CAPP的決策推理和人工智能技術(shù)

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1、1 計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì) CAPP系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 第六章 CAPP的決策推理和人工智能技術(shù) CAPP工藝決策分為：邏輯決策、計(jì)算決策 和創(chuàng)造性決策。 邏輯決策 ：對(duì)于長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐中積累的工藝 經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行系統(tǒng)的總結(jié)，建立相應(yīng)的決策規(guī)則， 根據(jù)邏輯推理進(jìn)行決策，廣泛應(yīng)用于加工方法 選擇、機(jī)床選擇和刀具選擇等。 最常用的決策邏輯表達(dá)和實(shí)現(xiàn)方法是決策 表和決策樹(shù)。 3 第六章 CAPP的決策推理和人工智能技術(shù) 計(jì)算決策 ：主要用于能夠建立數(shù)學(xué)模型和已 具備較完善的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的情況，如工序尺寸計(jì) 算、切削用量選擇及工時(shí)計(jì)算等。 創(chuàng)造性決策 :對(duì)于一些具有較大模糊性，需要 十分靈活的推理策略，如基準(zhǔn)選擇、裝夾方案

2、 確定等，在很大程度上依賴于工藝人員的經(jīng)驗(yàn) 及創(chuàng)造性思維，往往采用人工智能技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn) 決策。 4 第六章 CAPP的決策推理和人工智能技術(shù) 6.1 決策表和決策樹(shù) 6.2 人工智能技術(shù) 6.3 人工智能語(yǔ)言與專家系統(tǒng)工具 6.4 CAPP專家系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 6.1 決策表和決策樹(shù) 6.1.1 決策表 概念：一種描述設(shè)計(jì)活動(dòng)中條件與動(dòng)作之間 復(fù)雜關(guān)系的表，為分析、決策、表達(dá)決策推理 提供依據(jù)。 一個(gè)條件動(dòng)作對(duì)，是事務(wù)活動(dòng)的一條邏輯 判斷，我們通常稱之為一條規(guī)則。 6 6.1 決策表和決策樹(shù) 下雨 T F F 天熱 T F 去網(wǎng)吧 去公園 去野餐 去野餐如果不下雨，但天涼， ，去公園如果不下雨，并且

3、天熱 網(wǎng)如果天下雨，去網(wǎng)吧上 周末 7 6.1 決策表和決策樹(shù) 決策表的基本結(jié)構(gòu)：四部分組成 每一列中條件項(xiàng)包含一組對(duì)條件根所列的所有條件 的回答。 T表示條件 “ 真 ” ， F表示條件為 “ 假 ” ，而空 則表 示 “ 無(wú)關(guān) ” （即此條件不是影響條件）； 在動(dòng)作項(xiàng)中， “ ”表示執(zhí)行該動(dòng)作，空表示不執(zhí)行。 決策表中，每一列表示一條決策規(guī)則。 條件根 條件項(xiàng)（ T、 F、空格無(wú)關(guān)） 動(dòng)作根 動(dòng)作項(xiàng)（ 執(zhí)行、空格不執(zhí)行） 8 6.1 決策表和決策樹(shù) 分類 基本型決策表 ：條件根部分準(zhǔn)確地給出了條件是什 么，而條件項(xiàng)只能是真、假或無(wú)關(guān)。 擴(kuò)展型決策表 ：條件項(xiàng)不只是 “ T”、 “ F”或無(wú)

4、關(guān)， 而包含不確切的數(shù)值或結(jié)論。 通過(guò)改變條件根，可以將擴(kuò)展型決策表轉(zhuǎn)換成基 本型決策表。 9 6.1 決策表和決策樹(shù) 10 6.1 決策表和決策樹(shù) 規(guī)則的獨(dú)立性和一致性 簡(jiǎn)單規(guī)則 ：條件項(xiàng)都是 “ T”或 “ F”，并且不含無(wú)關(guān) 的規(guī)則稱為 簡(jiǎn)單規(guī)則 ，否則稱為 復(fù)雜規(guī)則 。一條復(fù)雜 規(guī)則可以簡(jiǎn)化成兩個(gè)或更多的簡(jiǎn)單規(guī)則。 11 6.1 決策表和決策樹(shù) 冗余規(guī)則 ：如果有兩條規(guī)則，除了一個(gè)條件項(xiàng)兩者 分別取了 “ T”和 “ F”之外，其余的條件項(xiàng)和動(dòng)作項(xiàng)都 相同，這樣的兩條規(guī)則就是冗余規(guī)則，或重疊規(guī)則， 對(duì)冗余規(guī)則，應(yīng)將其合并。 12 6.1 決策表和決策樹(shù) 建立決策表時(shí)，必須使表中的任意兩

5、條規(guī)則都具 有獨(dú)立性，使得惟一的一組條件對(duì)應(yīng)惟一的一組動(dòng)作， 即任何兩條規(guī)則，都不含有相同的簡(jiǎn)單規(guī)則。 死循環(huán)：如果一種動(dòng)作被用來(lái)改變條件，并 且重復(fù)調(diào)用該表時(shí)，就可能產(chǎn)生死循環(huán)。當(dāng)一 個(gè)動(dòng)作的條件在這個(gè)動(dòng)作作完以后沒(méi)有改變， 則這個(gè) 條件 -動(dòng)作 對(duì)會(huì)反復(fù)被調(diào)用。 13 6.1 決策表和決策樹(shù) 14 6.1 決策表和決策樹(shù) 決策表設(shè)計(jì)：對(duì)于復(fù)雜的實(shí)際問(wèn)題，可以采 用分級(jí)結(jié)構(gòu)，一級(jí)決策表可以調(diào)用一張或多張 較低級(jí)的決策表，從而使決策表以嵌套式結(jié)構(gòu) 實(shí)現(xiàn)。 15 6.1 決策表和決策樹(shù) 16 6.1 決策表和決策樹(shù) 決策表技術(shù)的特點(diǎn)： 自然性：表格直觀，易于理解，適合于交流 模塊性（易修改性）：

6、規(guī)則結(jié)構(gòu)與內(nèi)容相互獨(dú)立， 易實(shí)現(xiàn)規(guī)則的增加、刪除和修改 一致性：易于檢測(cè)各規(guī)則之間的冗余和矛盾，易于 維護(hù) 17 6.1 決策表和決策樹(shù) 6.1.2 決策樹(shù) 概念：一種帶有單個(gè)根，并從此根發(fā)出多個(gè) 分支的圖，用于決策時(shí)，每個(gè)分支都傳送一個(gè) 數(shù)值或表達(dá)式，表示一個(gè) “ IF”語(yǔ)句，而一連串 的分支則表示一個(gè)邏輯 “ AND”或 “ OR”。由根到 終點(diǎn)的一條路徑可以表示一條類似決策表中的 規(guī)則，動(dòng)作則列于每個(gè)最終分支的末端。 18 6.1 決策表和決策樹(shù) 19 6.1 決策表和決策樹(shù) 組成：一個(gè)根和一些節(jié)點(diǎn)、分支組成。 根是樹(shù)的源，且每個(gè)樹(shù)智能有一個(gè)根；節(jié)點(diǎn) 可以有若干個(gè)，且節(jié)點(diǎn)的前面有分支。根

7、和節(jié)點(diǎn) 的分支只能有兩個(gè)邏輯值 真或假。 節(jié)點(diǎn)有兩類：互斥的和非互斥的。互斥的節(jié) 點(diǎn)允許在其后繼的分支中至多有一個(gè)為真，而非 互斥的節(jié)點(diǎn)則允許所有的后繼分支同時(shí)為真。 20 6.1 決策表和決策樹(shù) 21 6.1 決策表和決策樹(shù) 22 6.2 人工智能技術(shù) 6.2.1 人工智能簡(jiǎn)述 人工智能 AI（ Artificial Intelligence） 是 20世紀(jì) 50年代在美國(guó)興起的一門綜合性邊緣 學(xué)科，它和 “ 能源技術(shù) ” 、 “ 空間技術(shù) ” 一起 被譽(yù)為 20世紀(jì)三大科學(xué)技術(shù)成就。研究領(lǐng)域包 括問(wèn)題求解、定理證明、語(yǔ)音識(shí)別、圖像處理 和專家系統(tǒng)等分支，其中專家系統(tǒng)的研究已經(jīng) 走向?qū)嵱没?/p>

8、 23 6.2 人工智能技術(shù) 6.1.2 專家系統(tǒng) 概念：是一種求解問(wèn)題的智能軟件，在某一 專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，它把人類專家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)表示 成計(jì)算機(jī)能夠接受和處理的符號(hào)形式，采用專 家的推理方法和控制策略，解決該領(lǐng)域內(nèi)問(wèn)題， 并達(dá)到專家級(jí)水平，也稱知識(shí)基系統(tǒng) （ Knowledge Based System）。 24 6.2 人工智能技術(shù) 專家系統(tǒng)用于處理現(xiàn)實(shí)世界中需要專家來(lái)分析、解 決的問(wèn)題； 專家系統(tǒng)通過(guò)推理的方法來(lái)解決問(wèn)題，且得到的結(jié) 論與專家決策相同。 知識(shí) +推理 =專家系統(tǒng) 數(shù)據(jù) +算法 =一般軟件 一般的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)只是簡(jiǎn)單的存儲(chǔ)答案，用戶可以 在機(jī)器中檢索答案；而專家系統(tǒng)中存儲(chǔ)的是推理

9、的能力 和知識(shí)。 25 6.2 人工智能技術(shù) 專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 26 6.2 人工智能技術(shù) 專家系統(tǒng)的特點(diǎn) 啟發(fā)性：能使用判別性知識(shí)及已確定理論的形式化 知識(shí)進(jìn)行推理； 透明性：能解釋其推理過(guò)程并對(duì)有關(guān)知識(shí)的詢問(wèn)作 出回答。 靈活性：能夠把新知識(shí)不斷地加入到已有的知識(shí)庫(kù) 中； 能根據(jù)不精確的和經(jīng)驗(yàn)性的知識(shí)（數(shù)據(jù)）進(jìn)行推理； 知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)相分離，只需擴(kuò)充知識(shí)庫(kù)。 27 6.2 人工智能技術(shù) 6.2.2 知識(shí)的表達(dá)及推理 概述 知識(shí)的表達(dá)包括兩個(gè)方面的問(wèn)題：一是用什么方法 來(lái)組織、表示知識(shí)；二是如何利用表示成一定形式的 知識(shí)進(jìn)行推理。 常用的表達(dá)方法：規(guī)則表示法、框架表示法、邏輯 表示法、語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)

10、表示法 28 6.2 人工智能技術(shù) 知識(shí)表達(dá)優(yōu)劣的評(píng)價(jià)： 是否能表示所要求解問(wèn)題的全部知識(shí)； 能否精確的表示所要求解問(wèn)題的全部知識(shí)； 通過(guò)適當(dāng)?shù)耐评矸绞?，能否高效的模擬專家的推理 方式，并獲得和專家相同的推理結(jié)果； 是否方便擴(kuò)充、刪除和修改； 是否接近于人類的自然表示方式，且易于被人理解。 29 6.2 人工智能技術(shù) 規(guī)則表示法及其推理 規(guī)則表示法 規(guī)則表示法又叫產(chǎn)生式表示法，將人類專家的知識(shí)表 示成 “ 如果 條件 ，則 結(jié)論 ”的形式，一般形式 如下： IF 條件 1 AND/OR 條件 2 AND/OR AND/OR 條件 n THEN 結(jié)論 1 OR 操作 1 結(jié)論 2 OR 操作 2

11、 結(jié)論 n OR 操作 n 30 6.2 人工智能技術(shù) 知識(shí)庫(kù)規(guī)則樹(shù) 31 6.2 人工智能技術(shù) 產(chǎn)生式系統(tǒng) 產(chǎn)生式系統(tǒng)最早由 Post提出，該系統(tǒng)不把計(jì)算視 為預(yù)定順序的操作，而是將它看成由數(shù)據(jù)決定的、以 某種順序使用產(chǎn)生式規(guī)則的過(guò)程。 產(chǎn)生式系統(tǒng)使用規(guī)則表示法表示知識(shí)，且這種方 法廣泛的應(yīng)用于專家系統(tǒng)。 32 6.2 人工智能技術(shù) 33 6.2 人工智能技術(shù) 推理方式 推理方式又稱為推理策略。每一種推理方法都是 與知識(shí)表示的方法密切相關(guān)的，并且在很多方面依賴 于知識(shí)表示。 正向推理：由已知事實(shí)出發(fā)，按一定的策略運(yùn)用知 識(shí)庫(kù)中的知識(shí)，推斷出所需的結(jié)論，也稱為 “ 數(shù)據(jù)驅(qū) 動(dòng)策略 ” 。工作步

12、驟如下： 掃描規(guī)則庫(kù)，找出與當(dāng)前事實(shí)匹配的規(guī)則； 利用產(chǎn)生式規(guī)則，執(zhí)行其操作部分，并將其結(jié)論作 為新事實(shí)存入事實(shí)庫(kù)； 利用更新后的事實(shí)庫(kù)重復(fù)、兩步，直到不再有 規(guī)則適用或問(wèn)題得到解決為止。 34 6.2 人工智能技術(shù) 用戶輸入事實(shí)：油箱有油、電源有電、熔體正常、 主傳動(dòng)鏈接、進(jìn)給系統(tǒng)連接、有車刀。 35 6.2 人工智能技術(shù) 反向推理：先提出假設(shè)，然后去尋找支持這個(gè)假設(shè) 的證據(jù)，也稱為 “ 目標(biāo)驅(qū)動(dòng)策略 ” 。推理過(guò)程如下： 驗(yàn)證知識(shí)庫(kù)中是否有與假設(shè)一致的事實(shí)，若有，則 假設(shè)成立；否則，進(jìn)行下一步。 將結(jié)論包含此假設(shè)的規(guī)則找出，若找不到，推理結(jié) 束。 將該規(guī)則的條件不負(fù)設(shè)定為假設(shè)，重復(fù)、兩步，

13、 驗(yàn)證新的假設(shè)，直到不再有規(guī)則可用為止。 36 需要驗(yàn)證：能否在車床上進(jìn)行鉆孔？ 37 6.2 人工智能技術(shù) 雙向推理：混合式推理，把正向推理和反向推理技 術(shù)混合運(yùn)用 不確定推理 不確定性包括：證據(jù)不確定性結(jié)論不確定性。 解決方法：模糊推理、基于概率論推理。 38 6.3 人工智能語(yǔ)言與專家系統(tǒng)工具 6.3.1 人工智能語(yǔ)言 Prolog和 LISP是兩種最重要的人工智能程 序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。 6.3.2專家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具 類型 骨架型：從被實(shí)踐證明了有價(jià)值的專家系統(tǒng)中抽出 實(shí)際領(lǐng)域的知識(shí)，并保留系統(tǒng)中推理機(jī)的結(jié)構(gòu)而形成 的工具。 39 6.3 人工智能語(yǔ)言與專家系統(tǒng)工具 通用型：根據(jù)專家系統(tǒng)的不要應(yīng)用領(lǐng)域和人工智能 活動(dòng)的特征研制出來(lái)的適用于開(kāi)發(fā)多種類型專家系統(tǒng) 的開(kāi)發(fā)工具。 輔助型：介于前兩類之間，根據(jù)專家系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) 中的知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)和人機(jī)界面這三部分的邏輯功能 而設(shè)計(jì)的工具系統(tǒng)。 工藝設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具的研究?jī)?nèi)容 知識(shí)庫(kù)開(kāi)發(fā)及管理工具 推理機(jī) 解釋機(jī) 40 6.3 人工智能語(yǔ)言與專家系統(tǒng)工具 41 6.3 人工智能語(yǔ)言與專家系統(tǒng)工具