第六章CAPP决策推理和人工智能技术

1、第六章CAPP决策推理和人工智能技 术 1 第六章CAPP决策推理和人工智能技 术 2 CAPP CAPP工艺决策分为：逻辑决策、计算决策工艺决策分为：逻辑决策、计算决策 和创造性决策。和创造性决策。 逻辑决策：对于长期生产实践中积累的工艺经逻辑决策：对于长期生产实践中积累的工艺经 验进行系统的总结，建立相应的决策规则，根验进行系统的总结，建立相应的决策规则，根 据逻辑推理进行决策，广泛应用于加工方法选据逻辑推理进行决策，广泛应用于加工方法选 择、机床选择和刀具选择等。择、机床选择和刀具选择等。 最常用的决策逻辑表达和实现方法是决策最常用的决策逻辑表达和实现方法是决策 表和决策树。表和决策树。

2、 第六章CAPP决策推理和人工智能技 术 3 计算决策：主要用于能够建立数学模型和已具计算决策：主要用于能够建立数学模型和已具 备较完善的经验数据的情况，如工序尺寸计算、备较完善的经验数据的情况，如工序尺寸计算、 切削用量选择及工时计算等。切削用量选择及工时计算等。 创造性决策创造性决策: :对于一些具有较大模糊性，需要对于一些具有较大模糊性，需要 十分灵活的推理策略，如基准选择、装夹方案十分灵活的推理策略，如基准选择、装夹方案 确定等，在很大程度上依赖于工艺人员的经验确定等，在很大程度上依赖于工艺人员的经验 及创造性思维，往往采用人工智能技术来实现及创造性思维，往往采用人工智能技术来实现 决

3、策。决策。 第六章CAPP决策推理和人工智能技 术 4 6.1 6.1 决策表和决策树决策表和决策树 6.2 6.2 人工智能技术人工智能技术 6.3 6.3 人工智能语言与专家系统工具人工智能语言与专家系统工具 6.4 CAPP6.4 CAPP专家系统设计专家系统设计 第六章CAPP决策推理和人工智能技 术 5 6.1 6.1 决策表和决策树决策表和决策树 6.1.1 6.1.1 决策表决策表 概念：一种描述设计活动中条件与动作之间复概念：一种描述设计活动中条件与动作之间复 杂关系的表，为分析、决策、表达决策推理提杂关系的表，为分析、决策、表达决策推理提 供依据。供依据。 一个条件动作对，是

4、事务活动的一条逻辑一个条件动作对，是事务活动的一条逻辑 判断，我们通常称之为一条规则。判断，我们通常称之为一条规则。 第六章CAPP决策推理和人工智能技 术 6 6.1 6.1 决策表和决策树决策表和决策树 下雨下雨T TF FF F 天热天热T TF F 去网吧去网吧 去公园去公园 去野餐去野餐 去野餐如果不下雨，但天凉， ，去公园如果不下雨，并且天热 网如果天下雨，去网吧上 周末 第六章CAPP决策推理和人工智能技 术 7 6.1 6.1 决策表和决策树决策表和决策树 决策表的基本结构：四部分组成决策表的基本结构：四部分组成 每一列中条件项包含一组对条件根所列的所有条件每一列中条件项包含一

5、组对条件根所列的所有条件 的回答。的回答。T T表示条件表示条件“真真”，F F表示条件为表示条件为“假假”，而空，而空 则表则表 示示“无关无关”（即此条件不是影响条件）；（即此条件不是影响条件）； 在动作项中，在动作项中，“”表示执行该动作，空表示不执表示执行该动作，空表示不执 行。行。 决策表中，每一列表示一条决策规则。决策表中，每一列表示一条决策规则。 条件根条件根条件项（条件项（T T、F F、空格无关）、空格无关） 动作根动作根动作项（动作项（执行、空格不执行）执行、空格不执行） 第六章CAPP决策推理和人工智能技 术 8 6.1 6.1 决策表和决策树决策表和决策树 分类分类 基

6、本型决策表：条件根部分准确地给出了条件是什基本型决策表：条件根部分准确地给出了条件是什 么，而条件项只能是真、假或无关。么，而条件项只能是真、假或无关。 扩展型决策表：条件项不只是扩展型决策表：条件项不只是“T”T”、“F”F”或无关，或无关， 而包含不确切的数值或结论。而包含不确切的数值或结论。 通过改变条件根，可以将扩展型决策表转换成基通过改变条件根，可以将扩展型决策表转换成基 本型决策表。本型决策表。 第六章CAPP决策推理和人工智能技 术 9 6.1 6.1 决策表和决策树决策表和决策树 第六章CAPP决策推理和人工智能技 术 10 6.1 6.1 决策表和决策树决策表和决策树 规则的

7、独立性和一致性规则的独立性和一致性 简单规则：条件项都是简单规则：条件项都是“T”T”或或“F”F”，并且不含无，并且不含无 关的规则称为简单规则，否则称为复杂规则。一条复关的规则称为简单规则，否则称为复杂规则。一条复 杂规则可以简化成两个或更多的简单规则。杂规则可以简化成两个或更多的简单规则。 第六章CAPP决策推理和人工智能技 术 11 6.1 6.1 决策表和决策树决策表和决策树 冗余规则：如果有两条规则，除了一个条件项两者冗余规则：如果有两条规则，除了一个条件项两者 分别取了分别取了“T”T”和和“F”F”之外，其余的条件项和动作项之外，其余的条件项和动作项 都相同，这样的两条规则就是

8、冗余规则，或重叠规则，都相同，这样的两条规则就是冗余规则，或重叠规则， 对冗余规则，应将其合并。对冗余规则，应将其合并。 第六章CAPP决策推理和人工智能技 术 12 6.1 6.1 决策表和决策树决策表和决策树 建立决策表时，必须使表中的任意两条规则都具建立决策表时，必须使表中的任意两条规则都具 有独立性，使得惟一的一组条件对应惟一的一组动作，有独立性，使得惟一的一组条件对应惟一的一组动作， 即任何两条规则，都不含有相同的简单规则。即任何两条规则，都不含有相同的简单规则。 死循环：如果一种动作被用来改变条件，并且死循环：如果一种动作被用来改变条件，并且 重复调用该表时，就可能产生死循环。当一

9、个重复调用该表时，就可能产生死循环。当一个 动作的条件在这个动作作完以后没有改变，则动作的条件在这个动作作完以后没有改变，则 这个这个 条件条件- -动作动作 对会反复被调用。对会反复被调用。 第六章CAPP决策推理和人工智能技 术 13 6.1 6.1 决策表和决策树决策表和决策树 第六章CAPP决策推理和人工智能技 术 14 6.1 6.1 决策表和决策树决策表和决策树 决策表设计：对于复杂的实际问题，可以采用决策表设计：对于复杂的实际问题，可以采用 分级结构，一级决策表可以调用一张或多张较分级结构，一级决策表可以调用一张或多张较 低级的决策表，从而使决策表以嵌套式结构实低级的决策表，从而

10、使决策表以嵌套式结构实 现。现。 第六章CAPP决策推理和人工智能技 术 15 6.1 6.1 决策表和决策树决策表和决策树 第六章CAPP决策推理和人工智能技 术 16 6.1 6.1 决策表和决策树决策表和决策树 决策表技术的特点：决策表技术的特点： 自然性：表格直观，易于理解，适合于交流自然性：表格直观，易于理解，适合于交流 模块性（易修改性）：规则结构与内容相互独立，模块性（易修改性）：规则结构与内容相互独立， 易实现规则的增加、删除和修改易实现规则的增加、删除和修改 一致性：易于检测各规则之间的冗余和矛盾，易于一致性：易于检测各规则之间的冗余和矛盾，易于 维护维护 第六章CAPP决策

11、推理和人工智能技 术 17 6.1 6.1 决策表和决策树决策表和决策树 6.1.2 6.1.2 决策树决策树 概念：一种带有单个根，并从此根发出多个分概念：一种带有单个根，并从此根发出多个分 支的图，用于决策时，每个分支都传送一个数支的图，用于决策时，每个分支都传送一个数 值或表达式，表示一个值或表达式，表示一个“IF”IF”语句，而一连串语句，而一连串 的分支则表示一个逻辑的分支则表示一个逻辑“AND”AND”或或“OR”OR”。由根。由根 到终点的一条路径可以表示一条类似决策表中到终点的一条路径可以表示一条类似决策表中 的规则，动作则列于每个最终分支的末端。的规则，动作则列于每个最终分支

12、的末端。 第六章CAPP决策推理和人工智能技 术 18 6.1 6.1 决策表和决策树决策表和决策树 第六章CAPP决策推理和人工智能技 术 19 6.1 6.1 决策表和决策树决策表和决策树 组成：一个根和一些节点、分支组成。组成：一个根和一些节点、分支组成。 根是树的源，且每个树智能有一个根；节点根是树的源，且每个树智能有一个根；节点 可以有若干个，且节点的前面有分支。根和节点可以有若干个，且节点的前面有分支。根和节点 的分支只能有两个逻辑值的分支只能有两个逻辑值真或假。真或假。 节点有两类：互斥的和非互斥的。互斥的节节点有两类：互斥的和非互斥的。互斥的节 点允许在其后继的分支中至多有一个

13、为真，而非点允许在其后继的分支中至多有一个为真，而非 互斥的节点则允许所有的后继分支同时为真。互斥的节点则允许所有的后继分支同时为真。 第六章CAPP决策推理和人工智能技 术 20 6.1 6.1 决策表和决策树决策表和决策树 第六章CAPP决策推理和人工智能技 术 21 6.1 6.1 决策表和决策树决策表和决策树 第六章CAPP决策推理和人工智能技 术 22 6.2 6.2 人工智能技术人工智能技术 6.2.1 6.2.1 人工智能简述人工智能简述 人工智能人工智能AIAI（Artificial IntelligenceArtificial Intelligence） 是是2020世纪世纪

14、5050年代在美国兴起的一门综合性边缘年代在美国兴起的一门综合性边缘 学科，它和学科，它和“能源技术能源技术”、“空间技术空间技术”一起一起 被誉为被誉为2020世纪三大科学技术成就。研究领域包世纪三大科学技术成就。研究领域包 括问题求解、定理证明、语音识别、图像处理括问题求解、定理证明、语音识别、图像处理 和专家系统等分支，其中专家系统的研究已经和专家系统等分支，其中专家系统的研究已经 走向实用化。走向实用化。 第六章CAPP决策推理和人工智能技 术 23 6.2 6.2 人工智能技术人工智能技术 6.1.2 6.1.2 专家系统专家系统 概念：是一种求解问题的智能软件，在某一专概念：是一种

15、求解问题的智能软件，在某一专 业领域内，它把人类专家的经验和知识表示成业领域内，它把人类专家的经验和知识表示成 计算机能够接受和处理的符号形式，采用专家计算机能够接受和处理的符号形式，采用专家 的推理方法和控制策略，解决该领域内问题，的推理方法和控制策略，解决该领域内问题， 并达到专家级水平，也称知识基系统并达到专家级水平，也称知识基系统 （Knowledge Based SystemKnowledge Based System）。）。 第六章CAPP决策推理和人工智能技 术 24 6.2 6.2 人工智能技术人工智能技术 专家系统用于处理现实世界中需要专家来分析、解专家系统用于处理现实世界中

16、需要专家来分析、解 决的问题；决的问题； 专家系统通过推理的方法来解决问题，且得到的结专家系统通过推理的方法来解决问题，且得到的结 论与专家决策相同。论与专家决策相同。 知识知识+ +推理推理= =专家系统专家系统 数据数据+ +算法算法= =一般软件一般软件 一般的数据库系统只是简单的存储答案，用户可以一般的数据库系统只是简单的存储答案，用户可以 在机器中检索答案；而专家系统中存储的是推理的能力在机器中检索答案；而专家系统中存储的是推理的能力 和知识。和知识。 第六章CAPP决策推理和人工智能技 术 25 6.2 6.2 人工智能技术人工智能技术 专家系统的结构专家系统的结构 第六章CAPP

17、决策推理和人工智能技 术 26 6.2 6.2 人工智能技术人工智能技术 专家系统的特点专家系统的特点 启发性：能使用判别性知识及已确定理论的形式化启发性：能使用判别性知识及已确定理论的形式化 知识进行推理；知识进行推理； 透明性：能解释其推理过程并对有关知识的询问作透明性：能解释其推理过程并对有关知识的询问作 出回答。出回答。 灵活性：能够把新知识不断地加入到已有的知识库灵活性：能够把新知识不断地加入到已有的知识库 中；中； 能根据不精确的和经验性的知识（数据）进行推理；能根据不精确的和经验性的知识（数据）进行推理； 知识库和推理机相分离，只需扩充知识库。知识库和推理机相分离，只需扩充知识库

18、。 第六章CAPP决策推理和人工智能技 术 27 6.2 6.2 人工智能技术人工智能技术 6.2.2 6.2.2 知识的表达及推理知识的表达及推理 概述概述 知识的表达包括两个方面的问题：一是用什么方法知识的表达包括两个方面的问题：一是用什么方法 来组织、表示知识；二是如何利用表示成一定形式的来组织、表示知识；二是如何利用表示成一定形式的 知识进行推理。知识进行推理。 常用的表达方法：规则表示法、框架表示法、逻辑常用的表达方法：规则表示法、框架表示法、逻辑 表示法、语义网络表示法表示法、语义网络表示法 第六章CAPP决策推理和人工智能技 术 28 6.2 6.2 人工智能技术人工智能技术 知

19、识表达优劣的评价：知识表达优劣的评价： 是否能表示所要求解问题的全部知识；是否能表示所要求解问题的全部知识； 能否精确的表示所要求解问题的全部知识；能否精确的表示所要求解问题的全部知识； 通过适当的推理方式，能否高效的模拟专家的推理通过适当的推理方式，能否高效的模拟专家的推理 方式，并获得和专家相同的推理结果；方式，并获得和专家相同的推理结果； 是否方便扩充、删除和修改；是否方便扩充、删除和修改； 是否接近于人类的自然表示方式，且易于被人理解。是否接近于人类的自然表示方式，且易于被人理解。 第六章CAPP决策推理和人工智能技 术 29 6.2 6.2 人工智能技术人工智能技术 规则表示法及其推

20、理规则表示法及其推理 规则表示法规则表示法 规则表示法又叫产生式表示法，将人类专家的知识表规则表示法又叫产生式表示法，将人类专家的知识表 示成示成“如果如果条件条件，则，则结论结论”的形式，一般形的形式，一般形 式如下：式如下： IF IF 条件条件1 1 AND/OR AND/OR 条件条件2 2AND/ORAND/ORAND/ORAND/OR条件条件n n THEN THEN结论结论1 1OROR操作操作1 1 结论结论2 2OROR操作操作2 2结论结论n nOROR操作操作n n 第六章CAPP决策推理和人工智能技 术 30 6.2 6.2 人工智能技术人工智能技术 知识库规则树 第六

21、章CAPP决策推理和人工智能技 术 31 6.2 6.2 人工智能技术人工智能技术 产生式系统产生式系统 产生式系统最早由产生式系统最早由PostPost提出，该系统不把计算视提出，该系统不把计算视 为预定顺序的操作，而是将它看成由数据决定的、以为预定顺序的操作，而是将它看成由数据决定的、以 某种顺序使用产生式规则的过程。某种顺序使用产生式规则的过程。 产生式系统使用规则表示法表示知识，且这种方产生式系统使用规则表示法表示知识，且这种方 法广泛的应用于专家系统。法广泛的应用于专家系统。 第六章CAPP决策推理和人工智能技 术 32 6.2 6.2 人工智能技术人工智能技术 第六章CAPP决策推

22、理和人工智能技 术 33 6.2 6.2 人工智能技术人工智能技术 推理方式推理方式 推理方式又称为推理策略。每一种推理方法都是推理方式又称为推理策略。每一种推理方法都是 与知识表示的方法密切相关的，并且在很多方面依赖与知识表示的方法密切相关的，并且在很多方面依赖 于知识表示。于知识表示。 正向推理：由已知事实出发，按一定的策略运用知正向推理：由已知事实出发，按一定的策略运用知 识库中的知识，推断出所需的结论，也称为识库中的知识，推断出所需的结论，也称为 “数据驱数据驱 动策略动策略”。工作步骤如下：。工作步骤如下： 扫描规则库，找出与当前事实匹配的规则；扫描规则库，找出与当前事实匹配的规则；

23、 利用产生式规则，执行其操作部分，并将其结论作利用产生式规则，执行其操作部分，并将其结论作 为新事实存入事实库；为新事实存入事实库； 利用更新后的事实库重复、两步，直到不再有利用更新后的事实库重复、两步，直到不再有 规则适用或问题得到解决为止。规则适用或问题得到解决为止。 第六章CAPP决策推理和人工智能技 术 34 6.2 6.2 人工智能技术人工智能技术 用户输入事实：油箱有油、电源有电、熔体正常、用户输入事实：油箱有油、电源有电、熔体正常、 主传动链接、进给系统连接、有车刀。主传动链接、进给系统连接、有车刀。 第六章CAPP决策推理和人工智能技 术 35 6.2 6.2 人工智能技术人工

24、智能技术 反向推理：先提出假设，然后去寻找支持这个假设反向推理：先提出假设，然后去寻找支持这个假设 的证据，也称为的证据，也称为“目标驱动策略目标驱动策略”。推理过程如下：。推理过程如下： 验证知识库中是否有与假设一致的事实，若有，则验证知识库中是否有与假设一致的事实，若有，则 假设成立；否则，进行下一步。假设成立；否则，进行下一步。 将结论包含此假设的规则找出，若找不到，推理结将结论包含此假设的规则找出，若找不到，推理结 束。束。 将该规则的条件不负设定为假设，重复、两步，将该规则的条件不负设定为假设，重复、两步， 验证新的假设，直到不再有规则可用为止。验证新的假设，直到不再有规则可用为止。 第六章CAPP决策推理和人工智能技 术 36 需要验证：能否在车床上进行钻孔？需要验证：能否在车床上进行钻孔？ 第六章CAPP决策推理和人工智能技 术 37 6.2 6.2 人工智能技术人工智能技术 双向推理：混合式推理，把