专家系统(精品).ppt

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1、第一章第一章 农业专家系统概述农业专家系统概述 一、人工智能一、人工智能1、什么是人工智能、什么是人工智能(麦卡锡等人提出麦卡锡等人提出)广义地讲，人工智能是关于人造物的智能行为，而广义地讲，人工智能是关于人造物的智能行为，而智能行为包括知觉、推理、学习、交流和在复杂智能行为包括知觉、推理、学习、交流和在复杂环境中的行为。环境中的行为。Tianjin Agricultural UniversityTianjin Agricultural University3、人工智能的研究领域、人工智能的研究领域人工智能的研究更多的是结合具体领域进行的，人工智能的研究更多的是结合具体领域进行的，主要研究领域

2、有主要研究领域有专家系统专家系统，机器学习，模式识别，机器学习，模式识别，自然语言理解，自动定理证明，自动程序设计，自然语言理解，自动定理证明，自动程序设计，机器人学，博弈，智能决定支持系统和人工神经机器人学，博弈，智能决定支持系统和人工神经网络。网络。Tianjin Agricultural UniversityTianjin Agricultural University二、专家系统二、专家系统1、什么是专家系统？、什么是专家系统？专家系统（专家系统（ExpertSystem，ES）是一个利用）是一个利用知识和推理过程来解决那些需要特殊的、重要的知识和推理过程来解决那些需要特殊的、重要的人

3、类专家才能解决的复杂问题的计算机程序。人类专家才能解决的复杂问题的计算机程序。Tianjin Agricultural UniversityTianjin Agricultural UniversityMYCIN系统系统是一个用于诊断和治疗感染性疾病的专家是一个用于诊断和治疗感染性疾病的专家咨询系统咨询系统CASNET系统是系统是1972年由年由Rutgers大学的大学的WissSM、KulikowkiCA和和SafirA等人研制的，用于治等人研制的，用于治疗青光眼疾病的又一医疗专家系统疗青光眼疾病的又一医疗专家系统PROSPECTOR是是Stanford国际研究所（国际研究所（SRI）的）的

4、DudaRO等人于等人于1976年研制的一个根据地质数据寻年研制的一个根据地质数据寻找矿藏的专家咨询系统找矿藏的专家咨询系统Tianjin Agricultural UniversityTianjin Agricultural University分布式专家系统分布式专家系统分布式专家系统（分布式专家系统（DistributedExpertSystem）是具有分布处理特征的专家系统。随着）是具有分布处理特征的专家系统。随着网络通讯技术的发展，把规模较大的专家系统的功网络通讯技术的发展，把规模较大的专家系统的功能分解为若干个任务程序分配到多个处理机上并行能分解为若干个任务程序分配到多个处理机上并

5、行工作，以缩短专家系统问题求解的时间。分布式专工作，以缩短专家系统问题求解的时间。分布式专家系统的运行环境可以是紧耦合的多处理机系统，家系统的运行环境可以是紧耦合的多处理机系统，也可以是松耦合的计算机网络系统。也可以是松耦合的计算机网络系统。Tianjin Agricultural UniversityTianjin Agricultural University协同式专家系统协同式专家系统一般来说，一个专家系统应用于某一领域的某一类问题求解，应一般来说，一个专家系统应用于某一领域的某一类问题求解，应用范围有较大的局限性。协同式专家系统（用范围有较大的局限性。协同式专家系统（Cooperati

6、veExpertSystem）是能综合若干个相近领域或一个领域的多个）是能综合若干个相近领域或一个领域的多个方面的专家系统，相互协作共同解决一个更广领域中的问题的专方面的专家系统，相互协作共同解决一个更广领域中的问题的专家系统，有时也称作家系统，有时也称作“群专家系统群专家系统”或或“多专家系统多专家系统”。依靠多。依靠多个专家系统协同工作可以用来求解复杂的问题。个专家系统协同工作可以用来求解复杂的问题。协同式专家系统和分布式专家系统有一些共性，但是侧重点不同。协同式专家系统和分布式专家系统有一些共性，但是侧重点不同。协同式专家系统强调各个分专家系统之间的协同合作，而不是强协同式专家系统强调各

7、个分专家系统之间的协同合作，而不是强调处理的分布和知识的分布。协同式专家系统重点研究分散的、调处理的分布和知识的分布。协同式专家系统重点研究分散的、松耦合的一组知识处理实体或处理机节点协同进行问题求解的方松耦合的一组知识处理实体或处理机节点协同进行问题求解的方法。这种知识处理实体称为智能体法。这种知识处理实体称为智能体(Agent),每个智能体具有自主每个智能体具有自主性，它们之间彼此在逻辑上相互独立，通过知识共享和协同工作性，它们之间彼此在逻辑上相互独立，通过知识共享和协同工作产生问题的解决方案。各智能体更多的时间用于计算和推理，用产生问题的解决方案。各智能体更多的时间用于计算和推理，用于通

8、讯的时间相对较少。于通讯的时间相对较少。Tianjin Agricultural UniversityTianjin Agricultural University与数据挖掘相结合与数据挖掘相结合近年来，商务贸易电子化、企业和政府事务电子化的迅速普及近年来，商务贸易电子化、企业和政府事务电子化的迅速普及产生了大规模的数据源，同时日益增长的科学计算和大规模的产生了大规模的数据源，同时日益增长的科学计算和大规模的工业生产过程也提供了海量数据。面临浩渺无际的数据，人们工业生产过程也提供了海量数据。面临浩渺无际的数据，人们呼唤一个从数据汪洋中去粗存精、去伪存真的技术。缺乏挖掘呼唤一个从数据汪洋中去粗存

9、精、去伪存真的技术。缺乏挖掘数据背后隐藏的知识的手段，导致了数据背后隐藏的知识的手段，导致了“数据爆炸但知识贫乏数据爆炸但知识贫乏”的现象。用数据库管理系统来存储数据，用机器学习的方法来的现象。用数据库管理系统来存储数据，用机器学习的方法来分析数据，挖掘大量数据背后的知识，这两者的结合促成了数分析数据，挖掘大量数据背后的知识，这两者的结合促成了数据库中的知识发现（据库中的知识发现（KDD：KnowledgeDiscoveryinDatabases）的产生。知识发现的出现为自动和智能地把海）的产生。知识发现的出现为自动和智能地把海量的数据转化成有用的信息和知识提供了手段。量的数据转化成有用的信息

10、和知识提供了手段。Tianjin Agricultural UniversityTianjin Agricultural University3、专家系统的分类、专家系统的分类海叶斯海叶斯-罗斯（罗斯（F.Heyes-Roth）等人按专家系统的特性及处理）等人按专家系统的特性及处理问题的类型将专家系统分为如下问题的类型将专家系统分为如下10类：解释型、诊断型、预测类：解释型、诊断型、预测型、设计型、规划型、控制型、监测型、维修型、教育型、调试型、设计型、规划型、控制型、监测型、维修型、教育型、调试型。此外，近些年还研制开发出了决策型及管理型的专家系统。型。此外，近些年还研制开发出了决策型及管理

11、型的专家系统。若按系统的体系结构进行分类，专家系统可分为集中式专家系统、若按系统的体系结构进行分类，专家系统可分为集中式专家系统、分布式专家系统、神经网络专家系统、符号系统与神经网络相结分布式专家系统、神经网络专家系统、符号系统与神经网络相结合的专家系统等合的专家系统等4类。类。从推理方向的角度划分，可分为正向推理专家系统、逆向推理专从推理方向的角度划分，可分为正向推理专家系统、逆向推理专家系统及混合推理专家系统；从知识表示技术的角度划分，可分家系统及混合推理专家系统；从知识表示技术的角度划分，可分为基于逻辑的专家系统、基于产生式规则的专家系统、基于语义为基于逻辑的专家系统、基于产生式规则的专

12、家系统、基于语义网络的专家系统等；从应用领域的角度划分，分为医疗诊断专家网络的专家系统等；从应用领域的角度划分，分为医疗诊断专家系统、化学专家系统、地质勘探专家系统、气象专家系统等；从系统、化学专家系统、地质勘探专家系统、气象专家系统等；从求解问题所采用的基本方法来划分，可分为诊断求解问题所采用的基本方法来划分，可分为诊断/分析型的专家分析型的专家系统及构造系统及构造/综合型的专家系统等。综合型的专家系统等。Tianjin Agricultural UniversityTianjin Agricultural University三、农业专家系统三、农业专家系统1、概念、概念农业专家系统也称为

13、农业智能系统，是利用特定农业领域的专门农业专家系统也称为农业智能系统，是利用特定农业领域的专门知识，模拟农业专家从事推理、规划、设计、思考和学习等思维知识，模拟农业专家从事推理、规划、设计、思考和学习等思维活动，解决农业领域专门问题的计算机系统。是运用专家系统技活动，解决农业领域专门问题的计算机系统。是运用专家系统技术，结合农业特点发展起来的一门高新技术。术，结合农业特点发展起来的一门高新技术。农业专家系统是农业信息技术的一个重要分支，是计算机科学技农业专家系统是农业信息技术的一个重要分支，是计算机科学技术与系统科学以及农业科学技术相结合的产物。它应用人工智能术与系统科学以及农业科学技术相结合

14、的产物。它应用人工智能技术，总结和汇集农业专家长期积累的宝贵经验，以及通过试验技术，总结和汇集农业专家长期积累的宝贵经验，以及通过试验获得的各种资料和数据，针对具体的自然条件和生态环境，科学获得的各种资料和数据，针对具体的自然条件和生态环境，科学地指导农业生产，以实现高产、优质、低耗和高效的目标。地指导农业生产，以实现高产、优质、低耗和高效的目标。Tianjin Agricultural UniversityTianjin Agricultural University2、农业专家系统的特点、农业专家系统的特点农业专家系统与普通计算机处理系统不同，它所处理的问题没农业专家系统与普通计算机处理系

15、统不同，它所处理的问题没有准确的数学公式描述，而是要有准确的数学公式描述，而是要依据已积累的知识依据已积累的知识来求解。如，来求解。如，生物病虫害诊断问题，不可能用一个数学公式计算出生物患了生物病虫害诊断问题，不可能用一个数学公式计算出生物患了什么病，该洒什么药。实际的诊断过程靠的是经验知识，经验什么病，该洒什么药。实际的诊断过程靠的是经验知识，经验知识通常不是普遍规律，而是某一受限的应用领域内的局部规知识通常不是普遍规律，而是某一受限的应用领域内的局部规律，甚至有时也会出错。当然专家系统中的局部推导也不可避律，甚至有时也会出错。当然专家系统中的局部推导也不可避免地涉及部分数学计算，但最主要地

16、是要借助于经验知识来求免地涉及部分数学计算，但最主要地是要借助于经验知识来求解。解。专家系统另一个特点是其专家系统另一个特点是其专用性专用性。虽然专家系统的原理具有一。虽然专家系统的原理具有一般性，但实际的系统却没有通用性。一个实用的小麦专家系统般性，但实际的系统却没有通用性。一个实用的小麦专家系统不可能用来指导玉米种植。不可能用来指导玉米种植。Tianjin Agricultural UniversityTianjin Agricultural University4、农业专家系统的组成、农业专家系统的组成农业专家系统一般由知识库、推理机、工作存储区（中农业专家系统一般由知识库、推理机、工作

17、存储区（中间数据库）、解释器、知识获取机构以及人机接口组成，间数据库）、解释器、知识获取机构以及人机接口组成，如图所示。如图所示。Tianjin Agricultural UniversityTianjin Agricultural University知识库知识库(KnowledgeBase)知识库储存农业专家用以解决问题的领域知识，是专家系统运行知识库储存农业专家用以解决问题的领域知识，是专家系统运行的基础。对于一个功能强的农业专家系统来说，知识库中通常储的基础。对于一个功能强的农业专家系统来说，知识库中通常储存有成千上万，甚至上百万条知识。存有成千上万，甚至上百万条知识。农民种田过程中，

18、什么季节播种，什么条件下施肥，什么情况下农民种田过程中，什么季节播种，什么条件下施肥，什么情况下浇水依靠的是种田经验和知识。但细想一下，这些知识实际上就浇水依靠的是种田经验和知识。但细想一下，这些知识实际上就是是“当条件当条件a1，a2，an成立就进行操作成立就进行操作b”。因此，农业。因此，农业专家的每条知识可以专家的每条知识可以a1a2anb的形式表达。这是一的形式表达。这是一条产生式，或称一条规则。左端的条产生式，或称一条规则。左端的a1，a2，an均称条件均称条件（前件），右端的（前件），右端的b称为结论（后件）。这种形式的知识表示就称为结论（后件）。这种形式的知识表示就称作知识的产生

19、式表示。称作知识的产生式表示。农业专家系统知识库中的知识通常采用产生式表示，除此之外，农业专家系统知识库中的知识通常采用产生式表示，除此之外，逻辑、框架、语义网络等各种表示方法也皆有采用。逻辑、框架、语义网络等各种表示方法也皆有采用。Tianjin Agricultural UniversityTianjin Agricultural University推理机推理机(InferenceMechanism)推理是人类的一种思维活动，如果给定事实推理是人类的一种思维活动，如果给定事实“a”和规则和规则“如果如果a那么那么b”，我们就会推导出事实，我们就会推导出事实b来。即推理是从已有事实出发，来

20、。即推理是从已有事实出发，运用所给规则推导出新的事实。运用所给规则推导出新的事实。推理机就是一个模拟人类思维，从已有事实出发，选用合适的规推理机就是一个模拟人类思维，从已有事实出发，选用合适的规则，不断推出新的事实，最终证明或否定某一结论的程序模块。则，不断推出新的事实，最终证明或否定某一结论的程序模块。推理通常包括正向推理和反向推理。推理通常包括正向推理和反向推理。反向推理：反向推理：若想求得某一结若想求得某一结论，便从它出发做推导，来求得证明。论，便从它出发做推导，来求得证明。正向推理：正向推理：从已知事实出从已知事实出发依知识库中的知识，逐步推导出结论。发依知识库中的知识，逐步推导出结论

21、。知识库中的知识既有一般性原理，又有大量的不完整的专家经验知识库中的知识既有一般性原理，又有大量的不完整的专家经验知识，这样的知识不可避免地带有不精确性、模糊性、随机性、知识，这样的知识不可避免地带有不精确性、模糊性、随机性、不可靠性等不确定因素。因此，推理机经常要使用不确定椎理。不可靠性等不确定因素。因此，推理机经常要使用不确定椎理。例如，假设事实例如，假设事实a的可信度为的可信度为CF（a）=0.9，规则，规则ab的可信的可信度为度为CF（b，a）=0.8，那么以这样的事实和规则为前提推出，那么以这样的事实和规则为前提推出的事实的事实b也有一个可信度问题。一般通常按也有一个可信度问题。一般

22、通常按CF（b）=CF（a）CF（b，a）=0.90.8=0.72来计算。来计算。Tianjin Agricultural UniversityTianjin Agricultural University工作存储区工作存储区(WorkingMemory)工作存储区是临时设定的存储区域，用于存放初工作存储区是临时设定的存储区域，用于存放初始事实、推导的中间结果和最后结论。始事实、推导的中间结果和最后结论。推理机根据工作存储区中的初始事实如推理机根据工作存储区中的初始事实如a，到知识，到知识库里去寻找有关知识如库里去寻找有关知识如ab，由，由a，ab经推理经推理便得到中间结果便得到中间结果b仍送

23、入工作存储区，进而又以仍送入工作存储区，进而又以a，b为已知事实，重复上述过程，直到求得最后结为已知事实，重复上述过程，直到求得最后结果，推理结束。果，推理结束。Tianjin Agricultural UniversityTianjin Agricultural University解释机解释机(ExplanationMechanism)解释机用来向使用者提供友善的解释说明及咨询解释机用来向使用者提供友善的解释说明及咨询功能。它通常将推理的路径记忆下来，便于用户功能。它通常将推理的路径记忆下来，便于用户查询诸如查询诸如“怎么得到这一结论的？怎么得到这一结论的？”这样一些问这样一些问题。题。T

24、ianjin Agricultural UniversityTianjin Agricultural University知识获取接口知识获取接口知识获取接口知识获取接口(KnowledgeAcquisitionInterface)提供编辑、增删知识库功能。知识获取有人工和提供编辑、增删知识库功能。知识获取有人工和自动两种方式，对于人工获取方式，专家系统开自动两种方式，对于人工获取方式，专家系统开发人员要对知识进行消化、整理、归纳，写成一发人员要对知识进行消化、整理、归纳，写成一条条符号表示的形式，并经知识获取接口送入知条条符号表示的形式，并经知识获取接口送入知识库。对于自动获取方式，这些工作

25、要由知识获识库。对于自动获取方式，这些工作要由知识获取系统自动完成。取系统自动完成。Tianjin Agricultural UniversityTianjin Agricultural University人机接口人机接口人机接口是使用者或专家与农业专家系统之间的人机接口是使用者或专家与农业专家系统之间的联系界面。知识的建立和维护，用户提出质询以联系界面。知识的建立和维护，用户提出质询以及推理结果的输出等都需要通过人机接口来实现。及推理结果的输出等都需要通过人机接口来实现。Tianjin Agricultural UniversityTianjin Agricultural Universi

26、ty5、农业专家系统的开发过程、农业专家系统的开发过程开发一个农业专家系统，大体可以分为开发一个农业专家系统，大体可以分为获取知识获取知识、确定确定知识表示方法知识表示方法和和推理方法推理方法、建造知识库建造知识库、编写推理程序编写推理程序、调试运行调试运行等诸阶段。等诸阶段。获取知识是从有关农业领域专家那里收集、整理、归纳获取知识是从有关农业领域专家那里收集、整理、归纳有关的经验知识，如建造一个玉米专家系统，需从玉米有关的经验知识，如建造一个玉米专家系统，需从玉米专家、有经验的农民以及书本等资料上收集有关玉米种专家、有经验的农民以及书本等资料上收集有关玉米种植管理全过程的知识，包括使用这个专

27、家系统的地区的植管理全过程的知识，包括使用这个专家系统的地区的气象、土质等有关数据以及选种、种植、施肥、灌溉、气象、土质等有关数据以及选种、种植、施肥、灌溉、收获等各生长阶段的知识，经专家系统开发人员消化、收获等各生长阶段的知识，经专家系统开发人员消化、整理、归纳写成一条条符号表示的形式。这一阶段常常整理、归纳写成一条条符号表示的形式。这一阶段常常是花时间最多的。是花时间最多的。Tianjin Agricultural UniversityTianjin Agricultural University有了知识就要选择合适的有了知识就要选择合适的知识表示知识表示和相应的和相应的推理方法推理方法了

28、，了，通常选用产生式表示方法，这时便可将知识逐条放入知通常选用产生式表示方法，这时便可将知识逐条放入知识库，随之确定使用正向推理还是反向推理。识库，随之确定使用正向推理还是反向推理。从使用效率看，反向推理更有针对性，而正向推理通常从使用效率看，反向推理更有针对性，而正向推理通常推导出大量中间结果，其中也有大量用户不感兴趣的结推导出大量中间结果，其中也有大量用户不感兴趣的结果，所以降低了求解效率。推理方式确定后，便可编写果，所以降低了求解效率。推理方式确定后，便可编写程序，然后调试运行、修改，此时可以说已完成玉米专程序，然后调试运行、修改，此时可以说已完成玉米专家系统的建造了。家系统的建造了。最

29、后还要通过实际应用来测试知识的水平，以便进一步最后还要通过实际应用来测试知识的水平，以便进一步完善知识库，提高专家系统的性能。完善知识库，提高专家系统的性能。Tianjin Agricultural UniversityTianjin Agricultural University6、农业专家系统开发工具、农业专家系统开发工具最初，人们主要使用高级程序语言（如最初，人们主要使用高级程序语言（如PASCAL、C）或人工智）或人工智能语言（如能语言（如LISP、PROLOG）开发农业专家系统，不精通计）开发农业专家系统，不精通计算机语言的人，通常无法完成农业专家系统建设。算机语言的人，通常无法完成

30、农业专家系统建设。后来，根据专家系统知识库和推理机相互分离的特点，研究人员后来，根据专家系统知识库和推理机相互分离的特点，研究人员把已建成的专家系统中的知识库把已建成的专家系统中的知识库“抠抠”掉，以剩余部分为框架，掉，以剩余部分为框架，再装入某一领域的专业知识，构成新的专家系统。在调试过程中，再装入某一领域的专业知识，构成新的专家系统。在调试过程中，只需检查知识库是否正确即可。在这种思想指导下，产生了建立只需检查知识库是否正确即可。在这种思想指导下，产生了建立农业专家系统的工具，或称农业专家系统开发平台、农业专家系农业专家系统的工具，或称农业专家系统开发平台、农业专家系统外壳。利用专家系统开

31、发工具，某领域的专家只需将本领域的统外壳。利用专家系统开发工具，某领域的专家只需将本领域的知识装入知识库，经调试修改，即可得到本领域的专家系统。知识装入知识库，经调试修改，即可得到本领域的专家系统。Tianjin Agricultural UniversityTianjin Agricultural University农业专家系统开发平台是一种用来实现农业专家系统快速开发的农业专家系统开发平台是一种用来实现农业专家系统快速开发的工具，以其为基础进行二次开发，可以大大减少农业专家系统开工具，以其为基础进行二次开发，可以大大减少农业专家系统开发的工作量和技术难度。发的工作量和技术难度。目前，国外

32、有许多商用的专家系统开发平台，如目前，国外有许多商用的专家系统开发平台，如LEVEL5、VP-EXPERT、INSIGHT等，许多农业专家系统的开发多是利用等，许多农业专家系统的开发多是利用这些商用平台实现的。此外，还有一些更专用的农业专家系统开这些商用平台实现的。此外，还有一些更专用的农业专家系统开发平台，譬如发平台，譬如CALEX就是专用于作物管理的开发环境，还有就是专用于作物管理的开发环境，还有SELECT、PALMS等。等。美国美国Plant等人利用等人利用CALEX开发出了棉花生产管理开发出了棉花生产管理CALEXCotton、桃树园林管理、桃树园林管理CALEXPeach、水稻生产

33、管理、水稻生产管理CALEXRice等一系列专家系统。等一系列专家系统。Tianjin Agricultural UniversityTianjin Agricultural University我国近几年也出现不少专家系统开发平台，如陆汝铃等人的我国近几年也出现不少专家系统开发平台，如陆汝铃等人的“天天马马”专家系统开发平台、周桂红等人的通用农业专家系统生成工专家系统开发平台、周桂红等人的通用农业专家系统生成工具（具（1999）等。）等。近年来，利用近年来，利用“雄风雄风”和和“PAID”开发平台开发的专家系统已形开发平台开发的专家系统已形成系列。譬如，利用中科院合肥智能研究所研制的成系列。

34、譬如，利用中科院合肥智能研究所研制的“雄风雄风”系列系列平台，已开发出了施肥、栽培管理、园艺生产管理、畜禽水产管平台，已开发出了施肥、栽培管理、园艺生产管理、畜禽水产管理饲养、水利灌溉等专家系统，在全国理饲养、水利灌溉等专家系统，在全国20个省个省200多个县推广多个县推广应用。应用。我国我国20个智能农业示范区利用国家农业信息化工程技术研究中个智能农业示范区利用国家农业信息化工程技术研究中心的开发平台心的开发平台PAID开发出了一系列农业专家系统。开发出了一系列农业专家系统。Tianjin Agricultural UniversityTianjin Agricultural Univers

35、ityTianjin Agricultural UniversityTianjin Agricultural University第二章第二章 知识表示知识表示为了使计算机能模拟人类的智能行为，就必须使为了使计算机能模拟人类的智能行为，就必须使它具有它具有知识知识。但是知识需要用适当的形式表示出。但是知识需要用适当的形式表示出来才能存储到计算机中去，才能被计算机利用，来才能存储到计算机中去，才能被计算机利用，因此知识的因此知识的表示与运用表示与运用十分重要。十分重要。知识的表示还与知识的知识的表示还与知识的获取获取、推理推理、搜索搜索、解释解释等有直接的关系，对于问题能否求解，以及问题等有直接

36、的关系，对于问题能否求解，以及问题求解的效率有重大的影响。因此，知识表示是智求解的效率有重大的影响。因此，知识表示是智能系统的基础。能系统的基础。Tianjin Agricultural UniversityTianjin Agricultural University一、什么是知识一、什么是知识知识是人们在长期的生活、实践、科学研究及实知识是人们在长期的生活、实践、科学研究及实验中积累起来对客观世界的认识与经验，是人们验中积累起来对客观世界的认识与经验，是人们总结出的带有规律性的东西。总结出的带有规律性的东西。Tianjin Agricultural UniversityTianjin Ag

37、ricultural University1、数据、信息和知识、数据、信息和知识数据：数据：对客观事物的数量、属性、位置及其相互关系的对客观事物的数量、属性、位置及其相互关系的抽象表示，是未经处理的事实和概念。数据是信息的素抽象表示，是未经处理的事实和概念。数据是信息的素材与载体。材与载体。信息：信息：人们根据一定的目的按一定的形式加工处理数据人们根据一定的目的按一定的形式加工处理数据就形成信息。信息是通过整理、分类和统计数据而获得就形成信息。信息是通过整理、分类和统计数据而获得的，并且以的，并且以what，when，who，where，how many，how much等形式来表示。等形式来

38、表示。知识：知识：知识是信息经过加工、整理、解释、挑选和改造知识是信息经过加工、整理、解释、挑选和改造的结果，以的结果，以why和和how的形式表示。的形式表示。数据、信息和知识三者之间的层次关系如下图所示。数据、信息和知识三者之间的层次关系如下图所示。Tianjin Agricultural UniversityTianjin Agricultural University知识（分析处理）信息（分析处理）数据Tianjin Agricultural UniversityTianjin Agricultural University2.知识的特性知识的特性不同领域的知识具有不同的特性，但同时也

39、具有某些共不同领域的知识具有不同的特性，但同时也具有某些共性，归纳如下：性，归纳如下：（1）相对正确性）相对正确性知识是人们对客观世界认识的结晶，并且又受到长期实知识是人们对客观世界认识的结晶，并且又受到长期实践的检验。因此，在一定的条件及环境下，知识一般是践的检验。因此，在一定的条件及环境下，知识一般是正确的，可信任的。正确的，可信任的。（2）不完全性）不完全性所谓所谓“不完全不完全”大致可分证据不完全和结论不完全两大大致可分证据不完全和结论不完全两大类。由于客观世界中很多事物本身往往是表露不完全的，类。由于客观世界中很多事物本身往往是表露不完全的，反映到人们脑中的对该事物的认识也就不可能完

40、全。反映到人们脑中的对该事物的认识也就不可能完全。Tianjin Agricultural UniversityTianjin Agricultural University（3）不确定性）不确定性知识是相关信息关联在一起形成的信息结构，知识是相关信息关联在一起形成的信息结构，“信息信息”与与“关联关联”是构成知识的两个要素。由于现实世界的复是构成知识的两个要素。由于现实世界的复杂性，信息可能是精确的，也可能是不明确的、模糊的；杂性，信息可能是精确的，也可能是不明确的、模糊的；关联可能是确定的也可能是不确定的。这就使得知识并关联可能是确定的也可能是不确定的。这就使得知识并不只有不只有“真真”与

41、与“假假”这两种状态，而是这两种状态，而是在在“真真”与与“假假”之间还存在许多中间状态之间还存在许多中间状态，即存在为，即存在为“真真”的程度的程度问题，知识的这一特性称为不确定性。问题，知识的这一特性称为不确定性。（4）可表示性与可利用性）可表示性与可利用性知识是可以用适当形式表示出来的，正是由于它具有这知识是可以用适当形式表示出来的，正是由于它具有这一特性，所以它才能被存储并得以传播。可利用性是不一特性，所以它才能被存储并得以传播。可利用性是不言而喻的，我们每个人天天都在利用自己掌握的知识解言而喻的，我们每个人天天都在利用自己掌握的知识解决所面临的各种各样问题。决所面临的各种各样问题。T

42、ianjin Agricultural UniversityTianjin Agricultural University3.知识表示知识表示所谓所谓知识表示知识表示就是将现实世界的知识转化为一种计算机就是将现实世界的知识转化为一种计算机可以接受的数据结构。可以接受的数据结构。4.知识表示的条件知识表示的条件 计算机所能处理的知识需要满足一定的条件：计算机所能处理的知识需要满足一定的条件：（1）需要有统一的结构模式；）需要有统一的结构模式；（2）需要有一致的符号需要有一致的符号；（3）上述符号与模式构成合理的体系。）上述符号与模式构成合理的体系。自然语言作为一种描述现实世界的知识表示形式，并自

43、然语言作为一种描述现实世界的知识表示形式，并不符合上述条件，而且其多义性和模糊性也不利于计算不符合上述条件，而且其多义性和模糊性也不利于计算机的处理。因此必须在现实世界与计算机世界之间建立机的处理。因此必须在现实世界与计算机世界之间建立“一方面比较符合人类较自然地表达其知识，另一方面一方面比较符合人类较自然地表达其知识，另一方面又能变换成机器便于利用的格式又能变换成机器便于利用的格式”的中间变换界面，也的中间变换界面，也就是我们所说的知识表示。就是我们所说的知识表示。Tianjin Agricultural UniversityTianjin Agricultural University二、

44、知识的分类二、知识的分类知识表示是建立在知识分类基础之上的合理的形式知识表示是建立在知识分类基础之上的合理的形式化描述，因此我们在研究知识表示之前，首先研化描述，因此我们在研究知识表示之前，首先研究知识的分类。究知识的分类。Tianjin Agricultural UniversityTianjin Agricultural University（一）根据知识的作用划分（一）根据知识的作用划分 知识可以划分为描述性知识、过程性知识和控制性知知识可以划分为描述性知识、过程性知识和控制性知识三种类型。识三种类型。描述性知识描述性知识用来描述事实和概念，如：一个数据库中的用来描述事实和概念，如：一个

45、数据库中的具体事实，有关领域特征的概念及结构描述等；具体事实，有关领域特征的概念及结构描述等；过程性知识过程性知识则是用于表示描述性知识的特性及它们相互则是用于表示描述性知识的特性及它们相互之间的联系，专家系统中的规则库即是典型的过程性知之间的联系，专家系统中的规则库即是典型的过程性知识；识；控制性知识控制性知识表示控制和运用上述两种类型知识的策略，表示控制和运用上述两种类型知识的策略，如各种搜索策略等。如各种搜索策略等。Tianjin Agricultural UniversityTianjin Agricultural University（二）从知识描述事物的角度划分（二）从知识描述事物

46、的角度划分系统描述知识（结构知识、行为知识、功能知识），又系统描述知识（结构知识、行为知识、功能知识），又叫深层知识。是对系统的结构、行为、功能深度进行描叫深层知识。是对系统的结构、行为、功能深度进行描述的知识，包括（述的知识，包括（1）结构知识结构知识：关于系统最深层，也：关于系统最深层，也是对组成系统的元素和联系描述最详细的知识。（是对组成系统的元素和联系描述最详细的知识。（2）行为知识行为知识：从系统行为的角度来描述系统的工作过程或：从系统行为的角度来描述系统的工作过程或动态过程的知识。（动态过程的知识。（3）功能知识功能知识：在更高层次上对功：在更高层次上对功能描述的知识，是对系统行为

47、的一种抽象，主要包括两能描述的知识，是对系统行为的一种抽象，主要包括两方面的知识：一是各功能块的描述；二是功能块之间存方面的知识：一是各功能块的描述；二是功能块之间存在的功能联系。在的功能联系。系统关系知识系统关系知识主要指外在表现知识和内在原理之间的关主要指外在表现知识和内在原理之间的关系，又称为浅层知识。系，又称为浅层知识。Tianjin Agricultural UniversityTianjin Agricultural University（三）根据知识的确定性划分（三）根据知识的确定性划分确定性知识确定性知识是指可指出其值为是指可指出其值为“真真”或或“假假”的的知识，它是精确性的

48、知识。知识，它是精确性的知识。不确定性知识不确定性知识是指具有是指具有“不确定不确定”特性的知识，特性的知识，它是对不精确、不完全及模糊性知识的总称。它是对不精确、不完全及模糊性知识的总称。Tianjin Agricultural UniversityTianjin Agricultural University（四）从知识的结构及表现形式来划分（四）从知识的结构及表现形式来划分(1)逻辑性知识逻辑性知识是反映人类逻辑思维过程的知识，是反映人类逻辑思维过程的知识，例如人类的经验性知识等。这种知识一般都具有例如人类的经验性知识等。这种知识一般都具有因果关系及难以精确描述的特点，它们通常是基因果关

49、系及难以精确描述的特点，它们通常是基于专家的经验，以及对一些事物的直观感觉。于专家的经验，以及对一些事物的直观感觉。人类的思维过程除了逻辑思维外，还有一种称之人类的思维过程除了逻辑思维外，还有一种称之为为“形象思维形象思维”的思维方式。通过事物的形象建的思维方式。通过事物的形象建立起来的知识称为立起来的知识称为(2)形象性知识形象性知识。目前人们正。目前人们正在研究用神经元网络连接机制来表示这种知识。在研究用神经元网络连接机制来表示这种知识。Tianjin Agricultural UniversityTianjin Agricultural University三、知识表示三、知识表示（一）

50、知识表示（一）知识表示知识表示（知识表示（Knowledge Representation）研究用什么）研究用什么形式将有关问题的知识存入计算机，以便进行处理，目形式将有关问题的知识存入计算机，以便进行处理，目前是人工智能研究最活跃的领域之一。前是人工智能研究最活跃的领域之一。所谓表示就是为描述世界所作的一组约定，是把所谓表示就是为描述世界所作的一组约定，是把知识符知识符号化号化的过程。的过程。知识表示与知识的获取、管理、处理、解释等有直接的知识表示与知识的获取、管理、处理、解释等有直接的关系，对于问题能否求解，以及问题求解的效率有重大关系，对于问题能否求解，以及问题求解的效率有重大的影响。同