专家系统

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专家系统-2

哈尔滨工业大学管理学院阎相斌

xbyan@

产生式规则专家系统

•产生式系统(Production System)是1943年Post提出的一种计算形式体系里所使用的术语,主要是使用类似于文法的规则,对符号串作替换运算。从60年代开始,成为认知心理学研究人类心理活动中信息加工过程的基础,并用它来建立人类认知模型。产生式系统形式上很简单,但在一定意义上模仿了人类思考的过程,因此它成为了专家系统的最基本的结构单元或基本模式。

产生式系统的基本组成

•组成三要素:

–一个综合数据库(Globle Database)—存放信息

–一组产生式规则(Rules) —知识

–一个控制系统(Control System/Control

Strategies) —规则的解释或执行程序,即控制策略

•综合数据库:

–是人工智能产生式系统所使用的主要数据结构,它用来表述问题状态或有关事实,即它含有所求解问

题的信息。

•产生式规则:

–其一般形式为“条件-> 行动”或“前提->结论”

即表示成“if...then...”的形式;

–“前提”规定了规则可应用的先决条件,“结论”

描述了应用这条规则所采取的行动或得出的结论。

–一条产生式规则满足了应用的先决条件之后,就

可对综合数据库进行操作,使其发生变化。

•控制系统或控制策略:

–是规则的解释程序,规定了如何选择一条可应用的规则对综合数据库进行操作,即决定问题求解过程

控制策略

控制策略其作用是说明下一步应该选用什么规则,也就是如何应用规则。通常从选择规则到执行操作分3步:匹配、冲突解决和操作。

(1) 匹配

(2) 冲突解决当有一条以上规则的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条规则,这称为冲突解决。

(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。

产生式系统的优点

•在研究人类进行问题求解过程时,完全可以用一个产生式系统来模拟求解过程,即作为描述搜索的一种有效方法。

•可以用来模拟任一可计算过程,特别适合于模拟强数据驱动特点的智能行为:当一些新的数据输入时,系统的行为就改变

•易于添加新规则去适应新的情况,而不破坏系统的其它部分

产生式系统应用示例:

传教士与野人问题

•传教士与野人问题(M-C问题)

问题:N个传教士,N个野人,一条船,可同时乘坐k个人乘渡。

问:传教士为安全起见,应如何规定摆渡方案,使得任何时刻,河两岸以及船上的野人数目总是不超过传教士的数目。

•以N=3,k=2为例求解。

图中L和R表示左岸和右岸,B=1或0表示有船或无船,约束条件是:两岸上M>=C,船上M+C<=2:

左岸右岸

L R L R m 3 0 m 0 3

c 3 0 c 0 3

B 1 0 B 0 1

(初始状态)(目标状态)

1,综合数据库

(m, c, b),

其中:c≤m, c≤3, b ∈{0, 1}

2,初始状态

(3,3,1)

3,目标状态(结束状态)

(0,0,0)

4,规则集

IF (m, c, 1) THEN (m-1, c, 0) IF (m, c, 1) THEN (m, c-1, 0) IF (m, c, 1) THEN (m-1, c-1, 0) IF (m, c, 1) THEN (m-2, c, 0) IF (m, c, 1) THEN (m, c-2, 0)

IF (m, c, 0) THEN (m+1, c, 1)

IF (m, c, 0) THEN (m, c+1, 1)

M-C问题(续4)

IF (m, c, 0) THEN (m+1, c+1, 1)

IF (m, c, 0) THEN (m+2, c, 1)

IF (m, c, 0) THEN (m, c+2, 1)

也可以定义为:

IF (m, c, 1) AND 1 ≤i+j≤2 THEN (m-i, c-j, 0)

IF (m, c, 0) AND 1 ≤i+j≤2 THEN (m+i, c+j, 0)

M-C问题(续5)

N=3的M-C问题,状态空间的总状态数为4X4X2=32,根据约束条件的要求,可以看出只有20个合法状态。再进一步分析后,又发现有4个合法状态实际上是不可能达到的。因此实际的问题空间仅由16个状态构成。

(0 0 1)达不到/(1 2 1)不合法

问题状态空间

产生式规则知识允许有如下的特点:

⒈相同的条件可以得出不同的结论。

⒉相同的结论可以由不同的条件来得到。⒊条件之间可以是“与”(AND )连接和“或”(OR )连接⒋一条规则中的结论,可以是另一条规则中的条件。

if A then B , 简化为: A →B 产生式规则知识:

由以上特点,规则集能做到:

⒈能描述和解决各种不同的灵活的实际问题。(由前三点特点形成)

⒉能把规则集中的所有规则连成一棵“与、或”推理树(知识树)。即这些规则集之间是有关联的(由后二个特点形成)。

产生式规则专家系统基本原理

(1)正向推理

正、反向推理过程

一种简单的产生式系统

基本原理

正、反向推理过程

(2)逆(反)向推理

逆向推理是从目标开始,寻找以此目标为结论的规则,并对该规则的前提进行判断,若该规则的前提中某个子项是另一规则的结论时,再找以此结

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