专家系统中产生式规则研究与分析

索红军

(渭南师范学院数学与信息科学学院，陕西渭南714000)

专家系统中产生式规则研究与分析

索红军

(渭南师范学院数学与信息科学学院，陕西渭南714000)

文章从专家系统的知识开始，分析了产生式规则的表示方法、产生式规则的优缺点等，提出了专家系统中产生式规则的一致性检查方法以及产生式规则的存储方式，为相关专家系统应用产生式规则表示知识的知识库组织、管理等提供理论支持.

专家系统;产生式;知识;研究;分析

0 引言

专家系统是一种能够模拟人类思维过程的智能程序，它能借助人类专家的知识，应用一定的推理手段，帮助人类解决特定领域的相关问题［1］.和人类专家一样，专家系统要解决问题，必须掌握一定的知识，而且专家系统掌握的知识越多，解决问题的能力和质量也越高.因此，研究和分析专家系统的知识表示、管理、维护等是设计分析专家系统的重要内容.

1 产生式规则

知识是专家系统的核心.专家系统中知识的不同表示方式不但直接影响专家系统执行的效率和解决问题的能力，而且影响将人类专家知识转换为计算机内知识表示的准确性和方便性［2］.知识表示就是知识的符号化和形式化的过程［3］.目前知识的表示方法有很多种，其中产生式规则表示法是在故障诊断专家系统中应用较多的一种.

1.1 产生式规则的基本表示形式

产生式规则常用于表示具有因果关系的知识，它的基本形式是:

其中，X代表前提或原因，Y代表结论或现象，它表示当有前提X的时候，就一定有结论Y出现.产生式规则经常表示为:

1.2 产生式规则的树形表示

产生式规则也可以用树形图来所示.在树形图中，子结点表示前提或原因，父结点表示结论或现象.其中当多个前提出现才能导致一个结论时，在多个表示前提的子结点间画上一道弧线，如图1所示.

图1表示了产生式规则:

1.3 产生式规则表示的优缺点

产生式表示法简单直观，与人类的判断性知识基本一致，可以方便地表示出原因与结果，很容易将领域知识表示为计算机内知识，减少在知识翻译过程中发生错误的可能性;一条产生式规则可以表示一条具有直接因果关系的知识，增加、删除、修改一条规则不会影响到其它产生式规则，具有很好的独立性;产生式规则也可以表示出模糊知识，建立起模糊推理链;产生式规则具有相同的格式，方便应用统一方法存储、处理、分析等.

产生式规则的主要缺点是效率低下.在用产生式表示知识的专家系统中，推理过程是一种反复进行的“匹配—冲突消解—匹配”的过程.这种推理方式将导致推理及执行效率低下.另外那种因果关系不明显的知识用产生式是很难表示的.

2 产生式规则库一致性检测

专家系统在部署后，随着系统的运行，知识库管理系统不停的加入新的规则知识，产生式规则的数量逐步扩大，这会带来各种各样的问题，影响系统的正确判断，甚至会推出与正确结果完全相反的结论，这都是由于知识库的不一致性和不完整性带来的问题［4］.

2.1 循环规则检查

循环规则:当一组规则推理时前提和结论形成循环时，出现循环的规则链.如X→Y，Y→Z，Z→X就是一条循环规则链，从任意一条规则进入推理，都会使推理程序陷入死循环.

循环规则的检查方法是建立一张规则二维表，列表示前提，行表示结论，标记出相应的规则.检测时，首先从该表中取出结论是其它规则前提的规则，然后从该规则开始，沿规则链进行查找，形成一条规则链，在查找过程中若该规则链上出现前边已用规则的前提部分，则说明出现循环规则，否则，当规则链查找结束时也未出现前边已用规则的前提部分，则说明没有循环规则.例如，对于规则:A→B，B→D，A→C，C→E，E→F，F→G，G→C，B→C，构造二维表，见表1 所示.从中可以检查出 C→E，E→F，F→G，G→C 4 条产生式构成循环规则.

表1 循环规则检查表

2.2 矛盾规则检查

矛盾规则:相同条件下相同的前提推理出完全相反的结论，包括直接推出和非直接推出.这样的规则称为矛盾规则.

矛盾规则的检测方法是找出前提相同的多条规则，并分别进行推理构造推理链，若在构造的过程中发现相互矛盾的结论，则说明出现矛盾规则，而且矛盾规则是从开始到出现矛盾结论所用到的规则.

3 用关系数据库表示产生式规则

前边提到，产生式规则可以用树形图来表示，可以看出，产生式规则的数据结构是一种图形结构，不能直接用关系数据库表示，必须进行一些必要的转换处理才能存储到关系数据库中［5］.具体转换处理方法如下:

(1)将产生式规则前提中或者关系的部分进行拆分，分解成只含有逻辑“与”关系的多个产生式.例如对于产生式规则:

分解为下面两条产生式规则:

(2)对结点进行分离，结点分离原理如图2所示，形成线性表.

这样就将图形数据结构的产生式转换为线性数据结构，方便在关系数据库中存储、管理与组织.

4 结束语

本文主要分析研究了专家系统中表示因果关系知识的产生式规则，对产生式规则的表示形式及优缺点做出了分析说明，特别提出了产生式规则中一致性检查方法，为知识库的维护管理提供了理论基础.另外还提出了将不规范图形结构的产生式规则转换为线性结构的方法，解决了应用关系数据库存储产生式规则的基本方法，为相关方面专家系统的设计开发提供理论支持.

［1］蔡瑞英，李长河.人工智能［M］.武汉:武汉理工大学出版社，2003.122－190，202－203.

［2］G.RILEY.Expert Systems:Principles and Programming［M］.Boston:PWS Publishing Company，2004.

［3］陈伟良.广义专家系统［M］.北京:北京理工大学出版社，2005.

［4］敖志刚.人工智能及专家系统［M］.北京:机械工业出版社，2010.

［5］Joseph Giarratano，Gary Riley.专家系统原理与编程［M］.印鉴，等译.北京:机械工业出版社，2000.

Research and Analysis of Production Rules in Expert System

SUO Hong-jun
(School of Mathematics and Information Science，Weinan Teachers University，Weinan 714000，China)

This paper analyzes the representation of the advantages and disadvantages of production rules from beginning of expert system，and then it proposes expert system production rules consistency checking methods and production rules storing methods for providing theoretical support for knowledge base organization and management on the relevant expert system of application production rules representing knowledge.

expert system;production rule;knowledge;research;analysis

TP182

A

1009—5128(2011)06—0063—03

2011—05—04

渭南师范学院科研计划项目(10YKZ061)

索红军(1971—)，男，陕西白水人，渭南师范学院数学与信息科学学院副教授，工学硕士.研究方向:人工智能及计算机应用.

【责任编辑 曹 静】