表示法也常被称为产生式表示法。 通常，产生式系统包含3个基本组成部分。
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1．规则库
该库存放了若干规则，每条产生式规则是一个以 “如果满足这个条件，就应当采取这个操作”形式 表示的语句，各条规则之间相互作用不大。产生式 规则的一般形式为“条件→行动”或“前提→结 论”，即用“IF THEN”语句表示一个知识项。 在产生式系统的执行过程中，如果一条规则的条 件部分都被满足，那么，这条规则就可以被应用， 即系统的控制部分可以执行规则的操作部分。
(4) 有效性 可表示精确和不精确知识。
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不足之处： (1) 效率不高 由于规则库每条规则的独立性，当 知识库比较大时，搜索效率变低。在求解复杂问 题时容易引起“组合爆炸”。 (2) 能力局限 对于一些结构性知识，规则式表示 效率就很低。
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10.1.2 语义网络表示法
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缺点：
(1) 缺乏推理的严格性，在推理过程中，必须有 语义联系的意义。对对象性质的可继承性必须有 非常清晰的认识，否则将会引出错误的结论。 (2) 不便于表达深层知识，如与时间有关的动态 知识等。
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10.1.3 框架表示法
人们对现实世界中各种事物的认识都是以某种类 似于框架的结构存储在人脑中的，当面临新事物 时，就从脑中取出一个近似的框架来进行匹配， 如能匹配成功，就得到了对此事物的认识；如果 匹配不成功，则寻找原因，重新取一个更能与新 事物匹配的框架，或者根据实际情况对最相近的 框架进行修改、补充，从而形成新的认识。
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2．数据库 数据库是产生式规则的中心，每个产生式的左 边表示在启用这一规则之前数据库内必须准备好 的条件。执行产生式规则的操作会引起数据库的 变化，这就使得其它产生式10章 专家控制系统设计
3．控制器
其作用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行 规则分成三步：匹配、冲突解决和操作。
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语义网络表示方法的特点： (1) 结构性 能把各种事物有机联系起来，比较正 确地反映了人类对客观事物的本质认识。 (2) 联想性 作为人类联想记忆模型，它着重于表 达知识的语义关系，体现了联想思维过程。 (3) 信息共享 下层节点可以共享上层节点的某些 属性。
(4) 自然性 它是一个有向图，直观地描述了事物 之间的关系，符合人的习惯。
语义网络是通过概念及其相互间语义关系，图解 表示知识网络。其中，结点表示事物或事件的概 念，结点间用弧线连接，弧上有标记说明语义关 系。另外，结点可以是变量，通过增加中间结点 可以使语义网络表示多元关系。基于语义网络的 最简单的推理是通过继承关系得到结点事物的属 性值。
语义网络的推理过程主要有两种：一种是继承， 另外一种是匹配。
(3) 操作 操作就是执行规则的操作部分经过操作以 后，当前数据库将被修改。然后，其他的规则有可 能被使用。
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规则式表示法的特点： (1) 自然性 与人的思维相似，容易理解，便于人 机交换信息。 (2) 独立性 每一条规则为一基本知识单元，规则 之间不互相调用、修改，且增删方便，知识库容 易扩充和完善。 (3) 一致性 固定格式，易于设计、控制。