智能控制第八章课后习题答案

1.什么叫产生式系统？它由哪些部分组成？试举例略加说明。答：如果满足某个条件，那么就应当采取某些行动，满足这种生产式规则的专家系统成为产生式系统。产生式系统主要由总数据库，产生式规则和推理机构组成。举例：医疗产生式系统。2.专家系统有哪些部分构成？各部分的作用如何？专家系统它具体有哪些特点和优点？答：知识库：知识库是知识的存储器，用于存储领域专家的经验性知识以及有关的事实、一般常识等。知识库中的知识来源于知识获取机构，同时它又为推理提供求解问题所需的知识。推理机：推理机时专家系统的思维机构，实际上是求解问题的计算机软件系统，综合推理机的运行可以有不同的控制策略。数据库：它是用于存放推理的初始证据、中间结果以及最终结果等的工作存储器。解释接口：它把用户输入的信息转换成系统内规范化的表现形式，然后交给相应的模块去处理，把系统输出的信息转换成用户易于理解的外部形式显示给用户，回答提出的问题。知识获取：知识获取是指通过人工方法或机器学习的方法，将某个领域内的事实性知识和领域专家所特有的经验性知识转化成计算机程序的过程。对知识库的修改和扩充也是在系统的调试和验证中进行，是一件困难的工作。专家系统的特点：具有专家水平的专门知识，能进行有效的推理，专家系统的透明性和灵活性，具有一定的复杂性与难度。3.在专家系统中，推理机制，控制策略和搜索方法是如何定义的，它们之间存在什么样的关系？答：推理机制是根据一定的原则从已有的事实推出结论的过程，这个原则就是推理的核心。专家系统的自动推理是知识推理。而知识推理是在计算机或者智能机器中，在知识表达的基础上，进行机器思维，求解问题，实现知识推理的智能操作过程。在专家系统中，可以依据专家所具有的知识的特点来选择知识表示的方法，而只是推理技术同知识方法有密切的关系。控制策略求解问题的策略，是推理的控制策略。而控制策略包括推理方向、推理路线、冲突消解策略等，按推理进行的路线与方向，推理可分正向推理、反向推理、混合推理。搜索方法：推理机时用于对知识库中的知识进行推理来得到结论的思维机构。三者关系：推理机制，控制策略（推理机构）和搜索方法三者都属于推理范畴，是一个整体。只是执行顺序不同而已。4.设计专家控制器时应考虑哪些特点？专家控制系统的一般结构模型为何？答：设计控制器的一般原则：多样化的模型描述，在线处理的灵活性，灵活性的控制策略，决策机构的递阶性，推理与决策的实时性。专家控制系统的一般结构模型：5.专家控制系统的特点是什么？它和一般的专家系统相同与区别在哪里？答：专家控制系统具有全方面的专家系统结构、完善的知识处理功能和实时控制的可靠性能。这种系统采用黑板等结构，知识库庞大，推理机复杂。它包括有知识获取子系统和学习子系统，人机接口要求较高。专家式控制器，多为工业专家控制器，是专家控制系统的简化形式，针对具体的控制对象或过程，着重于启发式控制知识的开发，具有实时算法和逻辑功能。专家控制系统与一般的专家控制系统的区别：（1）通常的专家系统只完成专门领域问题的咨询功能，它的推理结果一般用于辅助用户的决策；而专家控制则要求能对控制动作进行独立的、自动的决策，它的功能一定要具有连续的可靠性和较强的抗干扰性。（2）通常的专家系统一般处于离线工作方式，而专家控制则要求在线地获取动态反馈信息，因而是一种动态系统，它应具有使用的灵活性和实时性，即能联机完成控制。6.直接专家控制系统和间接专家控制各有什么特点，从保证系统的稳定性来看有哪种方法更困难些？答：直接专家控制系统的特点：直接专家控制系统中，专家控制系统直接起控制器作用，专家控制器在控制系统中所处的位置与常规控制器完全相同，所不同的是其内部组成和工作原理，专家控制器采用PID常规的控制算法，基于知识库和推理机得到相应的控制输出。间接专家控制系统的特点：其基本的控制作用由算法来完成，专家系统通过对使用算法的调用以及对各种算法参数的整定和修正，间接的控制作用。间接专家控制的系统结构因具体应用的不同会表现出更大的多样性，同时是PID参数的整定专家，这种专家控制的特点是专家系统间接的对控制信号起作用。直接专家控制系统更困难一些：根据现场过程响应情况和环境条件，利用知识库中的专家经验规则，决定什么时候使用什么参数启动什么算法，它也可以是一个调参专家。根据知识库中的专家规则，调整PID参数及增益，所以从保证系统稳定性来看直接专家控制器方法更困难一些。7.试比较专家控制系统和模糊控制系统在工作原理、推理机制、知识和规则表示方法的异同。答：1.工作原理：（1）专家控制系统：专家系统的工作过程是根据知识库中的知识和用户提供的事实推理，不断地由已知的前提推出未知的结论，并把这些未知的结论纳入工作存储空间，作为已知的新事物继续推理，从而把求解的问题由未知状态转换为已知状态。（2）模糊控制系统：模糊控制是模仿人的思维方式和人的控制经验来实现的一种控制，把模糊集合的理论应用于控制就可以把人的经验形式化，在控制过程中实现模糊推理与决策。2.推理机制：（1）专家控制系统的推理机制是用于对知识库中的知识进行推理来得到结论的思维机构。专家系统的自动推理是知识推理。而知识推理是在计算机或智能机器中，在知识表达的基础上，进行机器思维，求解问题，实现知识推理的智能操作过程。（2）模糊控制系统：模糊推理作为近似推理的一个分支，是模糊控制的理论基础。在实际应用中，它以数值计算而不是以符号推演为特征，它并不注重如像经典逻辑那样的基于公理的形式推演或基于赋值的语义运算，而是通过模糊推理的算法，由推理的前提计算出结论。3.知识（1）专家控制系统：专家控制将系统视为基于知识的系统，控制系统的知识表示如下：（a）受控过程的知识：先验知识，动态知识。（b）控制、辨识、诊断知识：定量知识、定性知识。（2）模糊控制系统：知识库包括数据库和规则库，模糊控制器设计的关键在于如何有效建立知识库。数据库的定性设计包括：量化等级的选择；量化方法；量化因子；模糊子集的隶属函数。规则库：用一系列模糊条件描述的模糊控制规则就构成模糊控制规则库。4.规则表示：（1）专家控制系统：专家控制的规则库一般采用产生式规则表示：“IF控制局势，THEN操作结论”，由多条产生式规则构成规则库。（2）模糊控制系统：规则的制定有很多种方法，最初的方法就是根据专家经验来确定，不过这种模糊规则有很大的主观性，因人而异，但大致趋势还是差不多的，还可以从已知数据中制造模糊规则，比如可以从最优控制得到的数据中提取模糊规则，还可以得到和最优控制类似的结果。还有就是专家经验与数据相结合，首先由专家提供一个初始的经验表，然后在进行过程中，根据测得的数据调整得到的经验表。