关于知识和专家系统知识表示的几个问题

故障诊断专家系统 2009-02-06 16:40:06
    一、知识的层次结构
    故障诊断专家系统在进行问题求解时所用到的知识可以表示成图9-4所示的层次结构。

图9-4   知识的层次结构


    最底层是数据,数据可以定义为:“客观事物的属性、数量、位置及其相互关系的抽象表示”。数据的上一层是信息,信息可以定义为:“数据所表示的含义”。因此也可以说信息是对数据的解释。例如,在一个旋转机械故障诊断专家系统中,通过安装在机组上的某个传感器获得一个测量数值60,它就是一个数据,没有具体的含义。若已知该测点是用来测量机组轴瓦温度的,则可知机组轴瓦温度为60℃,这就成为一条信息。若该测点是用来测量机组轴承振动的,则可获得机组轴承振动的幅值为60μm这条信息。这说明同一个数据可以有完全不同的解释。数据和信息一般被称为事实(fact)性知识,它们是有关特定问题领域的部分专业知识,故障诊断专家系统就是以事实作为推理的直接依据。
    领域知识是指故障诊断专家系统在进行故障识别时所用的知识,主要是领域专家的启发性经验知识,它表示有关诊断对象的故障和故障征兆之间的对应关系。例如,在旋转机械故障诊断专家系统中,下列诊断规则就属于领域知识:
    (1) IF(如果)轴承振动量的二倍频幅值较大
      THEN(则)存在不对中故障
    (2) IF在定转速下,轴承振动量一倍频幅值较大,而且相位稳定
      THEN存在不平衡故障
    最高层是元知识(Metaknowledge )。元知识是关于如何有效地选择和使用领域知识的知识,所以说它是关于知识的知识。元知识主要用于控制故障诊断过程.它相当于人的智力,即运用知识解决问题的能力。
    二、公共知识和私有知识产
    一个故障诊断专家系统所拥有的知识主要是与某一诊断对象有关的领域知识。领域知识按其使用范围一般可分为两大类:即公共知识(Public Knowledge)和私有知识(Private
Knowledge)。公共知识是指进行故障诊断时所需要的一般知识和方法,包括教科书和文献中的定义、事实和各种理论、方法等,这种知识一般己为领域内专业人员普遍接受。私有知识是指领域专家在长期的实线中积累起来的大量经验知识,即启发性知识。这种知识是领域专家私有的,在公开发表的文献中找不到。领域专家正是由于具备了这种启发性知识,在遇到复杂问题时才能迅速抓住问题的关键,作出高水平的分析、判断,找到解决问题的方法,依据启发性知识还能有效地处理不完全和不确定信息。例如,在旋转机械故障诊断中,在大量的多种多样的复杂信息中,主要凭轴承振动二倍频幅值较大这个信息,领域专家就可利用经验知识迅速判断出机组存在不对中故障。‘这种启发性知识是最难获取的。一方面,启发性知识是领域专家在长期的实践中不自觉地学到的知识,领域专家本人对这种知识也缺乏本质的认识,所以很难将它们清楚地描述出来;另一方面,这种私有知识本身也缺乏严格的理论依据,它们不具备算法的通用性、确定性和有效性。因此,获取和表示这种私有知识是建造故障诊断专家系统的中心任务。
    三、陈述性知识与过程性知识
    上面所介绍的各种知识必须表示成计算机所能操作的内部形式才能为专家系统所利用。专家系统中所使用的知识表示方法可分为两大类,即陈述性知识表示和过程性知识表示。
    (1)陈述性知识表示
    用于描述事实性知识,知识表示与知识处理是分开的,知识是静态描述的。这种表示的主要优点是:形式简单,易于知识的修改和扩充。
    (2)过程性知识表示
    用于描述控制策略,说明知识的使用过程,知识表示形式就是含有一系列操作的计算机程序.,知识的表示与推理相结合,是动态描述。这种表示的主要优点是:形式灵活,易于表达启发性知识及比较复杂的问题求解知识。
    虽然所有知识都可以用上述两种知识表示方法中的任何一种来表示,但由于这两种知识表示方法各有优点,所以在建造实用故障诊断专家系统时,常常把这两种知识表示方法结合起来使用,以便同时满足易于理解和高效推理两方面的要求。
    四、对知识表示的要求
    知识表示是建造专家系统的一个重要环节,知识表示方法的好坏将直接影响系统的推理效率和知识库的扩充能力。一个好的知识表示方法应满足以下几点要求:
    (1)可扩充性。系统的数据结构和存取程序必须具有足够的灵活性,以便不必进行大量的修改就能扩充知识库。建立知识库最有效的方法是不断地对知识库进行改进和扩充。知识库主要存贮从专家经验中得来的启发性知识,领域专家不可能很快就对有关问题领域定义一个完整的知识库,而是先定义出一个子集,然后,通过一段时间来考核它的推论从而进行修改和完善,这就要求把专家系统的知识库处理成关子一些事实和关系的一个不封领的集合,并尽可能使这些知识条目模块化,便于知识库的扩充。
    (2)简洁性。知识表示方法应当比较简洁,以便为知识库的访问和修改提供更灵活的操作。这种灵活性要求知识库在概念上简单、一致,这样才能设计和编写存取程序。一旦知识库的语法格式定义下来,则存取程序也就基本上固定了。有两种方法可以维护概念的简单性:尽可能保持知识表示形式的单一性;或者对不一致的表示形式写出特殊的存取函数。
    (3)清晰性。要使一个专家系统具有较高的性能,关键是建立一个充分丰富的知识库,这就要求不断向知识库加入新知识,因此,必须提供一些方法,以便于对知识库进行检查和修改。如果能用相当简单的术语把各项知识清楚地表达出来,那么,建立知识库的专家就能确定哪些项是存在的,哪些项是不存在的。

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[责任编辑:花间一壶酒]