农业专家系统及其开发工具(1)

1、农业专家系统及其开发工具农业专家系统及其开发工具 研究生课程讲座 Developing Tool for Expert Systems Developing Platform for Expert Systems Expert Systems in Agriculture Agricultural Expert Systems Intelligent Systems in Agriculture内容：内容： 概况概况 概念概念 结构结构 技术技术 工具（平台）工具（平台） 步骤步骤 实例实例 未来未来一、概况一、概况1、二十一世纪最活跃的学科：生物技术、信息技术 （数据库、多媒体、网络、人工智

2、能、3S 等）2、ES是人工智能（AI）的一个重要分支3、ES产生于70年代末，应用于医疗、探矿、化学结构4、农业专家系统开始于80年代初，如雄风系列， Comax/Gossym CottonPlus 国际上有代表性的农业专家系统国际上有代表性的农业专家系统 Some main expert systems in agriculture 系统名称 Type 研制者 Developer时间Time应用领域Field of applicationPLANTA. G. Boulanger1978Diagnosing diseases for soybeanCFF. L. Xiong et al.19

3、83Crop fertilizationCOMAXH. Lemmon1986Cotton managementFOURRAGEJ. P. Patacq1987Optimization of forage productionCALEXE. R. Plant1989Cotton and rice management and peach tree controlCUEO. W. Morgan et al.1989Winter wheat variety selectionDHLESA. D. Whittaker et al.1989Milk production diagnosisMISTING

4、B. K. Jacobson et al.1989Propagation in greenhouseFinARSW. G. Bogges et al.1989Farm financial analysisKA(XF)F. L. Xiong et al.1990Developing tool for expert systems CROPESS. Mohan et al.1994Crop selection based on environmentGRAPEXS. Edress et al.1998Grape production management二、二、概念概念1、专家级、智能型的计算机程

5、序系统2、数据结构 + 算法 = 程序 知识 + 推理 = 专家系统3、功能：咨询、诊断、预测、分析、决策人机交互接口人机交互接口知识获取模块知识获取模块知识库知识库解释模块解释模块数据库数据库推理机推理机三、结构三、结构四、技术（知识工程）四、技术（知识工程） 知识获取知识获取 知识表示知识表示 知识运用知识运用1 1、人工获取：知识工程师、人工获取：知识工程师 领域专家领域专家2 2、半自动获取：向导型、示例型、非编、半自动获取：向导型、示例型、非编 码型工具软件码型工具软件3 3、自动获取：有自学习功能，如机器学、自动获取：有自学习功能，如机器学 习、机器发现（活跃领域）习、机器发现（活

6、跃领域） KDD(Knowledge Discovery in Database) KDD(Knowledge Discovery in Database) （一）知识获取：（一）知识获取：“瓶颈瓶颈”（二）知识表示： 规则、框架、逻辑、语义网络等1、规则组 = 规则架 + 规则体 RULE n IF THEN . RB 体规则 IF THEN 计算公式 2、综合知识体、综合知识体 = 描述性框架描述性框架 + 规则组规则组框架：FRAME 1 架名 STATE 状态槽名（集） IF THEN （条件侧面 PROCESS ） . DEFAULT（默认侧面） PROCESS 处理槽名 处理侧面

7、ADVICE 无处理侧面 （调用子框架或规则组）3、基于OOP的综合知识体 = 知识体 对象块 ASK（提问集）BEGIN（开始知识体） 控制对象块KB（知识体） 对象块 .RG（规则组对象块） KB（功能） RULE n （规则组）END.（三）知识运用（推理策略）（三）知识运用（推理策略）1 1、正向推理：数据（事实）驱动、正向推理：数据（事实）驱动2 2、反向推理：目标驱动、反向推理：目标驱动3 3、混合推理、混合推理4 4、不确定性（不精确性）推理、不确定性（不精确性）推理 概率论概率论 (Bayes (Bayes模型）模型） 确定性理论（确定性理论（CFCF模型）模型） 证据理论（证

8、据理论（D-SD-S模型）模型） 模糊理论（模糊理论（P P模型、三模型、三I I模型）模型）合并算法合并算法3 3kkk1kjmjkk11)(111kijmjkiniki更新算法更新算法2 2更新算法更新算法1 1 特征展开三特征展开三I I模糊推理模型模糊推理模型 雄风雄风4.1的模糊的模糊EBNF定义定义 规则组:=规则架规则体规则架:= RULE规则号IF前提项集THEN结论项集规则号:=整数前提项集:=前提项，前提特征系数项，前提项，前提特征系数项结论项集:=结论项，结论特征系数项，结论项，结论特征系数项前提项:=因素 结论项:=因素因素:=汉字串|字母串前提特征系数项:=实变量结论

9、特征系数项:=实变量实变量:=字母字母|数字规则体:= RB 模糊体规则集|计算规则集模糊体规则集模糊体规则集:=模糊规则；模糊规则；模糊规则:= IF模糊前提集THEN 模糊结论集规则支持度模糊传递函数；模糊前提集:=模糊前提逻辑符模糊前提模糊前提:=前提项=模糊值逻辑符:= AND|OR|NOT模糊结论集:=模糊结论；模糊结论；模糊结论:=结论项=模糊值|汉字串模糊值:= 模糊语言|模糊数规则支持度:= 数值；模糊传递函数:= 更新算法1|更新算法2|合并算法3 计算规则集:=计算规则；计算规则；计算规则:=因素= 代数表达式5 5、其它推理方法、其它推理方法 常识推理常识推理 定性推理定

10、性推理 非单调推理非单调推理 基于案例推理（基于案例推理（CBRCBR）CBRCBR（Case-Based Reasoning)Case-Based Reasoning)是目前是目前构建新型专家系统的最有效手段。构建新型专家系统的最有效手段。YNYN1. 开 始2. 问题描述（气象、病情）3. 目标案例4. 案例检索5. 初始案例集6. 案例Fuzzy匹配7. 有无相 似案例？16. 匹配失败18. 调整值17. 提示，停止 8. 候选案例9. 候选案例是否唯一？10. 案例修正11. 新案例12. 预测趋势曲线及防治建议13. 案例存储14. 酥梨黑星病案例库15. 案例库维护例 基于案例模

11、糊推理的砀山酥梨黑星病预报系统五、工具（开发平台）五、工具（开发平台）1 1、雄风（、雄风（XFXF）2.02.0、2.12.1 DOSDOS下编译、运行下编译、运行 知识库编辑：知识库编辑：字处理软件（字处理软件（WordWord、 WPSWPS、写字板、记事本等）；保存为、写字板、记事本等）；保存为 * *.TXT.TXT文件文件 知识表示方法：规则组知识表示方法：规则组2 2、雄风（、雄风（XFXF）3.03.0、3.13.1 DOSDOS下编译、下编译、WindowsWindows下运行下运行 知识库编辑：知识库编辑：字处理软件（字处理软件（WordWord、 WPSWPS、写字板、记

12、事本等）；保存为、写字板、记事本等）；保存为 * *.TXT.TXT文件文件 知识表示方法：综合知识体知识表示方法：综合知识体3 3、雄风（、雄风（XFXF）4.04.0、4.14.1 WindowsWindows下编辑、编译、运行下编辑、编译、运行 知识库编辑：自带编辑软件；知识库编辑：自带编辑软件；保存为保存为 * *.TXT.TXT文件文件 知识表示方法：基于知识表示方法：基于OOPOOP的综合知识体的综合知识体六、步骤六、步骤1 1）问题（任务）及其分解）问题（任务）及其分解 推理网络图推理网络图 定性、定量细化定性、定量细化缺素原因叶片单位缺素量单株树冠体积土壤单位缺素量干叶容重矫治

13、措施缺素量土壤容重土壤营养临界值叶片营养分析值叶片营养临界值土壤营养分析值土壤类型14缺素发生叶龄枝梢症状发生程度枝梢症状叶形症状发生程度叶形症状叶色症状出现程度叶色症状32 例 砀山酥梨营养诊断与矫治模糊专家系统推理网络图 知识体（架）推理网络图知识体（架）推理网络图规则对象块推理网络图规则对象块推理网络图2 2）知识库建造（雄风）知识库建造（雄风4.14.1）ASK（提问集） .BEGIN（开始知识体） 控制对象块KB（知识体） 对象块 .RG（规则组对象块） KB（功能） RULE n （规则组）END. 总体结构总体结构 1）控制对象块：）控制对象块：IF THEN（对象块（对象块 n

14、） 对象块对象块 n 2）描述性对象块：）描述性对象块：ADVICE“字串字串” 3）计算对象块：数据类型、计算符、逻辑符、）计算对象块：数据类型、计算符、逻辑符、 函数等函数等 4）信息对象块：输入、输出、提示等）信息对象块：输入、输出、提示等 5）接口对象块）接口对象块对象块类型对象块类型接口对象块形式接口对象块形式1）多媒体文件）多媒体文件 ADVICE“（动画（动画=*.app）” ADVICE“（声音（声音=*.wav）” ADVICE“（图象（图象=*.bmp）”2）可执行文件）可执行文件 RUN COMMAND“Path *.exe”3）数据文件）数据文件 OPEN / READ *.txt DATABASE (SQL) *.dbf4）规则组对象块规则组对象块 RUN RULE 规则组对象名规则组对象名 . 功能名功能名5）知识体）知识体 知识体名知识体名( )3 3）知识库检验）知识库检验 语法检验语法检验 完备性检验完备性检验 一致性检验一致性检验 提示修改提示修改4 4）测试运行（实际检验）测试运行（实际检验） 正确性正确性 实用性实用性