黄瓜病虫害诊断专家系统知识组织的研究与设计

基金项目 : 国家 “863”计划项目 (2001AA115140) ; 国家星火计划项目 (2001 EA600030) 1 第一作者简介 : 牛贞福 (1976 - ) , 男 , 山东东阿人 , 在读硕士 , 研究方向为蔬菜生理生化与环境调控 1
34
农业系统科学与综合研究 第 20 卷
> and < M M > < Pd i/ > < S M > : : = < symptom > { < operator > < symptom > } < M M > : : = < symptom > { < operator > < symptom > } operator 表 示 推 理 符 号 “and ”和 “or ” , CF
第 20 卷 第1期 农 业 系 统 科 学 与 综 合 研 究 Vol. 20 , No . 1 2 0 0 4 年 2 月 SYSTEM SCIENCES AND COMPREHENSIV E STUDIES IN A GRICUL TURE Feb. , 2004
定义 3 : 黄瓜病虫害症状是病原作用于黄瓜上 表现出的不正常状态 , 它可以用公式 3 来表示 。 + ( 3) f ( d i ) = { M d < M} i 其中 , M d i 代表黄瓜可能出现的病虫害症状 , 但是 不同的病原在不同的时间 、不同的黄瓜品种 、不同 的环境会导致黄瓜病虫害的症状表现不同 , 有些症 状对某一个病害是一定表现的 , 而有些症状的表现 是偶然的 , 而且对于某个特定的病虫害来说 , 诊断 症状的贡献程度是不同的 。例如对于病害来说 “叶 表面有褐色病斑”这一症状对黄瓜细菌性缘枯病 、 黄瓜红粉病 、黄瓜霜霉病 、黄瓜斑点病等病害来说 诊断贡献不一样 , 解决这个问题我们要用到以下 3 个公式 。 推论 1 : 黄瓜病虫害发生的可能性 + + PM d = P ( di | M dd ) = ∑P ( m j ) P ( di | m j )
收稿日期 : 2003 - 06 - 231
ห้องสมุดไป่ตู้
专家系统表达知识的方式影响着系统的开发、效率、 速度、维护。下面我们以黄瓜为例来探讨研究蔬菜 病虫害诊断专家系统的知识组织方法和推理方法。
1 黄瓜病虫害诊断知识的概念化
知识表示是对知识的一种描述 , 或者说是一组 约定 , 是一种计算机可以接受的 、用于描述知识的 数据结构 , 对知识进行表示就是把知识表示成便于 计算机存储和利用的某种数据结构 。有效的知识表 示和推理方法是建立专家系统的关键所在 , 它不仅 影响到知识的获取 、应用和维护 , 还对节省存储空 间 、提高诊断速度和准确度的影响很大 。我们以 D 来代表黄瓜病虫害 , M 代表其危害的症状 , C 代表其病原 , T 代表其防治方法 。 定义 1 : 黄瓜病虫害的诊断利用 。黄瓜病虫害 危害的症状诊断出可疑的病虫害 , 其过程可以用公 式 1 来表示 。 ( 1) Y = f ( M , M + | C , C + ) 其中 , Y 代表 D 、 C 、 T 的子集 ; f 代表诊断因 素 , 它是一个不连续的函数 ; M + 和 C + 分别是 M
Research on kno wledge construct of cucumber diseases and insect pests diagnosis expert system
N IU Zhen2fu1 ,2 , YAN G Xin2ting2 , SHOU Sen2yan1 , WU Hua2rui2 , YAN G Bao2zhu2
和 C 的子集 。 定义 2 : 病原 ( 包括虫害) 是黄瓜病虫害发生 的原因 , 这个过程可以用公式 2 来表示 。 ( 2) d i = f ( P , P + ) 其中 , d i 代表一种病虫害 , 它是 D 的一个记录 ,
P 代表病原 , P 是 P 的子集 。
+
推论 3 : 黄瓜病虫害的显著症状和次要症状 + η S M = { PM | P [ x r ≤ c = P ( d i | PM + ) ≤x s ]α = 1 - α }
近年来 , 蔬菜的栽培技术有了很大的提高 , 但 是蔬菜栽培中的病虫害防治问题仍是关键性的问题。 大部分菜农不能对蔬菜病虫害进行有效合理地防治 , 有时能造成 20 %以上的减产[1 ] 。为了防治病虫害 , 目前菜农广泛使用农药 , 虽然能显著地控制病虫害 , 达到提高产量、消灭病虫害的目的 , 但常常造成环 境污染和蔬菜中农药残留量超标等后果。 计算机技术特别是人工智能 ( A I) 能模仿人 类智能行为 , 专家系统是其中一种最具有代表性的 智能应用系统 , 它旨在研究如何设计基于知识的计 算机程序系统来模拟人类专家求解专门问题的能 力 。蔬菜病虫害诊断专家系统 , 是利用先进的信息 技术和人工智能提取蔬菜专家的知识和经验 , 以一 定的方式存储到计算机中 , 可以部分代替农业专家 指导菜农诊断和防治蔬菜病虫害 , 降低农药的使用 量 , 生产无公害蔬菜 。而知识库与推理机是专家系 统不可缺少的组成部分 , 是基于知识的推理的基础 和核心 [ 2 - 4 ] 。知识表示在专家系统中非常重要 , 有两个原因 : 第一 , 专家系统外壳是为某种类型的 知识表示方法设计的 , 例如规则或者逻辑 ; 第二 ,
( 11 Horticult ure of Zhejiang U niversity , Hangz hou 310029 , Chi na ;
21 N ational Engi neeri ng Research Center f or Inf orm ation Technology i n A gricult ure , Beiji ng 100089 , Chi na) Abstract : The article mainly discusses t he construct of knowledge of cucumber diseases and insect pests on t he basis of bot h t he char2 acter and feature interpretation1 Making use of t he conjunct expression in rule2based knowledge and character2table , fuzzy logic and possibility t heory in order to solve t he casual and different of symptom in diagnosis process1 This research is benefit for exploiting a se2 ries of vegetables’diseases and insect pests diagnosis expert systems1 Key words : cucumber ; diseases and insect pests ; diagnose ; expert system ; knowledge construct
苗期 、初花期 、 根 : 根部腐烂 结果期 茎 : 茎部纵裂 、茎部维管束 变褐 、茎病部表面有霉 状物 、茎部缢缩 叶 : 叶片发黄 、叶片萎焉 整株 : 植株萎焉 、植株枯死
病原主要以菌丝体 、 秧 苗 老 化 、连 作 、 厚垣孢子或菌核在 土壤和未腐熟的有 机肥 中 越 冬 , 成 为 翌年初侵染源 有机 肥 不 腐 熟 、土 壤过分干旱或质地 粘重 的 酸 性 土 , 空 气相对湿度 90 % 以 上
黄瓜病虫害诊断专家系统知识组织的研究与设计
牛贞福1 ,2 , 杨信廷2 , 寿森炎1 , 吴华瑞2 , 杨宝祝2
( 11 浙江大学 园艺系 , 浙江 杭州 310029 ; 21 国家农业信息化工程技术研究中心 , 北京 100089)
摘 要 : 针对黄瓜病虫害的特点和特征描述 , 利用产生式 — 特征表结合的表达方式 、模糊逻辑和可能性理论 , 对黄瓜病虫 害诊断的知识组织进行研究 , 解决了黄瓜病虫害诊断过程中的症状表现的偶然性和差异性 。该研究对于开发一系列的蔬菜 病虫害诊断专家系统有很好的应用和参考价值 。图 1 , 表 1 , 参 10 。 关键词 : 黄瓜 ; 病虫害 ; 诊断 ; 专家系统 ; 知识组织 中图分类号 : S4361421 ; TP182 文献标识码 : A 文章编号 : 1001 - 0068 ( 2004) 01 - 0033 - 04
表示推理结果可信度 , rule 表示推理所用的规则 。 在实际上的一个关系中 , 用特征来描述 , 它包括特 征属性和值两部分 , 那么关于病虫害的一组特征组 成一个特征表 , 如表 1 所示 。
传播途径 土壤 、有机肥
表1 病虫害特征
病害名 黄瓜镰刀 菌枯萎病 发病时期 症 状 根 、茎 、叶 、整株 病原发作条件 病原发病极限温度 为4 ℃ ～34 ℃, 最适 温度为 24 ℃ ～25 ℃, 适宜 p H 416～6 发病条件
+ CM = { M | η 100 %} o = P ( m j | dj ) ≠
< conclusion > : : = < d i > < CF ( P di / M + )
( 5)
PM ∩CM = Φ; PM ∪CM = M dd
+
其中 , PM 代表病虫危害的基本症状 , 是指在病虫 危害时期内都可以见到的症状 ; CM 代表病虫危害 的偶然症状 , 是指在病虫危害时期内可能见到的症 状; η o 代表病虫害症状发生的频率 。
第 1 期 牛贞福等 : 黄瓜病虫害诊断专家系统知识组织的研究与设计