收稿日期:2001—04—10南京师范大学青年科研基金项目资助(2000W L X 0000XQ 1)交通法规知识库系统的设计陈淑燕 瞿高峰(南京师范大学 南京210097) (东南大学 南京210096)摘 要 文章讨论了交通法规知识库系统的设计思想和系统结构。
系统采用广泛使用的产生式系统实现,并对基本的产生式系统作了一些改进,知识库由规则库和已定案例库组成,推理采用二级推理。
并针对系统实际存在的问题,给出了解决的方法。
关键词 交通法规 推理 产生式系统 知识库系统Abstract :I t is useful to build a traf fic co de kno w ledge base system in or der to enhance the justice and ra ise t he efficiency in the course of ex ecut ing the tra ffic law.In this pa per ,the design of this kind o f code know ledg e base sy st em and its str uctur e are discussed.T his sy stem is implem ent ed by using the pro ductio n sy stem w hich is w idely used ,and so me impr ovem ent is ma de in t he pr imar y pro ductio n system.T he kno w ledge ba se is co mpo sed of a r ule base and a v erdict case base ,and a tw o lev el rea so ning is adopted.F inally this pa per o ffers so lutions to the ex isting pr o blems in the system.Keywords :co de ;r easo ning ;pr oductio n sy st em ;know ledg e base system0 引 言交通法规是道路交通使用者在通行中所必须遵守的法律、法令、规则和条例的总称。
交通法规一经制定,必须严格执行。
目前,在交通执法实践中还存在着以下问题:法律法规具体条文是用自然语言(如汉语)描述。
自然语言具有二义性,即歧义性,这样会造成不同的执法人员由于不同的理解或解释而采取的处罚不同。
执法者的水平、能力、经验各有不同,量刑或处罚难免因人而异。
若能参照以往类似案例的处罚,这不仅有益于本案的裁决,保持执法尺度的一致性,对执法者本人也是一个学习提高的机会。
而已定的案例浩如烟海,查阅十分不便。
交通法规除了由国家颁布实施的交通法律和法令,还有主管部门制定并颁布执行的交通规则和条例。
信息资源数量庞大,种类繁多,查找相当费时,特别是在野外现场办公,更是无法及时查到所需的资料,影响工作效率。
为了尽量消除二义性,减少各种因素引起的执法不公正,提高执法效率,我们开发了一个交通法规知识库系统。
1 知识库系统知识库是人工智能和数据库技术相结合的产物。
知识库技术使计算机应用系统具有更多的智能。
知识库系统是一个系统地管理、存贮、使用知识的机构,一般由推理机构、知识库、知识库管理系统、用户接口、知识获取接口等基本部件组成,如图1所示。
用户接口。
是一种良好的人机接口,向用户提供使用知识库的手段(查询、检索、增、删、改知识等操作),并向用户提供问题求解答案。
它通常是一种知识查询语言。
知识获取接口。
从知识源抽取知识,接受和处理一种知识表示语言,完成知识同化。
它是用户建立知识库的接口。
通过此接口,用户能比较方便地把外部的知识安装到知识库中。
知识库管理系统。
是对知识库进行管理、控62交通与计算机 2002年第1期 第20卷(总第104期)制,完成对知识库的各类操作,并向用户提供查询、检索手段的软件系统。
推理机构。
是使用知识库内的知识进行推理的控制机构。
它利用知识解释输入的数据或事实,推导出用户所需的结论。
并可说明得出结论的依据,以增加用户对结论的信任度。
一般的推理机制有正向推理、反向推理、混合推理。
推理机构是决定知识库系统性能和工作效率的关键部件。
知识库。
存放知识的实体。
知识有两个来源,一是原始知识,由外界直接进入知识库;另一个是中间知识(再生知识),由推理机构生成后追加入知识库。
知识表示是知识库系统首先要解决的关键。
目前常用的知识表示方法有:谓词逻辑表示、产生式规则、框架表示、语义网络方法和面向对象方法等等。
知识库系统的核心组成部分是知识库和推理机构。
2 系统设计产生式系统是一个基于产生式规则表示知识的知识库系统,是目前知识库系统中使用较为普遍的,如著名的DENDRA L 系统、M YCIN 系统均是用产生式规则方法来实现。
法规知识库系统亦采用产生式系统结构实现。
2.1 产生式系统产生式系统具有以下特点:・知识结构接近人类思维和会话形式,易于理解;・规则表示形式一致,在结构上具有模块性,便于知识库的更新和操作;・推理步骤清楚,使用方便。
一个产生式系统由规则库、动态数据库、推理机三个基本部分组成,如图2所示。
规则库是产生式规则的集合,规则的形式为IF <条件>T HEN <结论>。
动态数据库用以存放求解问题的已知信息(事实)和推理过程的中间结果。
推理机控制整个问题求解过程。
推理步骤如下:模式匹配。
找出所有条件部分为真的产生式规则,组成触发规则集。
冲突消解。
从触发规则集中按某种控制策略选出一条合适的规则,作为启用规则。
动作。
执行启用规则的结论部分,更新动态数据库的内容。
推理机就这样通过“模式匹配——冲突消解——动作”的反复循环,使问题得到求解。
2.2 交通法规知识库系统构成根据引言的介绍,我们知道在法规知识库系统中必须要有两个知识库,一个是法规知识库,另一个是已定案件知识库,两库的规则都可用“if —then ”形式来表示。
“if ”中说明法规的前提或案件事实,“then ”中说明采用何种处罚或已定处罚。
有了这两种库,整个系统设计成如图3所示的体系结构。
接口1把当前发生的案件输入到系统中,即将事实添加到动态数据库中。
事实采用列表和数组的表达方式,如用三元组(对象,属性,值)或四元组(对象,属性,值,置信度)来表示事实。
案件分析是把当前案件中的违法行为给予指定,确定违法性质。
案件分析可减少无用的模式匹配,进而提高推理效率。
根据违法行为调用推理机1,使用法规知识库中的规则进行解释,从而得到较粗的量刑,这是第一级推理。
推理方向采用正向推理较好。
然后根据较粗的量刑及违法行为,针对已定案例库调用推理机2进行推理,得到较细的量刑,实际上是参照已定案例对本案做最终的裁定,这是第二级推理。
由于案例库中违法事实和本案违法事实的描述,可能含有属于人们主观判断的用语,描述是不精确和模糊的,所以本级推理可用模糊推理。
接口2的工作是把当前的法规条文以“if —then ”形式存放到知识库中,且能完成对库的查询和修改操作。
If 部分和then 部分的表示方式与动态数据库中的事实表示方式要尽可能一致,这便于条件与事实的检索匹配和修改动态数据库中的事实,有利于提高推理速度。
接口3的工作与接口2的工作类似。
63交通法规知识库系统的设计——陈淑燕 瞿高峰系统使用时,只要把当前案件通过接口1输入到计算机中,经过案件分析确定违法性质,计算机自动根据法规库进行推理,给出较粗的处罚或量刑及适用的法规,然后根据历史案例,对本案做最后的裁决。
该系统的协助,可减轻执法者的工作强度,提高工作效率,同时也有助于维护法律的尊严、公正。
3 结束语“法律面前,人人平等”,公正、效率是新世纪执法工作的主题,建立一个交通法规知识库系统对加强执法的公正性,提高执法效率大有裨益。
另外,建立法规知识库系统,把交通领域经验性的知识加以整理,系统化、形式化存入计算机,有利于经验知识的保存与延续,同时也提高了这些知识的使用效率。
该系统中有如下几个问题需要解决:1)针对交通领域,法规库相对稳定,但是案例库随着时间的推移将会变得比较庞大,这会造成检索及推理效率的下降。
解决这个问题的方法是:对知识库、案例库进行分块。
道路交通是由人、车、路、环境组成的一个系统,交通法规的基本内容就是对人、车、路、环境四者的管理规则。
可以把规则和案例分门别类分组,如把一个知识库分成四个子库来做,可改善知识处理效率。
2)案件分析工作是一个比较困难的模块。
因为用户输入的案件是用汉语表示的,这就存在着一个自然语言理解的问题。
应该避免这个难题,解决的方法有:・初级的。
让计算机向用户询问案情,利用菜单,让用户选择。
这是一种比较方便的方法。
用户不必输入很多汉字,但这种询问给案情定了一个框框,这样输入到计算机中的案情很可能与实际的案情有出入。
・高级的。
设计一种针对案件输入的抽象语言,案件分析模块嵌有这种语言的识别器。
用户按规范化描述将当前案件输入到计算机,再由系统进行案件分析。
这对用户提出了更高要求,用户必须掌握这种规范化描述语言才能使用本系统。
3)系统推理方向可以使用反向推理或双向推理。
正向推理时,用户把当前已知的事实送入计算机,而双向推理时,用户可以只送当前事实的一部分,系统在推理的过程中发现事实不足,则可询问用户,也就是说这种事实输入方式是交互式的。
4)产生式规则能有效地表达表层知识,易于理解和更新,所以成为建立知识库系统最常用的知识表示方式。
但产生式系统对庞大的规则库进行试探,推理效率低,推理方法单一,也可考虑使用其它知识表示方法。
参考文献1 曹文君.知识库系统原理及其应用.上海:复旦大学出版社,19952 王克宏,汤志忠,胡蓬.知识工程与知识处理系统.北京:清华大学出版社,19943 杨佩昆,张树升,交通管理与控制.北京:人民交通出版社,19954 雷孟林,王得宝,贺宏斌等.公路交通法学.北京:人民邮电出版社,199864交通与计算机 2002年第1期 第20卷(总第104期)。