传统诊断专家系统及实现

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1、6李斌：基于模糊神经网络技术的智能故障诊断专家系统的研究1996年3月第二章传统诊断专家系统及实现§2.1专家系统概述2.1.1专家系统发展进程专家系统（ExpertSystem,ES），也称基于知识的系统（KnowledgeBasedSystem，KBS），是人工智能（ArtificialIntelligence，AI）的一个新的分支，也是发展最快的一个分支。ES实际上是AI计算机程序系统，它能利用目前大量人类专家的专门知识和方法来解决现实生活中某些复杂的重要问题。追溯ES的发展历程，可分为4个时期：1.母科学创立期（1965年前）1956年夏，J.McCarthy,M.L.Minsk

2、ey,C.E.Shanon,N.Lochester等人在美国新罕布什尔州的Darmouth大学举行研讨会，共同探讨用机器模拟人类智能行为的各种问题，并在会上首次正式使用“ArtificialIntelligence”这一术语，标志着一个新兴学科------人工智能（AI）的诞生。2.初创期（1965～1971年）1965～1968年，斯坦福大学计算机系的Feigenbaum及其硬件小组开发出启发式DENDRAL系统，用于解释化合物结构。于是，AI的一个新的研究领域------ES诞生了。其后，各个领域的各类ES如雨后春笋，纷纷出现。3.成熟期（1972～1977年）七十年代ES趋于成熟，

3、先后推出了一批卓有成效的ES，在诊断（医疗、机电故障）领域尤为突出（参见附录A）。4.扩展期（1978年至今）随着ES的逐渐成熟，其应用领域迅速扩大，所处理问题的难度也不断增加。ES[5]从原来的解释型、诊断型逐渐扩展到设计型、规划型、教育型和预测型等。同时，为加快ES的开发速度，人们先后研制出一批用于建造和维护ES的工具系统。当前，ES的研制正方兴未艾。2.1.2专家系统的构成及其功能当前比较典型的ES一般由知识源、推理机、解释系统及知识获取系统等组成，其结构如图2.1所示。知知识库管推理机识模型库用外部理源数据库户接口系专家统解释器知识获取知识系统工程师图2.1专家系统结构框图199

4、6年3月硕士学位论文7ES各部分的功能如下：1.知识源（KnowledgeSource，KS）知识源包括知识库（KnowledgeBase,KB）、模型库（ModelBase,MB）和数据库（DataBase,DB）。KB是专家知识、专家经验、书本知识、公理、定理、规则的存储单元。KB的结构取决于知识表示方式，一般有：逻辑表示，语义网络表示、规则表示、特性表示、框架表示和子程序表示等。存储在KB中的知识可分为两大类：一类为事件型知识（Fact），另一类为功能性知识（HeuristicKnowledge）。MB存储着系统相应的数学模型，它用于状态和机理分析，以及科学计算。DB存放着系统特征

5、的当前数据、永久数据以及通过自学习形成的新数据。2.推理机（InferenceEngine，IE）IE是运用知识与规则进行推理，解决特定问题的功能块。推理策略有三种：(1)正向推理：由原始数据出发，按一定方式，运用KB中的专家知识，推出结论，也叫数据驱动型推理；(2)反向推理：先提出假设（结论），然后逐层寻找支持这个结论的证据，又称目标驱动型推理；(3)正反向混合推理：采用“先反后正”和“先正后反”两种方式完成推理。现代推理还大量运用了似然推理、近似推理或不精确推理方法，这些推理的主要理论基础为：概率论、模糊集理论、证据理论以及发生率理论等。本文用到了正向推理、模糊推理和神经网络推理。3

6、.解释系统（ExplanationSystem）解释系统可以解释推理过程，回答用户问题，解释推理结论的正确性，使系统具备一定的透明度和友好性。4.知识获取系统（KnowledgeAcqusitionSystem）这是外部知识和内部程序的接口，能补充、修改和更新知识。知识的获取在专家系统中的工作量最大、最复杂，知识获取系统是ES开发、设计的最关键环节。5.外部接口目前常用的外部接口设备有计算机键盘、显示器、打印机、绘图仪等。ES是一个计算机程序系统，可以用计算机通用语言或ES专用语言来研制。目前国际上用于开发ES的流行语言主要有：LISP、PROLOG、C、PASCAL、OPS5、OPS5

7、＋和FLOPS等。本文中，采用了Prolog语言（Turbo-Prolog2.0版）。另外，在FD领域引入美国MathWorks公司开发的科学计算软件包------MATLAB，使用MATLAB语言编制了FL-FD、NN-FD、FNN-FD-ES等智能故障诊断程序系统。当前比较成功的专家系统一般有以下几个特点：µ启发性，能使用判断性知识进行推理；µ透明性，能解释自己的推理过程；µ灵活性，能不断修改和扩充知识。8李斌：基于模糊神经网络