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北京医科大学硕士论文|中医营养学专家系统的总体设计

减小字体 增大字体 作者:佚名  来源:本站整理  发布时间:2010-04-28 23:34:48

北京医科大学硕士论文|中医营养学专家系统的总体设计
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本章将对系统采用的相关技术进行分析和选型,设计系统的体系结构和推理模型,为下一步的系统功能的实现做好准备。3.1技术选型通过对系统所需实现的功能性、非功能性方面需求的综合分析,系统必须以两个关键技术为重点:即专家系统的推理机技术以及系统在互联网上与用户交互的WEB技术。下面将简要阐述相关技术的研究发展情况,进而对系统的技术方案进行选型。3.1.1WEB专家系统概述1.专家系统的定义专家系统的早期先导者之一,斯坦福大学的EdwarFeigenbau教授,把专家系统定义为“一种智能的计算机程序,它运用知识和推理来解决只有专家才能解决的问题”。
也就是说专家系统是模拟专家决策能力的计算机系统。一个ES,从其内部实现所具有的功能来讲,应该具有以下功能:(l)存储问题求解所需的专家知识。(2)存储具体领域内的初始数据和推理过程中所涉及到的各种信息,如中间结果、目标、子目标、条件、假设等等。(3)根据当前输入的数据,利用己有的知识,按照一定的推理策略,去解决当前问题,并能控制、协调整个系统。(4)能对推理过程、结论或系统自身做出必要的解释,如系统的解题步骤,处理策略,选择处理方法的理由,系统求解某种问题的能力,系统如何组织和管理自身知识等。这样既便于用户的理解和接受,同时也便于系统的维护。(5)提供知识获取、机器学习、修改、扩充和完善等其他维护手段,才能更有效地提高系统的问题求解能力及准确性。(6)提供一种人机接口,既便于用户使用,同时又能分析、理解用户的各种请求。2.专家系统的特点作为一种基于知识的智能系统,与一般的计算机程序相比,专家系统具有以下基于wEB的中医营养学专家系统的研究与实现特点:(1)启发性ES求解的问题以不良结构或病态结构为特征,即求解过程不能用简单的数据动或严格的逻辑判断作为精确的描述,因而所具有的知识属于不完全的,大多含专家个性的启发式知识。(2)灵活性ES核心部分的知识库与推理机相互独立,使知识库能方便的进行修改与增删而不涉及推理机的变更,即具有在非编程状态下扩充与完善知识库进而改进系统能的能力。(3)透明性ES能向用户显示推理过程,并说明判断性结论的理由,即具有解释与咨询能从而对用户进行教学与培训。(4)实用性ES可长期保存人类专家的知识与经验,且工作效率高、可靠性好,能汇集众专家的特长,达到高于任何单个专家的水平,是保存、传播、使用及提高专家知与经验的有效工具。
3.基于WEB的专家系统的一般组成:如图3一1所示如下:图3一1基于WEB的专家系统的组成第三章中医营养学专家系统的总体设计(l)知识库用以存放领域专家提供的专门知识。这些专门知识包含与领域相关的书本知识、常识性知识以及专家凭经验得到的试探性知识。专家系统的问题求解是运用专家提供的专门知识来模拟专家的思维方式进行的,这样知识库中拥有知识的数量和质量就成为一个专家系统中系统性能和问题求解能力的关键因素。因此,知识库的建立是建造专家系统的中心任务。(2)数据库用于存放关于问题求解的初始数据、求解状态、中间结果、假设、目标以及最终求解结果。(3)推理机在一定的控制策略下针对综合数据库中的当前信息,识别和选取知识库中对当前问题求解有用的知识进行推理。在专家系统中,由于知识库中知识往往是不完全的和不精确的,因而其推理过程一般采用不精确推理。(4)知识获取程序在专家系统的知识库建造中用以部分代替知识工程师进行专门知识的自动获取,实现专家系统的自学习,不断完善知识库。(5)解释程序根据用户的提问,对系统提出的结论、求解过程以及系统当前的求解状态提供说明,便于用户理解系统的问题求解,增加用户对求解结果的信任程度。在知识库的完善过程中便于专家或知识工程师发现和定位知识库中的错误,便于领域的专业人员或初学者能够从问题的求解过程中得到直观学习.(6)人机接口将专家或用户的输入信息翻译为系统可接受的内部形成,把系统向专家或用户输出的信息转换成人类易于理解的外部形式。我们在本系统地实现上主要是引入了目前主流设计技术:基于WEB的B/S结构程序框架。即人机接口处以网络浏览器为实现依托,用户只要安装有WEB浏览器,通过网络联接即可使用本系统,能做到客户端零维护。
基于wEB的中医营养学专家系统的研究与实现4.现有开发方法的不足与改进现有的基于WEB的专家系统的开发方法面临的一个最大的问题就是到目前为还没有一个真正的基于wEB的专家系统开发工具,尽管学者们和开发人员尽力采了强大的WEB应用开发工具以及数据库工具,但是大部分的系统的推理过程还是一些简单的程序比如通过JavascriPt脚本语言来实现。有的采用了VISua1Pr。这样一种逻辑程序设计语言,但是与CL工PS等专家系统开发工具相比,它没有自的推理机,因此它的推理效率不高,而且嵌入性和移植性差,无法满足大型复杂家系统的要求。因此要改进现有的基于WEB的专家系统的开发方法,很重要的一就是要解决开发工具的问题,使得专家系统开发工具能够良好的应用于wEB应用境中。新一代专家系统开发工具JESS的特性使得它可以很容易的与Java语言结起来,因此可以方便的集成到JavaWEB应用环境中。
3.1.2推理机技术的选型1.JESS简介JESS是1995年由美国Sandia国家实验室分布式系统计算组成ErnestJ.Friedman一Hill用Java实现的一个经过扩充的CLIPS版本[2口。它以CL的设计原理为基础进行编写,除继承了CL工PS的优点外,还具有许多自己独特的征,如支持正向和逆向推理,可以在系统运行环境下直接调用Java的类库等,些特点将专家系统的开发过程同功能强大的Java语言结合起来,使采用JESS语开发的专家系统具有良好的移植性、嵌入性,可以方便地应用到网络上的不同机中。另外,Java多线程机制使JESS可以与其他应用程序并发执行,同步机制保了对共享数据的正确操作,通过使用不同的线程完成特定的行为,就可以很容易实现网络上的实时交互行为。目前,JESS被广泛用于学术、工业、商业等领域,一个有着广阔发展前景的专家系统开发平台。2.J〔55优势特点:(l)支持类操作,具有良好的嵌入能力。在JESS中,事实包括简单事实和对象实。简单事实就是一个描述事物的断言,而对象事实除此之外还封装了方法,可接受外界信息改变自身的特征。这一概念本身并不是JESS首次提出的,ART一现第三章中医营养学专家系统的总体设计CLIPS都支持这一概念。但JESS表达对象事实的方法确实别具一格:它用Java而非系统本身的语言来定义对象。
在CL工PS6.O中,对象事实通过系统本身的语句defClaSS和make一instance来定义,但在JESS中,类的定义由Java语言书写,编译通过后即可动态地加入系统中。用Java虚拟机编译通过后,一通过defClaSS命令将该类加入系统,它就可以执行类似于CL工PS中对类的各种操作,如生成它的一个实例、调用它的方法等。由此可见,JESS可以方便地调用Java中的类库,使用Java中的各种数据结构和方法,从而具备其他系统不可比拟的优良的嵌入能力。(2)简洁、强大的知识表示能力。在JESS中,规则的表达形式沿用了CLIPS的语法结构,通过对规则前件和后件的限定,它可以支持内容丰富的模式匹配语言。另外,JESS支持面向过程的编程方式,它提供了一些语句来控制规则后件的操作流程,如使用if…then’二e1Se和while…do…语句,这样它就能很有效地利用面向过程编程的优势。总之,JESS的这些特性使系统拥有很强的知识表示能力。(3)支持前向和逆向推理两种方式。前向推理同CLIPS的原理相同,逆向推理则是JESS不同于CL工PS的一个显著特征。在JESS的逆向推理中,规则仍采用if…then’二结构,但是在逆向推理时,推理引擎执行的是前件没有得到满足的规则,这种行为常常被称为目标寻找。显然,JESS同时支持前向和逆向推理的特点使其推理能力得到了加强。
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