材料设计专家系统
工业产品设计专家系统思索
工业产品设计专家系统思索近年来，随着工业技术的不断发展，工业产品设计专家系统越来越受到重视。
工业产品设计专家系统是一种能够帮助设计师提高设计质量、缩短设计周期、降低设计成本的计算机辅助设计工具。
本文主要从以下几个方面来探讨工业产品设计专家系统的思索。
一、工业产品设计专家系统的基本结构工业产品设计专家系统主要由四个基本部分构成：知识库、推理机、用户界面以及数学模型。
其中，知识库是系统的核心，它包含了专家知识和经验，是系统实现判断、推理和决策的基础。
推理机是系统的执行引擎，它能够根据知识库中的专家知识进行推理和决策。
用户界面是系统的交互方式，它提供了用户与系统进行交互的方式，如输入设备、输出设备和菜单等。
数学模型则是将产品的各种参数进行数学建模，从而对产品进行精确的计算和分析。
二、工业产品设计专家系统的优点工业产品设计专家系统有很多优点。
首先，它能够提高设计师的设计效率，缩短产品设计周期。
因为专家系统能够根据之前的设计经验和知识库中的数据进行推理和决策，从而减少了人工的参与，避免了人为的错误。
其次，工业产品设计专家系统能够提高产品的设计质量。
专家系统可以根据实际的设计需求和参数，从知识库中提取相应的知识，进行推理和分析，避免产品出现缺陷和问题。
最后，工业产品设计专家系统能够降低产品的设计成本。
专家系统可以根据之前的生产经验和知识库中的数据进行推理和决策，从而减少了大量的试验和测试成本。
三、工业产品设计专家系统的应用前景工业产品设计专家系统在未来的应用前景非常广阔。
随着科技的不断发展，工业产品的生产和设计仍有很大的提高空间。
未来，工业产品设计专家系统将更加智能化、自动化和高效化。
在设计师独立完成设计难度较大的高难度产品或进行人体工程学设计时，将会更加重要。
四、工业产品设计专家系统的存在问题尽管工业产品设计专家系统有很多优点，但目前仍存在一些问题。
首先，由于专家系统的知识库主要依赖于开发者的经验，因此存在着经验局限性的问题。
材料科学中专家系统的发展现状及趋势
浅析材料科学中专家系统的发展现状及趋势摘要：专家系统在材料科学领域的应用，打破了传统材料科学研究长期依靠实验的研究方法，节省了大量的资源和时间，对材料科学的发展起到了极大的促进作用。
本文对材料科学中的专家系统进行了介绍，包括材料科学专家系统的发展历史、应用领域、应用类型，并对材料设计专家系统、人工神经网络材料专家系统进行了详细介绍，并阐述了材料科学中专家系统的发展趋势。
关键词：材料科学专家系统材料设计专家系统是一种计算机程序系统，这种系统的原理是模拟人类专家解决领域问题的方法来解决领域问题，这种系统特别善于处理非线性关系，由于这种系统模拟专家的方法，因此专家系统特别善于处理需要大量专业知识和经验解决的专业问题。
专家系统包括五个部分，包括接口、知识库、推理机以及数据库等，专家系统的工作方式就是运用系统中存储的知识进行推理，从而得出解决问题的方法，处理专业问题。
专家系统已经广泛应用到各个领域，包括材料科学领域，材料科学领域传统依靠实验进行研究的方法会消耗大量的人力、物力以及时间，将专家系统应用到材料科学研究中，能够通过较少的实验得出研究结果，节约了大量资源。
一、材料科学中的专家系统发展概述1.发展历程20世纪80年代早期，科学家们开始研究应用于材料科学的专家系统，随后科学家们相继进行了许多研究，得到了很大的发展。
80年代晚期，我国开始研究应用于材料科学领域的专家系统，在合金设计和无机材料设计方面做了许多研究。
纵观国内外的研究历史，虽然材料领域的专家系统的研究时间并不长，但是在短时间内取得了很大的发展，取得许多研究成果。
20世纪90年代，材料科学领域的专家系统成为研究热点，近年来，专家系统已经应用到了材料科学的各个领域，为材料科学的发展起到了相当大的促进作用。
2.应用领域根据材料自身的性质对材料进行分类，可以将材料分为高分子材料、金属材料、复合材料等。
根据材料的作用分类，可以将材料分为功能材料和结构材料。
初中专家系统教学设计教案
初中专家系统教学设计教案一、教学目标：1. 知识与技能：使学生掌握专家系统的基本概念、构成要素和功能，能够运用专家系统进行问题求解。
2. 过程与方法：通过案例分析、小组讨论等方式，培养学生运用专家系统解决实际问题的能力。
3. 情感态度与价值观：激发学生对专家系统的兴趣，培养学生独立思考、合作探究的精神。
二、教学内容：1. 专家系统的概念：专家系统是一种模拟人类专家决策能力的计算机程序，它由知识库、推理机和用户界面三部分组成。
2. 专家系统的构成要素：知识库、推理机、用户界面、解释器、知识获取模块等。
3. 专家系统的功能：故障诊断、医疗诊断、金融预测、教育评估等。
4. 专家系统在现实生活中的应用：举例说明专家系统在各个领域的应用，如医疗、工业、农业等。
5. 如何设计一个专家系统：介绍专家系统的设计流程，包括需求分析、知识获取、知识表示、推理机制设计、系统实现等步骤。
三、教学过程：1. 导入新课：通过一个现实生活中的例子，如医疗诊断，引出专家系统的概念。
2. 讲解与演示：详细讲解专家系统的构成要素、功能及其在现实生活中的应用。
通过多媒体演示，使学生更直观地理解专家系统的工作原理。
3. 案例分析：提供几个典型的专家系统案例，让学生分析、讨论这些专家系统的特点、优缺点，从而培养学生运用专家系统解决实际问题的能力。
4. 小组讨论：将学生分成若干小组，每组选择一个案例，讨论如何改进这个专家系统，使之更符合实际需求。
5. 课堂小结：总结本节课所学内容，强调专家系统在现实生活中的重要作用。
6. 作业布置：让学生课后查找相关资料，了解我国在专家系统领域的研究现状，下一节课分享。
四、教学反思：本节课通过讲解、演示、案例分析、小组讨论等多种教学方法，使学生掌握了专家系统的基本概念、构成要素和功能。
在教学过程中，要注意关注学生的学习兴趣，引导学生主动参与课堂讨论，提高他们的独立思考和合作探究能力。
同时，要注重知识与实际应用的结合，让学生明白专家系统在现实生活中的重要作用。
专家系统发展综述
专家系统发展综述专家系统是领域的一个重要分支，自20世纪60年代初以来，已经经历了数十年的发展。
本文将对专家系统的发展历程、基本概念、应用领域以及未来趋势进行综述。
一、专家系统的发展历程专家系统的发展可以追溯到1965年，当时美国科学家Feigenbaum提出了基于规则的专家系统概念。
随后，在1970年，Feigenbaum和Stuart Russell合著的《专家系统》一书出版，标志着专家系统的正式诞生。
在此之后，专家系统经历了快速发展和广泛应用，逐渐成为了人工智能领域的重要支柱。
二、专家系统的基本概念专家系统是一种智能计算机程序，它利用计算机技术和人工智能理论，模拟人类专家解决问题的思维过程，为用户提供专业领域的咨询和服务。
通常情况下，专家系统包括知识库和推理机两个核心组成部分，其中知识库用于存储领域专业知识，推理机则用于根据已有知识进行推理和解决问题。
三、专家系统的应用领域1、医疗领域：医生专家系统可以帮助医生进行疾病诊断和治疗方案制定。
例如，基于医学知识的智能问诊系统，可以根据患者症状和病史，进行初步诊断和用药建议。
2、金融领域：金融专家系统可以帮助银行、证券公司等金融机构进行投资决策、风险管理等方面的工作。
例如，基于金融市场数据的智能投顾系统，可以根据市场行情和投资者风险偏好，制定个性化的投资策略。
3、交通领域：交通管理专家系统可以帮助交通管理部门进行交通流量规划和调度指挥。
例如，基于路网信息的智能交通管理系统，可以根据实时交通信息进行路况预测和交通调度。
4、教育领域：教育专家系统可以帮助教师进行教学辅助和学生学习辅导。
例如，基于学科知识的智能教育辅导系统，可以根据学生的学习需求和学科水平，提供个性化的学习资源和教学方案。
四、专家系统的未来趋势1、知识库的构建与更新：随着知识爆炸的时代到来，专家系统的知识库需要不断更新和优化，以适应领域发展的需要。
因此，如何高效地进行知识获取、整理、表达和更新将成为未来研究的重要方向。
专家系统的意义及实现方法
专家系统的意义及实现方法一、专家系统的发展及其意义智能工程是一门关于知识的自动化处理相应用技术的计算机应用学科。
知识是指全面知识，既包含理论知识相经验知识，又包括数值模型及符号模型描述的知识。
“知识的自动化处理和应用”是指用计算机对知识进行获取、表达、集成、管理、协调及使用等。
该定义表达了智能工程的目的、内容和工作对象。
其目的是利用具有智能的计算机去解决实际问题。
专家系统是智能工程的基础，目的性偏重于应用。
专家系统(ES)是一种大型复杂的智能计算机软件，是人工智能开始走向实用化的标志和里程碑，是人工智能从一般思维规律探索定向专门知识利用的突破口．它把专门领域中若干个人类专家的知识和思考、解决问题的方法以适当方式存储在计算机中，使计算机能在推理机的控制下模仿人类专家去解决问题，在一定范围内取代专家或起专家助手作用。
自从20世纪60年代中期在美国斯坦福大学和麻省理工学院问世以来，专家系统技术迅猛发展，尤其是70年代中期以来．各种实用专家系统不断涌现，广泛应用于科学技术、工业、农业、军事、医疗、教育等众多领域，并产生了巨大的社会效益和经济效益。
1995年我国制定的九五计算机技术科技攻关规划建议把人工智能技术作为四个重点发展的关键技术之一，鼓励继续开发各种实用专家系统及其开发上具。
二、专家系统的结构专家系统的结构，是指专家系统各组成部分的构造和组织形式。
不同应用领域和不同类型的专家系统，其具体结构和功能也不尽相同。
通常一个最基本的专家系统由6个部分所组成。
(1)知识库知识库是专家系统的知识存储器，用来存放求解问题的领域知识。
通常，知识库中的知识分为两大类型：一类是领域中的事实，也即写在书本上的知识及常识；另一类是启发性知识，它是领域专家在长期工作实践中积累起来的经验总结。
(2)数据库数据库也称为全局数据库或综合数据库．用来存储有关领域问题的事实、数据、初始状态(证据)和推理过程中得到的各种中间状态及目标等。
材料设计的原理与方法
材料设计的原理与方法摘要:材料设计是现代材料研制过程中必须首要解决的问题，是材料设计由定性化向定量化方向发展的必然趋势，本文论述了材料设计的定义、范畴和发展现状, 并对材料设计中的各种理论方法进行了详细论述和举例，在此基础上对该领域的发展提出了若干建议。
关键词:材料设计；理论；方法0引言材料设计是材料科学中的一个新兴分支，其内容是应用已有的知识与技术研制具有预期性能的新材料。
它的提出始于50年代，从70年代末期开始有了迅速的发展，特别是近几年来，已经有了不少引人注目的成果，越来越受到发达国家的重视。
生物技术、信息技术和新材料的发展是现代科学技术发展的三大支柱，其中新材料的发展是当代高新技术的基础，也是现代工业的基石，因此人们对材料的研究、开发和性能提出了越来越高的要求。
然而长期以来，材料研究主要采用“炒菜筛选法”或“试错法”，这一般需要依赖大量的试验，造成人力、物力和资源的浪费，设计周期也较长。
随着科学技术的发展，一些新的试验设备和方法的出现以及固体理论、分子动力学和计算机模拟等技术的发展，为材料设计提供了理论依据和强有力的技术支持。
近年来的材料研究表明，将现代新技术用于材料设计，则可用较少的试验获得较为理想的材料，达到事半功倍的效果。
1材料设计的定义与范畴1.1材料设计的定义材料设计的设想始于20世纪50年代，前苏联科学家进行了初期的研究，在理论上提出了人工半导体超晶格的概念。
到1985年,日本学者山岛良绩正式提出了“材料设计学”这一专门的研究方向,将材料设计定义为利用现有的材料、科学知识和实践经验，通过分析和综合,创造出满足特殊要求的新材料的一种活动过程, 其目的是改进已有的材料和创造新材料。
现在材料设计已基本上形成一套特殊的方法,就是根据性能要求确定设计目标,有效地利用现有资源，通过成份、结构、组织、合成和工艺过程的合理设计来制造材料。
其中，关键是材料的成份、结构和组织的设计。
1.2材料设计的研究范畴材料设计的研究范畴按研究对象的空间尺度不同可划分为4个层次，即电子层次、原子与分子层次、微观结构组织和宏观层次，如图1所示。
材料设计原理
一、什么是材料设计材料设计（materials design），是指通过理论与计算预报新材料的组分、结构与性能，或者说，通过理论设计来“订做”具有特定性能的新材料。
这当然说的是人们所追求的长远目标，并非目前就能充分实现的。
尽管如此，由于凝聚态物理学、量子化学等相关基础学科的深人发展，以及计算机能力的空前提高，使得材料研制过程中理论和计算的作用越来越大，直至变得不可缺少。
1995年美国国家科学研究委员会（NRC）邀请众多专家经过调查分析，编写了《材料科学的计算与理论技术》这一专门报告，其中说：“materials by design”（设计材料）一词正在变为现实，它意味着在材料研制与应用过程中理论的份量不断增长，研究者今天已处在应用理论和计算来“设计”材料的初期阶段。
关于材料设计，或者设计材料这类研究，迄今在国际上还没有统一的流行术语或提法。
日本学者1985年就提出了“材料设计学”一词，俄国学者把材料设计包括在“材料学”中。
美国学者在《90年代材料科学与工程》报告中称这类工作为材料“计算机分析与模型化”。
我国1986年开始实施“863计划”时，对新材料领域提出了探索不同层次微观理论指导下的材料设计这一要求，因此，从那时起在“863”材料领域便设立了“材料微观结构设计与性能预测”研究专题。
由此可见，虽然用语有所差别，但基本含义是共同的。
从广义来说，材料设计可按研究对象的空间尺度不同而划分为三个层次：微观设计层次，空间尺度在约1nm量级，是原子、电子层次的设计；连续模型层次，典型尺度在约lμm量级，这时材料被看成连续介质，不考虑其中单个原子、分子的行为；工程设计层次，尺度对应于宏观材料，涉及大块材料的加工和使用性能的设计研究。
二、材料设计的发展概况1、前期研究的回顾“材料设计”设想始于20世纪50年代。
在50年代初期，前苏联便开展了关于合金设计以及无机化合物的计算机预报等早期工作。
那时前苏联卫星上天，说明其使用的材料是先进的。
浅析材料科学中专家系统的发展现状及趋势
三 、 人 工 神 经 网 络 材 料 专 家 系统
人工 神经 网络不 需要任 何先验 函数 的假设 ， 也 不需 要预 先给 定公式
的形式 ， 直接从 已有 的实验数据 出发， 经过有 限次迭 代计算 而得 到一个反 映 实验 数据 内在规律 的数 学模 型， 而 且还 可利用 经过 训练 的网络模 型 进 行 推理预 测， 特 别适合 于研究复 杂非线 性系统 。在材 料领域 中， 人 工神 经 网络 已用 于材料 选择 、成 分设 计 、智能 ／ Ｊ ｕ ： ｉ ： 与控 制 、工艺优 化 、相 变 规 律 的研 究， 特 别是在 材料性能 、缺陷 以及相 变点等 预测方 面， 应 用 更为 突出 。
验 ，因此 比较容 易开发 出设计和 优选类 的专家 系统 。
二 、材 料 设 计 专 家 系 统 材料 设计 专 家系统 是指 应用 积累 的经 验 、知识 、科 学原 理 以及 实 验 规律 进行 推理 ，得 出满 足要 求 的制造 工艺 的计 算机 程序 系统 。近 年 来 ，材 料设 计专 家系 统在 合金 材料 设计 、复 合材 料设 计 以及成 型过 程 中得到 了广 泛 的应用 。应 用材 料设 计专 家 系统对 材料 的制 造工 艺进 行
统、人 工神 经网络材料专 家系统进行 了详 细介绍 ，并阐述了材料科 学中专 家系统的 发展趋 势。 关键词：材料科 学 专 家系统 材料设计
专家 系统 是 一种 计算机 程序 系统 ，这 种系统 的原理 是模 拟人 类 专 家解决领 域 问题 的方 法来 解决 领域 问题 ，这 种系统 特 别善于 处理 非 线 性 关 系 ，由于这 种系 统模 拟专 家 的方法 ，因此 专 家系统 特别 善于 处 理 需 要 大量 专业 知 识和 经验 解 决 的专业 问题 。专家 系 统包 括 五个 部 分 ，
第8章专家系统的设计与开发
在实际应用中，易于人们接受并且使用最多的是基 于规则的产生式表示法（又称为规则表示法）。其主要 优点是：模块性，清晰性，自然性。
第6章 ES设计
Expert Systems Design
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8.2 ES的一般设计方法
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8.2 ES的一般设计方法
5）冲突消解 一个ES推理方向的选择往往取决于问题领域的特点
和领域专家习惯使用的推理方式。在问题求解的某个步 骤，可用的知识可能不只一条，从中有效地选择出一条 进行运用的问题，称之为冲突消解。 6）不精确推理
有时，领域专家的知识具有不精确特征，在推理过 程中涉及到的以模糊数学为基础的推理，成为不精确推 理。
推理机和解释系统等，使得系统具有很好的模块性、可扩 充性和可维护性。
（2）按系统功能实现模块化构造的原则 为了使结构清晰和调试容易，绝大多数ES都采用按系
统功能分割模块化的构造原则，把系统分成几个互相独立 的功能模块。
第6章 ES设计
Expert Systems Design
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8.2 ES的一般设计方法
（1）知识工程师 领域专家通过与知识工程师反复接触、交谈，把自己
拥有的知识提供给知识工程师，由知识工程师和领域专家 一起将这些专家知识归纳整理成ES的知识库。
第6章 ES设计
Expert Systems Design
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8.2 ES的一般设计方法
（2）智能编辑程序 熟悉计算机的领域专家可以通过智能编辑程序把自己
Expert Systems Design
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8.2 专家系统的一般设计方法
目前，还没有统一的ES设计规范。 ES的基本设计思想 是使计算机的工作过程竭尽全力地描述领域专家解决实际 问题的工作过程。 8.2.1 ES设计的关键问题 1）设计ES的两个关键问题
材料工程中的计算机应用技术
计算机
图象处理的计算机硬件系统
USB硬盘 刻录机 打印机
一、主机 二、图象输入设备
1. 数码相机 2. 扫描仪 3. 数字专用设备（例：数字式显微镜）
三、图像输出及存储设备
常用的存储设备： 1. 大容量磁盘（驱动器） 2. 刻录光盘（驱动器） 3. 活动硬盘 4. 闪存类存储器
位图图像和矢量图形的基本概念
际上是由“反相”、“色调分离”、“亮度／ 对比度”等多个命令组成的。因此，该命令功 能十分强大，可以进行较有弹性的调整。
“曲线”命令：
首先打开一幅图片；
执行“图像\调整\曲线” 命 令 或 按 下 “ Ctrl ＋ M” 组合键打开“曲线”对 话框。
PhotoShop包含了丰富的图片处理功能，
还可以对图片进行旋转、翻转、裁减、缩放
用鼠标调整
十一、创建图表
步骤 ：
选择要制成图表的数据 单击常用工具栏中的ChartWizard按钮 这时会弹出一个“ChartWizard”对话框 按照“图表向导”中的指导进行操作
第六部分 材料工程中的计算机图象处理
图象处理的计算机硬件系统
数码相机
扫描仪 网络资源
各种数字式 专用设备
输入
输出及存储
颜色模式
RGB模式
灰度模式 位图模式
注意4点：
1. 灰度模式的图像可以直接转换成黑白图像
和RGB的彩色图像，同样黑白图像和彩色图
像也可以直接转换成灰度图像；
2. 当要将一幅彩色图像转换成黑白图像时，必
须先将该图像转换成灰度模式的图像，然后 再将它转换成只有黑白两色的图像，即位图
模式的图像；
3. 当一幅灰度图像转换成黑白图像后，若再转
4．删除工作表
神经网络和专家系统复合材料优化设计研究
综述收稿日期:2008-01-29基金项目国家自然科学基金(565)作者简介杨榛,3年出生,博士研究生,主要从事材料体系的建模与优化设计工作。
y z @神经网络和专家系统复合材料优化设计研究杨 榛 顾幸生 梁晓怿 凌立成(华东理工大学,上海 200237)文 摘 论述了复合材料设计及优化的基本方法,介绍了神经网络和专家系统人工智能方法,并对复合材料设计及优化中的两种智能方法进行了详细论述,总结了两种方法在复合材料优化设计中的分类、建模、预测和应用。
举例说明了神经网络和专家系统方法在复合材料优化设计中具有重要的研究价值。
最后对该领域的发展提出了建议。
关键词 复合材料优化设计,神经网络,专家系统,智能融合Neural Networks and Expert System s in Co mposite Optim ized DesignYang Zhen Gu Xingsheng Liang Xiaoyi L ing L icheng(Ea st Chi na Univ e rsit y of Sc ience and Technology,Shanghai 200237)Abstra ct B asic r e sea r ch m ethods of composite de sign and op ti m iz a tion were de scribed.T wo typical artificia l in 2telligence m ethods (Neural Ne t w orks and Expert Syste m s )were intr oduced.T wo kinds of intelligence theory and exa m 2ple s to applicati on in composite de sign and op ti m izati on were all discussed in de tail .Next,the basic research m ethods and app lication p r operty of cla ssifying,modeling,predicting about the t w o kinds of integrated m ethod in c omposite de 2sign were summ arized.W e conc lude tha t artificial intelligence m ethod plays an i mportant r ole in the research of c om 2posite opti m iz ed design .F inally some r eco mm endati ons t o the deve l opm ent in the field of composite design are m ade .Key wor ds Composite opti m ized design,Neur a l Ne t w orks,Expert Syste m s,I ntelligent integrati on 1 引言复合材料既能保留原组分材料特色,并通过复合效应获得原组分材料不具备的性能,还可通过材料设计使各组分的性能相互补充彼此关联,获得新的性能[1～2]。
第六章-专家系统PPT课件
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6.1.2 专家系统的类型
(1) 解释专家系统 ……
作为解释专家系统的例子有语音理解、图象分 析、系统监视、化学结构分析和信号解释等。 例如，卫星图象(云图等)分析、集成电路分析、 DENDRAL化学结构分析、ELAS石油测井数据分 析、染色体分类、PROSPECTOR地质勘探数据解 释和丘陵找水等实用系统。
的MACSYMA符号积分与定理证明系统，我国一些大学开发 的计算机程序设计语言和物理智能计算机辅助教学系统以 及聋哑人语言训练专家系统等。
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6.1.2 专家系统的类型
(10) 修理专家系统 修理专家系统的任务是对发生故障的对象(系
统或设备)进行处理，使其恢复正常工作。修理专 家系统具有诊断、调试、计划和执行等功能。美 国贝尔实验室的ACI电话和有线电视维护修理系统 是修理专家系统的一个应用实例。
预测专家系统的例子有气象预报、军事预测、人口预 测、交通预测、经济预测和谷物产量预测等。例如，恶劣 气候(包括暴雨、飓风、冰雹等)预报、战场前景预测和农 作物病虫害预报等专家系统
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6.1.2 专家系统的类型
(3) 诊断专家系统 诊断专家系统的任务是根据观察到的情况(数据)来推
问题求解过程就是一个推理过程，所以专家系统 必须有推理机构。
ES的核心是知识库和推理机。
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6.1.1 专家系统的特点—特点
(3) 具有启发性 ES除要利用大量专业知识外，还必须利用经
验的判断知识来对求解问题作出多个假设。 依据某些条件选定一个假设，使推理继续
进行。
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(3) 诊断专家系统 ……
医疗诊断中的专家系统设计与实现
医疗诊断中的专家系统设计与实现随着人工智能和机器学习的发展，专家系统在医疗诊断领域中的应用越来越广泛。
专家系统利用专家知识和推理规则来进行诊断和治疗建议，减轻了医生的负担，提高了患者的治疗效果。
本文将介绍医疗诊断中的专家系统设计与实现过程。
首先，设计专家系统需要收集和整理专家知识。
医疗领域的专家知识可以来自于医生的经验和医学文献等来源。
收集到的知识需要进行归纳总结，建立知识库。
知识库的设计需要符合特定的知识表示方法，以便于系统对知识的处理和推理。
其次，设计专家系统需要确定推理规则。
推理规则是专家系统中的核心组成部分，用于进行诊断和治疗决策。
推理规则应该基于严谨的逻辑和科学的医学依据。
推理规则包括前提条件和结论，通过匹配前提条件和当前患者的病情信息，系统可以推断出相应的结论和建议。
推理规则的数量和准确性对系统的性能和效果有重要影响，因此设计推理规则需要经过充分的验证和测试。
在实现专家系统时，需要选择合适的技术和工具。
专家系统的实现可以基于规则引擎、机器学习算法或混合方法等。
规则引擎是一种常用的实现方式，它能够对推理规则进行管理和执行，通过事实与规则之间的匹配，来得出结论和建议。
机器学习算法可以通过训练数据来学习知识和规律，从而进行诊断和预测。
混合方法结合了规则引擎和机器学习算法的优势，可以更好地解决实际医疗诊断中的复杂问题。
在实现过程中，还需要考虑专家系统与患者之间的交互方式。
专家系统可以通过问答方式获取患者的病情信息，也可以通过图形界面展示诊断结果和建议。
在交互设计中，需要注意界面友好性、易用性和信息准确性等方面的要求，以便患者或医生可以方便地使用系统。
此外，专家系统还需要进行充分的验证和评估。
验证是指检验系统的逻辑正确性和推理能力，评估是指衡量系统的性能和效果。
验证可以通过测试用例来进行，评估可以通过与专业医生对比和实际病例验证来进行。
只有通过验证和评估，才能保证专家系统的可靠性和有效性。
最后，专家系统的实现需要与医疗机构合作。
材料计算设计基础
14.材料计算设计的范畴、层次及在材料科学中的地位。
（1）范畴：材料组织结构、成份、性能与使用性能之间做到按需定做（2）层次：按尺度分类的层次量子力学、分子动力学、缺陷动力学、结构动力学、连续介质力学（3）材料科学中的地位：①今天已跨入材料设计时代的门槛, 但完全定量化设计仍是一个探索中的目标。
②目前比较成熟的材料设计方法：传统配方型经验设计或“试错”设计；基于已有实验规律和数据库的初步设计③目前正在发展的方法：材料知识库和数据库技术：以存取材料知识和性能数据为主要内容的数值数据库；材料设计专家系统：基于材料知识库或数据库，加上人工智能推理的计算机程序系统；材料计算机模拟设计：基于原子、介观或宏观尺度的各种计算机模拟方法；材料第一性原理计算：基于量子理论计算材料结构和性质。
14.材料学科的理论、实验和模拟计算三种研究方法之间的联系和区别。
材料学主要研究材料组织结构、成份、性能与使用性能之间关系。
材料模拟计算需要已有的实验数据、理论基础、和强大的计算能力。
与实验相比材料计算的优点：①省时，省力，省财；②可重现实验上观察不到的现象。
不足：需实验验证。
所以在研究中经常两者结合。
14.材料模拟计算方法按照预测性如何分类？举例说明之。
确定性方法：牛顿力学计算离子运动；随机性方法：扩散；统计性方法：体系的性质。
14.材料模拟计算方法按照描述性如何分类？举例说明之。
经验方法：唯象方法：第一性原理：14.材料模拟计算的基本过程？要注意哪些问题？（1）定义自变量：例如时间和空间；（2）定义因变量(态变量)：强度因变量（与质量无关）、广延因变量（与质量成正比）、显含因变量（微结构性质，例如晶粒尺寸）、隐含因变量（介观或宏观平均值）。
（3）建立运动方程：不考虑实际作用力，描述质点变化的函数关系。
计算一些相关参数，例如，应变、钢体自旋、晶体重新取向率等。
（4）确定状态方程：从因变量的取值出发，描述与路径无关的实际状态函数。
专家系统设计与实现
专家系统设计与实现随着科学技术的不断进步，计算机在我们日常生活中的应用也越来越广泛。
在企业管理、医疗诊断、金融领域等各个领域中，计算机已经成为一个不可或缺的工具。
随着人工智能的发展，专家系统也逐渐成为一个可以与人互动的解决方案。
在这篇文章中，我们将探讨如何实现一个高效的专家系统。
一、什么是专家系统？专家系统是一种利用计算机模拟人类专家经验和知识的系统。
它可以用于解决高度复杂的问题，并帮助人们做出更好的决策。
不同于其他类型的软件，专家系统需要通过分析问题，建立知识库，设计推理算法等方法来实现其功能。
二、专家系统的设计和实现1.问题分析在设计一个专家系统之前，我们需要对待解决的问题进行详细分析。
这意味着我们需要了解问题的所有方面，并识别专家系统需要解决的困难和障碍。
这种分析有助于确定知识库的范围和内容，以及特定领域中的相关知识领域。
2.知识库设计准备好问题分析后，要准备知识库。
知识库是专家系统中最重要的部分，因为他们包含专家的大量经验和知识。
这样，它可以用来推理问题解决方案。
设计知识库的关键是收集输入参数和推理规则。
在这一过程中，我们需要考虑多个方面，包括问题主题的现状，经验和证明结果。
3.推理引擎设计推理引擎是一个通过诊断用户输入数据来推断问题的解决方案的过程。
在编写推理算法之前，需要确定特定领域的推理量表准则。
例如，在医学领域，开发专业的推理引擎需要考虑病症的严重程度和紧迫性。
基于这些判断标准，推理引擎可以确定处理问题的最佳方法。
4.用户界面设计除了知识库和推理引擎，一个高效的专家系统还需要包括用户界面，可提供信息的明确界面和用户友好程度也很重要。
这将使用户能够根据问题进行迅速的操作和推理，减少混淆和误差。
5.系统测试专家系统的最后一步是进行测试。
进行密切合作后，系统一旦被投入使用，需要进行实际运行测试。
在这个过程中，需要检测系统是否可以解决特定领域中的所有问题，并根据实际结果检测系统的准确性和效率。
材料设计
• 例如，功能梯度材料是物相或化学组成从 一方向另一方向连续过渡的复合材料，其 最大优点是温度梯度大时热应力分散，适 于在航天等领域中用作结构材料。在研制 梯度材料过程中可用计算机模拟方法计算 热应力分布，为寻找合理的结构提供依据。 此外，用热力学方法预测材料的相变过程 及相变产物的显微结构，也属于此类方法 研究范畴。③宏观尺度模拟计算。此法一 般与材料或材料部件的工业生产有关。
• 除上述三类外，近年来还发展了以材料智 能加工为目标的材料设计专家系统。材料 智能加工是材料设计研究的新发展，其目 标是通过在位传感器在材料制造过程中采 集信息，并输人智能控制以实现控制决策， 使制备中的材料能循着最佳途径成为性能 优良、稳定以及成品率高的材料。材料智 能加工研究始于 20世纪 80年代中期，已在 大直径砷化镓单 备、碳纤维增强碳素复合
• （5）以原子、分子为起始物进行材料合成， 并在微观尺度上控制其结构，是现代先进 材料合成技术的重要发展方向，例如分子 束外延、纳米粒子组合、胶体化学方法等。 对于这类研究对象，材料微观设计显然是 不可缺少的并且是大有用武之地的。
• 2、当前面临的挑战
• 1969年江崎和朱兆祥提出了由两种不同 半导体薄层构成超晶格。量子阶的概念。 后来借助分子束外延等制备技术，使这一 设想得以实现。现在已被证明，这一概念 是80年代以来凝聚态物理学和材料科学中 最有价值的概念之一，它开辟了人工设计 低维材料并对其能带结构进行人工剪裁的 先例。2O年多来，从量子新到量子线、量 子点的研究，一直是最富有生命力的前沿 领域之一。
• 材料设计的计算机模拟，按模拟尺度 可以分为三类。①原子尺度模拟计算。 所用的方法主要是分子动力学方法和 蒙特卡洛方法等。分子动力学方法应 用极为普遍，它根据粒子间相互作用 势，计算多粒子系统的结构和动力学 过程。原则上，可用这些方法计算各 种物系的结构和性质。②显微尺度模 拟计算。这类计算以连续介质概念为 基础。
专家系统及人工神经网络在材料设计中的应用
专家系统及人工神经网络在材料设计中的应用B10060519 陈晓强专家系统是一个智能计算机程序系统，其内部含有大量的某个领域专家水平的知识与经验，能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来处理该领域问题。
也就是说，专家系统是一个具有大量的专门知识与经验的程序系统，它应用人工智能技术和计算机技术，根据某领域一个或多个专家提供的知识和经验，进行推理和判断，模拟人类专家的决策过程，以便解决那些需要人类专家处理的复杂问题。
长期以来，材料研究采用的是依赖大量实验、进行大面积筛选的方法，要消耗大量人力、物质资源和时间，并且由于诸多经验和现象还未能用恰当的理论解释，尚不能脱离经验性实验和探索性实验的方法，效率不够高，于是今年人们利用飞速发展的计算机人工智能来帮助科学家对材料设计进行探索研究。
人工智能的研究是要分析人类的思维过程或人类智能可能具有的功能，并在计算机系统中模拟实现。
而专家系统是人工智能研究领域中最活跃、最具实现价值的应用领域之一。
如果把专家系统应用于我们的材料设计之中，便诞生了材料设计专家系统。
材料设计专家系统是指具有相当数量的与材料有关的各种背景知识，并能运用这些知识解决材料设计中有关问题的计算机程序系统。
最理想的专家系统是从基本理论出发，通过计算和逻辑推理预测未知材料的性能和制备方法。
但由于影响材料的组织结构和性能的因素极其复杂，这种完全演绎式的专家系统还难以实现。
目前的专家系统是以经验知识和理论知识相结合为基础的。
一个完整的专家系统的组成：知识库：知识库是用于存放领域专家提供的专门知识；工作数据库：它主要由问题的有关初始数据和系统求解期间所产生的中间信息组成；推理机：一个专家系统中推理机所要解决的问题是如何选择和使用知识库中的知识，并运用适当的控制策略进行推理来实现问题的求解；知识获取机制：主要是为了实现专家系统的自我学习，在系统使用过程中能自动获取知识，不断完善扩大现有系统功能。
解释机制：回答用户提出的各种问题；人机接口：主要功能是实现系统与用户之间的双向信息转换，即系统将用户的输入信息翻译成系统可接受的内部形式，或把系统向用户输出的信息转换成人类所熟悉的信息表达方式。
专家系统在材料科学中的应用
§4.1 专家系统
专家系统的定义 (1)定义：是一个智能的计算机程序，它运用知识
和推理解决只有专家才能解决的复杂问题。
§4.1 专家系统
专家系统的作用 (1)专家系统便于保存和大面积推广各种专家的宝
贵知识，克服人类专家供不应求的矛盾。
(2)专家系统还可以综合许多专家的知识和经验， 从而博采众长。
§4.1 专家系统
专家系统的类型 (10)调试型专家系统：主要用于对系统进行调试， 能根据相应的标准检测被测对象存在的错误，并 制定适合于当前情况的最佳方案。
§4.1 专家系统
专家系统的结构
用户
领域专家
知识工程师
人机接口
解释机构
数据库
知识获取机构
推理机 知识库
§4.1 专家系统
专家系统的结构
(1)知识库：主要存放知识（来自人类专家和科技 文献的知识）和规则（如何根据已知事实和假设 产生新的事实和假设的长期信息）。
专家系统的开发
(5)测试阶段：通过运行实例，来检验所建立的系 统。检验的内容包括：系统的可靠性、知识的一 致性、系统的运行效率、系统的解释能力、人机 接口的便利性等，并根据检验结果，对系统进行 修改。
(6)维护阶段：主要是修改、扩充知识库和推理机 中的各种信息，使专家系统变得更完善。
§4.1 专家系统
专家系统和传统程序的区别41专家系统4传统程序因为是根据算法来求解问题所以每次都能产生正确答案而专家系统则象人类专家那样工作通常产生正确答案但有时也会产生错误答41专家系统专家系统的类型1解释型专家系统
人工智能 (1)定义：让机器完成那些如果由人来做需 理、图像识别等
§4.2 专家系统在材料科学中的应用实例
§4.1 专家系统
专家系统的构建步骤
专家系统的构建步骤哎呀，说起专家系统，这可真是个技术活儿。
不过别担心，我这就给你娓娓道来，咱们就像聊天一样，慢慢来。
首先，咱们得明确，专家系统是个啥玩意儿。
简单来说，它就是模仿专家的决策过程，帮助解决复杂问题的一套系统。
就像你有个问题，然后有个专家给你指点迷津，专家系统就是那个“专家”。
好了，咱们开始聊聊构建专家系统的步骤。
第一步：确定问题领域首先得搞清楚，你要解决的是啥问题。
比如，你是想解决医疗诊断问题，还是想预测股市走势？这个领域得选好，因为专家系统得针对特定的问题领域来设计。
第二步：收集知识这一步可关键了。
你得收集一大堆专家的知识，这些知识包括规则、事实、经验等等。
就像你做菜，得先准备好食材一样。
这些知识可以从专家的访谈、书籍、论文等等地方收集。
第三步：知识编码收集完知识，下一步就是编码了。
你得把这些知识转换成计算机能理解的形式。
这就像是把食材切好、准备好，准备下锅。
这个过程可能需要用到一些专门的工具，比如专家系统开发工具。
第四步：构建推理机有了知识，咱们还得有个“大脑”来处理这些知识，这就是推理机。
推理机就像是个厨师，根据食材（知识）来做出美味的菜肴（解决方案）。
推理机得能根据输入的问题，运用知识库中的知识，得出结论。
第五步：用户界面设计最后，咱们得设计个用户界面，让用户能和专家系统交流。
这就像是餐厅的服务员，得让用户点菜（输入问题），然后上菜（输出解决方案）。
第六步：测试和评估做完这些，你还得测试一下，看看专家系统是不是真的能解决问题。
这就像是试吃，看看菜做得好不好。
如果不行，就得回去调整，可能是知识不够准确，或者推理机不够智能。
第七步：维护和更新最后，专家系统不是一劳永逸的，你得定期维护和更新。
就像餐厅得定期更新菜单一样，专家系统也得根据新的知识和技术进行更新。
好了，这就是构建专家系统的大概步骤。
听起来可能有点复杂，但一步步来，其实也没那么难。
就像做菜，一开始可能手忙脚乱，做多了自然就熟练了。
燃烧型抗红外发烟剂设计及其配方筛选专家系统
燃烧型抗红外发烟剂设计及其配方筛选专家系统依据烟幕对红外辐射的衰减机理,对微粉石墨、微米级可膨胀石墨和炭黑等红外遮蔽材料在燃烧型发烟剂中的应用进行了研究。
结果表明,微粉石墨和微米级可膨胀石墨在高温下易氧化,不宜直接作为燃烧型发烟剂组分使用;利用燃烧反应生成的炭黑聚集体对红外辐射有较强的衰减作用,更适于作为烟幕的主要遮蔽成分。
根据炭黑生成机理,建立了适用于燃烧型抗红外发烟剂的富碳有机物选择原则,开展了产炭率及炭黑生成影响因素研究。
结果表明,产炭率与物质含碳量无关;C/H比高的芳香族有机物容易生成炭黑,且生成的炭黑聚集体对红外辐射衰减效果好;燃烧温度也会对炭黑的生成产生影响。
建立了基于最小自由能法的发烟剂燃烧产物计算模型,开发了燃烧型发烟剂配方筛选专家系统,实现了对燃烧产物的预测,通过叠加各产物红外谱图模拟出烟幕红外谱图,同时给出烟幕在不同波段的遮蔽指数,达到了快速筛选配方的目的,并将其应用于发烟剂配方设计,结合大型烟箱测试系统,优选出一种能够有效遮蔽红外辐射的燃烧型抗红外发烟剂。
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（
、
《计算机在材料科学中的应用》 结课作业 题
目：计算机用于新材料的设计 班 级： 姓
名： 学
号：
二零一一年五月
计算机用于新材料的设计
——材料设计专家系统
21世纪是一个全新的数字信息时代，人们的生活、娱乐、办公、学习都离不开计算机的帮助。
不仅如此，它改变了包括各个学科领域在内的世界面貌。
21世纪伴随着信息产业的发展，计算机在软硬件方面都取得了长足的进步，而网络技术、信息高速公路的出现，是计算机的应用已远不止科学计算，更成为科技领域存储、传输、处理、加工数字化信息的工具。
在20世纪50年代科学家就设想用计算机进行“材料设计”，其旨是通过理论与计算机预报新材料的组分、结构与性能，或者是通过理论设计来“订做”具有特别性能的新材料，按生产要求“设计”最佳的制备与加工方法。
在“材料设计”的研发下，人工智能在20世纪中叶产生并迅速的发展了起来。
人工智能的研究是要分析人类的思维过程或人类智能可能具有的功能，并在计算机系统中模拟实现。
而专家系统是人工智能研究领域中最活跃、最具实现价值的应用领域之一。
把专家系统应用于我们的材料设计之中，便诞生了材料设计专家系统。
材料设计专家系统是指具有相当数量的与材料有关的各种背景知识，并能运用这些知识解决材料设计中有关问题的计算机程序系统。
最理想的专家系统是从基本理论出发，通过计算和逻辑推理预测未知材料的性能和制备方法。
但由于影响材料的组织结构和性能的因素极其复杂，这种完全演绎式的专家系统还难以实现。
目前的专家系统是以经验知识和理论知识相结合为基础的。
一个完整的材料设计专家系统通常由知识库、工作数据库、推理机、知识获取机制、解释机制和人机接口六个部分组成。
材料设计专家系统根据用户提出的有关材料性能的要求，以综合材料数据库为出发点，在控制策略的引导下，由推理机运用知识库中的有关知识，通过不断的探索推理以达到目标。
材料设计专家系统的工作过程是以知识为基础、对目标问题进行求解的过程，是一个搜索过程。
近几年我国科学家利用专家系统和网络技术, 开发了一个基于web的纤维增强树脂基复合材料设计专家系统原型, 它总结了有关的设计原则、经验和规则, 能在web环境下实现复合材料设计信息的交流和数据的共享, 能实现具有一定功能的复合材料及其典型构件的设计, 实用价值十分明显。
该系统是模拟复合材料设计的专家和工程技术人员根据最初的技术要求和实际条件( 如荷情况、环境条件及几何尺寸和尺寸大小的限制等) , 给出一种设计方案。
复合材料设计过程可分为两大部分：一是材料设计、材料选择和铺层设计部分；二是材料性能预测、应力应变分析、强度校核部分。
在复合材料设计、铺层设计中。
一般是利用从多年实践经验中积累起来的不严格的经验知识，对这部分将采用专家系统进行设计，将设计领域内的经验、规定、原则用知识来表示。
通过推理机制分别加载不同的知识库进行推理，从而实现各种情况下的材料设计、选材工作和铺层设计工作。
基于Internet 专家系统，用户通过浏览器提交请求， web服务器收到请求后将请求格式化并送至逻辑服务器（Logic Server），Logic Server根据请求从知识库提取所需知识，进行推理，并将结果传回Web服务器。
web 服务器将格式化推理结果，传回用户浏览器。
该系统能再web环境下，实现复合材料设计信息的交流和数据的共享，整个设计过程通过一系列的人机交互对话，可不停反复进行，直到得到比较满意的结果为止。
同时，材料设计专家系统也被用于热处理工艺的制定，我们称其为热处理工艺专家系统。
热处理工艺专家系统可根据用户提供的零件信息自动推理出最适当的热处理工艺，并确定相应的保温温度和时间等参数；在得到用户调整后，系统自动绘制出热处理工艺卡，并将工艺卡中的有关信息存储，以便以后需要时进行使用和研究。
系统的知识库由事实库、规则库和实例库组成，包括金属材料数据库、热处理工艺数据库、典型零件数据库。
热处理工艺专家系统以用户选择输入的有关零件的初始信息为条件，搜索金属材料数据库或热处理工艺数据库，得到与之匹配的粗略的工艺信息提供用户选择或确认，然后以此条件再次搜索金属材料数据库或热处理工艺数据库，得到较精确的工艺信息，如此多次搜索，最终得到推理结果，经过用户调整确认
后，即形成正式的工艺文件。
热处理工艺专家系统中的知识库是一个动态结构。
在用户使用过程中，知识库应当能够不断地更新与完善，从而使系统表现出越来越好的使用效果。
钢材用户为了限制淬透性的波动，往往对特定钢种的一些合金元素提出更窄的成分范围。
然而即使采用在严格的化学成分标准，淬透性的波动仍然很大，这是因为几乎每一个合金元素几乎都能使钢的淬透性增加，而且元素对淬透性的增加的叠加不是简单的算数加和。
为了解决这个问题，OVAKO公司开发了钢超精淬透性预测和控制系统，将用户的淬透性要求同炼钢工艺过程的淬透性控制联系起来，钢厂能够按用户的要求提供具有指定淬透性的钢材。
作为一种理论研究工具，材料设计专家系统推动了人工智能的发展，也推动了材料界的进步。
作为一种实用工具，材料设计专家系统为人类保存、传播、实用和评价知识提供了一种有效的手段。
材料设计专家系统在21世纪中必将有着更加广阔的发展前景与运用空间。