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文檔簡(jiǎn)介
1、第一章緒論什么是智能、智能系統(tǒng)、智能控制?答:“智能”在美國(guó)Heritage字典定義為“獲取和應(yīng)用知識(shí)的能力”?!爸悄芟到y(tǒng)”指擁有必定智能行為的系統(tǒng),是模擬和履行人類、動(dòng)物或生物的某些功能的系統(tǒng)?!爸悄芸刂啤敝冈趥鹘y(tǒng)的控制理論中引入諸如邏輯、推理和啟迪式規(guī)則等要素,使之擁有某種智能性;也是鑒于認(rèn)知工程系統(tǒng)和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的強(qiáng)盛功能,對(duì)不確立環(huán)境中的復(fù)雜對(duì)象進(jìn)行的擬人化管理。2智能控制系統(tǒng)有哪幾種種類,各自的特色是什么?答:智能控制系統(tǒng)的種類:集散控制系統(tǒng)、模糊控制系統(tǒng)、多級(jí)遞階控制系統(tǒng)、專家控制系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)等。各自的特色有:集散控制系統(tǒng):以微辦理器為基礎(chǔ),對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行
2、集中監(jiān)督、操作、管理和分別控制的集中分別控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)將若干臺(tái)微機(jī)分別應(yīng)用于過(guò)程控制,所有信息經(jīng)過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)由上位管理計(jì)算機(jī)監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化控制,整個(gè)裝置繼承了慣例儀表分別控制和計(jì)算機(jī)集中控制的長(zhǎng)處,戰(zhàn)勝了慣例儀表功能單調(diào),人機(jī)聯(lián)系差以及單臺(tái)微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)危險(xiǎn)性高度集中的弊端,既實(shí)現(xiàn)了在管理、操作和顯示三方面集中,又實(shí)現(xiàn)了在功能、負(fù)荷和危險(xiǎn)性三方面的分別。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò):它是一種典范動(dòng)物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)行為特色,進(jìn)行散布式并行信息辦理的算法數(shù)學(xué)模型。這種網(wǎng)絡(luò)依賴系統(tǒng)的復(fù)雜程度,經(jīng)過(guò)調(diào)整內(nèi)部大批節(jié)點(diǎn)之間互相連結(jié)的關(guān)系,進(jìn)而達(dá)到辦理信息的目的。專家控制系統(tǒng):是一個(gè)智能計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng),其內(nèi)部含有大批的某個(gè)
3、領(lǐng)域?qū)<宜降闹R(shí)與經(jīng)驗(yàn),能夠利用人類專家的知識(shí)和解決問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)方法來(lái)辦理該領(lǐng)域的高水平難題。能夠說(shuō)是一種模擬人類專家解決領(lǐng)域問(wèn)題的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)。多級(jí)遞階控制系統(tǒng)是將構(gòu)成大系統(tǒng)的各子系統(tǒng)及其控制器按遞階的方式分級(jí)擺列而形成的層次構(gòu)造系統(tǒng)。這種構(gòu)造的特色是:1.上、下級(jí)是隸屬關(guān)系,上司對(duì)下級(jí)有協(xié)調(diào)權(quán),它的決議直接影響下級(jí)控制器的動(dòng)作。2.信息在上下級(jí)間垂直方向傳達(dá),向下的信息有優(yōu)先權(quán)。同級(jí)控制器并行工作,也能夠有信息交換,但不是命令。3.上司控制決議的功能水平高于下級(jí),解決的問(wèn)題波及面更廣,影響更大,時(shí)間更長(zhǎng),作用更重要。級(jí)別越往上,其決議周期越長(zhǎng),更關(guān)懷系統(tǒng)的長(zhǎng)久目標(biāo)。4.級(jí)別越往上,波及的
4、問(wèn)題不確立性越多,越難作出切實(shí)的定量描繪和決議。學(xué)習(xí)控制系統(tǒng):靠自己的學(xué)習(xí)功能來(lái)認(rèn)識(shí)控制對(duì)象和外界環(huán)境的特征,并相應(yīng)地改變自己特征以改良控制性能的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)擁有必定的辨別、判斷、記憶和自行調(diào)整的能力。3比較智能控制與傳統(tǒng)控制的特色。答:智能控制與傳統(tǒng)控制的比較:它們有親密的關(guān)系,而不是互相排擠。慣例控制常常包含在智能控制之中,智能控制也利用慣例控制的方法來(lái)解決“初級(jí)”的控制問(wèn)題,力爭(zhēng)擴(kuò)大慣例控制方法并成立一系列新的理論與方法來(lái)解決更擁有挑戰(zhàn)性的復(fù)雜控制問(wèn)題。傳統(tǒng)的自動(dòng)控制是成立在確立的模型基礎(chǔ)上的,而智能控制的研究對(duì)象則存在模型嚴(yán)重的不確立性,即模型未知或知之甚少者模型的構(gòu)造和參數(shù)在很大的
5、范圍內(nèi)改動(dòng),這些問(wèn)題對(duì)鑒于模型的傳統(tǒng)自動(dòng)控制來(lái)說(shuō)很難解決。傳統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)的輸入或輸出設(shè)施與人及外界環(huán)境的信息交換很不方便,希望制造出能接受印刷體、圖形甚至手寫體和口頭命令等形式的信息輸入裝置,能夠更為深入而靈巧地和系統(tǒng)進(jìn)行信息溝通,同時(shí)還要擴(kuò)大輸出裝置的能力,能夠用文字、圖紙、立體形象、語(yǔ)言等形式輸出信息.此外,往常的自動(dòng)裝置不可以接受、剖析和感知各樣看得見(jiàn)、聽(tīng)得著的形象、聲音的組合以及外界其余的狀況.為擴(kuò)大信息通道,就一定給自動(dòng)裝置安上能夠以機(jī)械方式模擬各樣感覺(jué)的精準(zhǔn)的送音器,即文字、聲音、物體辨別裝置。3.傳統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)控制任務(wù)的要求要么使輸出量為定值(調(diào)理系統(tǒng)),要么使輸出量跟
6、從希望的運(yùn)動(dòng)軌跡(跟從系統(tǒng)),所以擁有控制任務(wù)單調(diào)性的特色,而智能控制系統(tǒng)的控制任務(wù)可比較復(fù)雜。傳統(tǒng)的控制理論對(duì)線性問(wèn)題有較成熟的理論,而對(duì)高度非線性的控制對(duì)象固然有一些非線性方法能夠利用,但不盡人意.而智能控制為解決這種復(fù)雜的非線性問(wèn)題找到了一個(gè)出路,成為解決這種問(wèn)題卓有成效的門路。與傳統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)比,智能控制系統(tǒng)擁有足夠的對(duì)于人的控制策略、被控對(duì)象及環(huán)境的相關(guān)知識(shí)以及運(yùn)用這些知識(shí)的能力。與傳統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)比,智能控制系統(tǒng)能以知識(shí)表示的非數(shù)學(xué)廣義模型和以數(shù)學(xué)表示的混淆控制過(guò)程,采納開(kāi)閉環(huán)控制和定性及定量控制聯(lián)合的多模態(tài)控制方式。與傳統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)比,智能控制系統(tǒng)擁有變構(gòu)造特色,能整體
7、自尋優(yōu),擁有自適應(yīng)、自組織、自學(xué)習(xí)和自協(xié)調(diào)能力。與傳統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)比,智能控制系統(tǒng)有賠償及自修復(fù)能力和判斷決議能力。4把智能控制看作是AI(人工智能)、OR(運(yùn)籌學(xué))、AC(自動(dòng)控制)和IT(信息論)的交集,其依據(jù)和內(nèi)涵是什么?答:智能控制擁有顯然的跨學(xué)科特色,在最早傅金孫提出的二元論中,智能控制系統(tǒng)被認(rèn)為是自動(dòng)控制與人工智能的交互作用,跟著認(rèn)識(shí)的深入,薩瑞迪斯提出運(yùn)籌學(xué)融入智能控制而提出三元構(gòu)造,蔡自興教授提出將信息論引入智能控制,其依照在于:信息論是解說(shuō)知識(shí)和智能的一種手段;控制論、信息論和系統(tǒng)論是密切相連的;信息論已經(jīng)成為控制智能機(jī)器的工具;信息論參加智能控制的全過(guò)程并對(duì)履行級(jí)起到核心
8、作用,所以最后確立了智能控制的四元構(gòu)造。5智能控制有哪些應(yīng)用領(lǐng)域?試舉出一個(gè)應(yīng)用實(shí)例,并說(shuō)明其工作原理和控制性能。答:智能控制應(yīng)用于機(jī)器人、汽車、制造業(yè)、水下和陸地自助式車輛、家用電器、過(guò)程控制、電子商務(wù)、醫(yī)療診療、飛翔器、印刷、城市鐵路、電力系統(tǒng)等領(lǐng)域。比如焊接機(jī)器人其基本工作原理是示教再現(xiàn),即由用戶導(dǎo)引機(jī)器人,一步步按實(shí)質(zhì)任務(wù)操作一遍,機(jī)器人在導(dǎo)引過(guò)程中自動(dòng)記憶示教的每個(gè)動(dòng)作的地點(diǎn)、姿態(tài)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)、焊接參數(shù)等,并自動(dòng)生成一個(gè)連續(xù)履行所有操作的程序。達(dá)成示教后,只需給機(jī)器人一個(gè)起動(dòng)命令,機(jī)器人將精準(zhǔn)地按示教動(dòng)作,一步步達(dá)成所有操作,實(shí)質(zhì)示教與再現(xiàn)??刂菩阅転椋夯『笝C(jī)器人往常有五個(gè)自由度以上,
9、擁有六個(gè)自由度的弧焊機(jī)器人能夠保證焊槍的隨意空間軌跡和姿態(tài)。點(diǎn)至點(diǎn)方式挪動(dòng)速度可達(dá)60m/min以上,其軌跡重復(fù)精度可達(dá)到。這種弧焊機(jī)器人應(yīng)擁有直線的及環(huán)形內(nèi)插法搖動(dòng)的功能,共六種搖動(dòng)方式,以知足焊接工藝要求,機(jī)器人的負(fù)荷為5kg。第二章模糊控制的理論基礎(chǔ)1舉例說(shuō)明模糊性的客觀性和主觀性。答:模糊性發(fā)源于事物的發(fā)展變化性,變化性就是不確立定性;模糊性是客觀世界的廣泛現(xiàn)象,世界上很多的事物都擁有模糊非電量的特色。比如:年紀(jì)分段的問(wèn)題;假如一個(gè)人的年紀(jì)大于60歲算老年,45-59歲之間的歲中年,小于44歲的就算青年;假如一個(gè)人的年紀(jì)是59歲零11個(gè)月零28天,那么他是屬于中年仍是老年呢?理論上從客
10、觀的角度說(shuō)他是中年人,可是與60歲只有兩天差別,這差別我們是分辨不出來(lái)的。從主觀上我們認(rèn)為他又是老年人。這就是模糊性的主觀性和客觀性的表現(xiàn)。2模糊性與隨機(jī)性有哪些異同?答:模糊性處于過(guò)渡階段的事物的基本特色,是性態(tài)的不確立性,類屬的不清楚性,是一種內(nèi)在的不確立性;而隨機(jī)性是在事件能否發(fā)生的不確立性中表現(xiàn)出來(lái)的不確立性,而事件自己的性態(tài)和類屬是確立的,是一種外在的不確立性。同樣點(diǎn)是:模糊性是因?yàn)槭挛镱悓賲^(qū)分的不分明而惹起的判斷上的不確立性;而隨機(jī)性是因?yàn)樘靹Σ怀浞侄率沟慕Y(jié)果的不確立性??墒撬麄兌脊餐憩F(xiàn)出不確立性。異同點(diǎn)是:模糊性反應(yīng)的是排中的破缺,而隨機(jī)性反應(yīng)的是因果律的破缺;模糊性現(xiàn)象則需
11、要運(yùn)用模糊數(shù)學(xué),隨機(jī)性現(xiàn)象可用概率論的數(shù)學(xué)方法加以辦理。3比較模糊會(huì)合與一般會(huì)合的異同。答:模糊會(huì)合用隸屬函數(shù)作定量描繪,一般會(huì)合用特色函數(shù)來(lái)刻劃。二者同樣點(diǎn):都屬于會(huì)合,同時(shí)擁有會(huì)合的基天性質(zhì)。二者異同點(diǎn):模糊會(huì)合就是指擁有某個(gè)模糊還年所描繪的屬性的對(duì)象的全體,因?yàn)橛^點(diǎn)自己不是很清楚,界線分明的,因此對(duì)象對(duì)會(huì)合的隸屬關(guān)系也不是明確的;一般會(huì)合是指擁有某種屬性的對(duì)象的全體,這種屬性所表達(dá)的觀點(diǎn)應(yīng)當(dāng)是清楚的,界線分明的,因此每個(gè)對(duì)象對(duì)于會(huì)合的隸屬關(guān)系也就是明確的??紤]語(yǔ)言變量:“Old”,假如變量定義為:00 x50old(x)21x1001(x50/5)50確立“NOTSoOld”,“Very
12、Old”,“MOREOrLESSOld”的隸屬函數(shù)。0解:NOTSoold(x)211(x50/5)20Veryold(x)50/5)221(x0 x5050 x1000 x5050 x1000MOREorlessold(x)211(x50/5)4x5050 x1000.40.25.已知存在模糊向量A和模糊矩陣R以下:計(jì)算BAR。0.10.36.令論域U1234,給定語(yǔ)言變量“Small”=1/1+2+3+4和模糊關(guān)系R=“Almost相等”定義以下:10.60.100.610.60.1R(y)(X是Small)(Almost相等)。R0.61利用max-min復(fù)合運(yùn)算,試計(jì)算:0.10.60
13、0.10.6110.60.10解:()(10.70.30.610.60.10.610.60.100.10.61(11)(0.70.6)(0.30.1)(0.1T0)(10.6)(0.71)(0.30.6)(0.10.1)10.70.60.3(10.1)(0.70.6)(0.31)(0.10.6)(10)(0.70.1)(0.30.6)(0.11)10.800.10.20.810.400.97.已知模糊關(guān)系矩陣:R00.4100計(jì)算R的二至四次冪。0.10010.50.20.900.5110.800.10.210.800.10.210.80.40.20.80.810.400.90.810.400
14、.90.810.40.50.9解:R2R?R00.410000.41000.40.4100.40.10010.50.10010.50.20.5010.50.20.900.510.20.900.510.80.90.40.5110.80.40.50.810.80.40.50.80.810.40.50.90.810.40.50.9R3R?R20.40.410.40.4R4R2?R20.40.410.40.40.50.50.410.50.50.50.410.50.80.90.40.510.80.90.40.518.設(shè)有論域Xx1,x2,x3,Yy1,y2,y3,Zz1,z2,二維模糊條件語(yǔ)句為“若A且
15、B則C”,其中A0.510.1,AF(X)0.1,x1x2x3A*10.5A*F(X)B0.110.6,BF(Y)已知x1x2x3y1y2y30.10.51B*B*F(Y)0.41y1y2,CCF(Z)y3z1,z2由關(guān)系合成推理法,求得推理結(jié)論C*。解:令R表示模糊關(guān)系,則RABC.0.50.50.10.510.50.60.10.50.5R1TATB10.110.610.11110.60.110.60.10.10.10.110.10.60.10.10.1將R1T按行睜開(kāi)寫成列向量為0.10.50.50.10.1T0.10.10.40.110.10.10.50.50.40.510.40.50.
16、50.50.40.510.40.50.10.10.40.110.10.1所以,RR1TC10.4110.4110.41.又因?yàn)镃ABR,0.60.60.40.610.40.60.10.10.40.110.10.10.10.10.40.110.10.10.10.10.40.110.10.110.10.51AB0.50.10.510.10.50.5,將AB按行睜開(kāi)寫成行向量,為0.10.10.10.10.1,則CAB0.40.5即Cz2z19.已知語(yǔ)言變量x,y,z。X的論域?yàn)?,2,3,定義有兩個(gè)語(yǔ)言值:“大”0,1;“小”=1,0。Y的論域?yàn)?0,20,30,40,50,語(yǔ)言值為:“高”=0,
17、0,0,1;“中”=0,1,0;“低”=1,0,0,0。Z的論域?yàn)?,語(yǔ)言值為:“長(zhǎng)”=0,1;“短”=1,0則:1)試求規(guī)則:假如x是“大”而且y是“高”那么z是“長(zhǎng)”;不然,假如x是“小”而且y是“中”那么z是“短”。所蘊(yùn)涵的x,y,z之間的模糊關(guān)系R。2)假定在某時(shí)刻,x是“略小”=,0,y是“略高”=0,0,1試依據(jù)R分別經(jīng)過(guò)Zadeh法和Mamdani法模糊推理求出此時(shí)輸出z的語(yǔ)言取值。第三章模糊控制模糊控制器有哪幾部分構(gòu)成?各達(dá)成什么功能?答:模糊控制器由四個(gè)部分構(gòu)成,這四個(gè)功能模塊是模糊化、知識(shí)庫(kù)、模糊推理和去模糊化。模糊化:為實(shí)現(xiàn)模糊控制而將精準(zhǔn)的輸入量進(jìn)行模糊化辦理,是將精準(zhǔn)
18、量轉(zhuǎn)變?yōu)槟:康倪^(guò)程。模糊化模塊在不一樣的階段有不一樣的作用:a、確立切合模糊控制器要求的輸入量和輸出量。b、對(duì)輸入輸出變量進(jìn)行尺度變換,使之落于各自的論域范圍內(nèi)。c、對(duì)已經(jīng)論域變換的輸入量進(jìn)行模糊化辦理,包含模糊切割和隸屬函數(shù)確實(shí)定。知識(shí)庫(kù):知識(shí)庫(kù)往常由數(shù)據(jù)庫(kù)和規(guī)則庫(kù)構(gòu)成,包含了詳細(xì)應(yīng)用領(lǐng)域的知識(shí)和要求。此中,數(shù)據(jù)庫(kù)主要包含輸入輸出變量的初度變換因子、輸入輸出空間的模糊切割以及模糊變量的模糊取值及相應(yīng)的隸屬度函數(shù)選擇和形狀等方面的內(nèi)容。規(guī)則庫(kù)包含了用模糊語(yǔ)言描繪專家的經(jīng)驗(yàn)知識(shí),來(lái)表示一系列控制規(guī)則。它們反應(yīng)了控制專家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)。模糊推理:是一種近似推理,依據(jù)模糊控制規(guī)則庫(kù)和目前系統(tǒng)狀態(tài)推測(cè)
19、出應(yīng)施加的控制量的過(guò)程,由推理機(jī)完成。去模糊化:因?yàn)榭刂破鬏敵龅皆敿?xì)地履行機(jī)構(gòu)的信號(hào)一定是清楚的精準(zhǔn)量。所以,需要一個(gè)與輸入模糊化相反的過(guò)程,即把模糊推理結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)榍宄?,它?shí)現(xiàn)從輸出論域上輸出模糊空間到輸出精準(zhǔn)空間的映照。模糊控制器設(shè)計(jì)的步驟如何?2:答:模糊控制器設(shè)計(jì)的步驟以下:輸入變量和輸出變量確實(shí)定。:輸入輸出變量的論域和模糊切割,以及包含量化因子和比率因子在內(nèi)的控制參數(shù)的選擇。:輸入變量的模糊化和輸出變量的清楚化。:模糊控制規(guī)則的設(shè)計(jì)以及模糊推理模型的選擇。:模糊控制程序的編制。清楚化的方法有哪些?3:答:清楚化的方法一般有四種:最大隸屬度法:這種方法將模糊推理獲取的結(jié)論中最大隸屬度
20、值最對(duì)應(yīng)的元素作為控制器輸出的精準(zhǔn)值,假如有多個(gè)最大點(diǎn),則取其均勻值。:加權(quán)均勻法:這種方法是指以各條規(guī)則的前件和輸入的模糊集按必定法例確立的值為權(quán)值,并對(duì)后件代表值加權(quán)均勻計(jì)算輸出的清楚值的方法。(3):面積平分法:把輸出的模糊會(huì)合所對(duì)應(yīng)的隸屬函數(shù)與橫坐標(biāo)之間圍成的面子分紅兩部分,那么該方法獲取的精準(zhǔn)值應(yīng)知足使該兩部分的面積相等。:因?yàn)門sukamoto模型和Takagi-Sugeno模型輸出自己就是清楚量,則不需要去模糊化。已知某一爐溫控制系統(tǒng),要求溫度保持在600度恒定。針對(duì)該控制系統(tǒng)有一下控制經(jīng)驗(yàn):1)若爐溫低于600度,則升壓;低得越多升壓就越高。2)若爐溫高于600度,則降壓;高得
21、越多降壓就越低。2)若爐溫等于600度,則保持不變。設(shè)計(jì)模糊控制器為一維控制器,輸入語(yǔ)言變量為偏差,輸出為控制電壓。輸入、輸出變量的量化等級(jí)為7級(jí),取5個(gè)模糊集。設(shè)計(jì)隸屬度函數(shù)偏差變化區(qū)分表、控制電壓變化區(qū)分表和模糊控制規(guī)則表。解:定義理想溫度點(diǎn)的溫度為,實(shí)質(zhì)丈量溫度為,溫度差為。認(rèn)為輸入、輸出變量的量化等級(jí)均為7級(jí),5個(gè)模糊集,則偏差變化區(qū)分表為:隸屬度變化等級(jí)-3-2-10123PB000001模PS000010糊ZE00100集NS010000NB100000控制電壓變化區(qū)分表為:隸屬度變化等級(jí)-3-2-10123PB000001模PS000010糊ZE00100集NS010000NB1
22、00000依據(jù)一上兩表設(shè)計(jì)一下模糊規(guī)則:若負(fù)大,則正大;若負(fù)小,則正?。蝗魹?,則為0;若正小,則負(fù)小;若正大,則負(fù)大。模糊控制規(guī)則表為:若(if)NLeNSe0ePSePLE則NLuNSU0uPSuPLu(then)第四章神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)1、生物神經(jīng)元模型的構(gòu)造功能是什么?答:生物神經(jīng)元構(gòu)造:1)、細(xì)胞體:由細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞膜等構(gòu)成。2)、樹(shù)突:胞體上短而多分枝的崛起。相當(dāng)于神經(jīng)元的輸入端,接受傳入的神經(jīng)激動(dòng)。3)、軸突:胞體上最長(zhǎng)枝的崛起,也稱神經(jīng)纖維。端部有好多神經(jīng)末稍傳出神經(jīng)激動(dòng)。4)、突觸:神經(jīng)元間的連結(jié)接口,每個(gè)神經(jīng)元約有1萬(wàn)10萬(wàn)個(gè)突觸。神經(jīng)元經(jīng)過(guò)其軸突的神經(jīng)末稍,經(jīng)突觸與另一神
23、經(jīng)元的樹(shù)突聯(lián)接,實(shí)現(xiàn)信息的傳達(dá)。因?yàn)橥挥|的信息傳達(dá)特征是可變的,形成了神經(jīng)元間聯(lián)接的柔性,稱為構(gòu)造的可塑性。5)、細(xì)胞膜電位:神經(jīng)細(xì)胞在遇到電的、化學(xué)的、機(jī)械的刺激后,能產(chǎn)生喜悅,此時(shí),細(xì)胞內(nèi)外有電位差,稱膜電位。電位膜內(nèi)為正,膜外為負(fù)。生物神經(jīng)元功能:1)、喜悅與克制當(dāng)傳著迷經(jīng)元的激動(dòng),經(jīng)整合,使細(xì)胞膜電位高升,超出動(dòng)作電位的閾值時(shí),為喜悅狀態(tài),產(chǎn)生神經(jīng)激動(dòng),由軸突經(jīng)神經(jīng)末稍傳出。當(dāng)傳著迷經(jīng)元的激動(dòng),經(jīng)整合,使細(xì)胞膜電位降低,低于閾值時(shí),為克制狀態(tài),不產(chǎn)生神經(jīng)激動(dòng)。(2)、學(xué)習(xí)與忘記因?yàn)樯窠?jīng)元構(gòu)造的可塑性,突觸的傳達(dá)作用可加強(qiáng)與減弱,所以,神經(jīng)元有學(xué)習(xí)與忘記的功能。2、人工神經(jīng)元模型的特色是
24、什么?答:人工神經(jīng)元模型的特色:1)、神經(jīng)元及其聯(lián)接;(2)、神經(jīng)元間的聯(lián)接強(qiáng)度決定信號(hào)傳達(dá)的強(qiáng)弱;(3)、神經(jīng)元間的聯(lián)接強(qiáng)度是能夠隨訓(xùn)練改變的;(4)、信號(hào)是能夠起刺激作用的,也能夠起克制作用;(5)、一個(gè)神經(jīng)元接受的信號(hào)的積累成效斷定該神經(jīng)元的狀態(tài);(6)、每個(gè)神經(jīng)元能夠有一個(gè)“閾值”。3、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特色是什么?如何分類?答:人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特色:1)、非線性(2)、散布辦理(3)、學(xué)習(xí)并行和自適應(yīng)(4)、數(shù)據(jù)交融(5)、合用于多變量系統(tǒng)6)、便于硬件實(shí)現(xiàn)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分類:依據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的連結(jié)方式,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可分為三種形式:1)、前向網(wǎng)絡(luò):神經(jīng)元分層擺列,構(gòu)成輸入層、隱含層和輸出層。每一層
25、的神經(jīng)元只接受前一層神經(jīng)元的輸入。輸入模式經(jīng)過(guò)各層按序的變換后,由輸出層輸出。在各神經(jīng)元間不存在反應(yīng)。感知器和偏差反向流傳網(wǎng)絡(luò)采納前向網(wǎng)絡(luò)形式。2)、反應(yīng)網(wǎng)絡(luò):該網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造在輸出層到輸入層存在反應(yīng),即每一個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)都有可能接受來(lái)自外面的輸入和來(lái)自輸出神經(jīng)元的反應(yīng)。這種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種反應(yīng)動(dòng)力學(xué)系統(tǒng),它需要工作一段時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)固。3)、自組織網(wǎng)絡(luò):當(dāng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在接受外界輸入時(shí),網(wǎng)絡(luò)將會(huì)分紅不一樣的地區(qū),不一樣地區(qū)擁有不一樣的響應(yīng)特色,即不一樣的神經(jīng)元以最正確方式響應(yīng)不一樣性質(zhì)的信號(hào)激勵(lì),進(jìn)而形成一種拓?fù)湟饬x上的特色圖,該圖其實(shí)是一種非線性映照。這種映照是經(jīng)過(guò)無(wú)監(jiān)察的自適應(yīng)過(guò)程達(dá)成的,所以也稱為自組織
26、特色圖。4、有哪幾種常用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法?常用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法:1)、有教師學(xué)習(xí):在學(xué)習(xí)過(guò)程中,網(wǎng)絡(luò)依據(jù)實(shí)質(zhì)輸出與希望輸出的比較,進(jìn)行聯(lián)接權(quán)系的調(diào)整,將希望輸出稱導(dǎo)師信號(hào)是評(píng)論學(xué)習(xí)的標(biāo)準(zhǔn)。2)、無(wú)教師學(xué)習(xí):無(wú)導(dǎo)師信號(hào)供應(yīng)給網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)能依據(jù)其獨(dú)有的構(gòu)造和學(xué)習(xí)規(guī)則,進(jìn)行聯(lián)接權(quán)系的調(diào)整,此時(shí)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)評(píng)論的標(biāo)準(zhǔn)隱含于其內(nèi)部。3)、再勵(lì)學(xué)習(xí):把學(xué)習(xí)看為嘗試評(píng)論過(guò)程,學(xué)習(xí)及選擇一動(dòng)作作用于環(huán)境,環(huán)境的狀態(tài)改變,并產(chǎn)生再勵(lì)信號(hào)反應(yīng)至學(xué)習(xí)機(jī),學(xué)習(xí)機(jī)依照再勵(lì)信號(hào)與環(huán)境目前的狀態(tài),再選擇下一動(dòng)作作用于環(huán)境,選擇的原則是使遇到獎(jiǎng)賞的可能性增大。4)、Hebb學(xué)習(xí)規(guī)則5)、Delta學(xué)習(xí)規(guī)則第五章典型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)1、
27、BP算法的特色是什么?增大權(quán)值能否能夠使BP學(xué)習(xí)變慢?答:偏差反向流傳的BP算法簡(jiǎn)稱BP算法,是有導(dǎo)師的學(xué)習(xí),其基本思想是梯度降落法。它采納梯度搜尋技術(shù),以使網(wǎng)絡(luò)的實(shí)質(zhì)輸出值與希望輸出值的偏差均方值為最小。學(xué)習(xí)的過(guò)程由正向流傳和反向流傳構(gòu)成,在正向過(guò)程中,輸入信息由輸入層經(jīng)隱層逐層辦理,并傳向輸出層,每層神經(jīng)元的狀態(tài)只影響下一層神經(jīng)元的狀態(tài),假如在輸出層不可以得到希望的輸出,則轉(zhuǎn)至反向流傳,將偏差信號(hào)按連結(jié)通路反向計(jì)算,由梯度降落法來(lái)調(diào)整各層神經(jīng)元的權(quán)值,使偏差信號(hào)減小。主要長(zhǎng)處:(1)非線性映照能力:無(wú)需預(yù)先認(rèn)識(shí)描繪這種映照關(guān)系的數(shù)學(xué)方程,只需供應(yīng)足夠多的樣本模式對(duì)BP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行詳盡訓(xùn)練,它便
28、能達(dá)成由n維輸入空間到m輸出空間的非線性映照。(2)泛化能力:當(dāng)向網(wǎng)絡(luò)輸入訓(xùn)練時(shí)未曾見(jiàn)過(guò)的非樣本數(shù)據(jù)時(shí),網(wǎng)絡(luò)也能達(dá)成由輸入空間向輸出空間的正確映照,這種能力稱為多層前饋網(wǎng)絡(luò)的泛化能力。(3)容錯(cuò)能力:輸入樣本中帶有較大的偏差,甚至個(gè)別錯(cuò)誤對(duì)網(wǎng)絡(luò)的輸入輸出規(guī)律影響很小。標(biāo)準(zhǔn)的BP算法內(nèi)在的缺點(diǎn):(1)易形成局部極小而得不到全局最優(yōu);(2)訓(xùn)練次數(shù)多使得學(xué)習(xí)效率低,收斂速度慢;(3)隱節(jié)點(diǎn)的選用缺少理論指導(dǎo);(4)訓(xùn)練時(shí)學(xué)習(xí)新樣本有忘記舊樣本的趨向。增大權(quán)值不必定能夠使BP學(xué)習(xí)變慢,由BP權(quán)值修正的原理可知,權(quán)值調(diào)整公式可匯總以下:2、為何說(shuō)BP網(wǎng)絡(luò)是全局迫近的,而RBF網(wǎng)絡(luò)是局部迫近的?它們各有
29、突出的特色是什么?BP網(wǎng)絡(luò)的活化函數(shù)為S函數(shù),其值在輸入空間中無(wú)窮大的范圍內(nèi)為非零值,因此是全局迫近的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。其突出特色以下:1、是一種多層網(wǎng)絡(luò)化,包含輸入層、隱含層和輸出層;2、層與層之間采納全互聯(lián)方式,同一層神經(jīng)元不連結(jié);3、權(quán)值經(jīng)過(guò)delta學(xué)習(xí)算法進(jìn)行調(diào)理;4、神經(jīng)元活化(激發(fā))函數(shù)為S函數(shù);5、學(xué)習(xí)算法由正向算法和反向算法構(gòu)成;6、層與層之間的連結(jié)時(shí)單向的,信息的流傳史雙向的。RBF網(wǎng)絡(luò)的活化函數(shù)為高斯基函數(shù),其值在輸入空間中有限范圍內(nèi)為非零值,而且RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)元擁有局部迫近的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。其輸出特色以下:1、RBF徑向基函數(shù)是局部的,學(xué)習(xí)速度快;2、已證明RBF網(wǎng)絡(luò)擁有獨(dú)一最
30、正確迫近的特征,且無(wú)局部最?。?、在函數(shù)創(chuàng)立過(guò)程中能夠自動(dòng)增添隱含層的神經(jīng)元個(gè)數(shù),直到知足均方差要求為止無(wú)需獨(dú)自的代碼來(lái)訓(xùn)練函數(shù),網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)立過(guò)程就是訓(xùn)練過(guò)程。4、RBF網(wǎng)絡(luò)用于非線性系統(tǒng)辨別與控制中,雖擁有獨(dú)一最正確迫近特征,且無(wú)局部最小的長(zhǎng)處,防止去確立隱層和隱層點(diǎn)數(shù),網(wǎng)絡(luò)能夠依據(jù)詳細(xì)問(wèn)題自適應(yīng)的調(diào)整,所以適應(yīng)性更好。3、何為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的泛化能力?影響泛化能力的要素有哪些?答:泛化能力(綜合能力、歸納能力):用較少的樣本進(jìn)行訓(xùn)練,是網(wǎng)絡(luò)能在給定的地區(qū)內(nèi)達(dá)到要求的精度。所以沒(méi)有泛化能力的網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有使用價(jià)值。影響泛化能力的要素:1、樣本;2、構(gòu)造;3、初始權(quán)值4、訓(xùn)練樣本集;5、需測(cè)試集。4.已知一
31、個(gè)非線性函數(shù)y1(x12)sin(2x2),試用三層BP網(wǎng)絡(luò)迫近輸出y,畫出網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)造,寫出網(wǎng)絡(luò)各層節(jié)點(diǎn)2的表達(dá)式以及各層節(jié)點(diǎn)輸出值的范圍。解:非線性函數(shù)y1(x12)sin(2x2)畫出三層BP網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)造圖2由輸入獲取兩個(gè)隱節(jié)點(diǎn)、一個(gè)輸出層節(jié)點(diǎn)的輸出,輸入層不考慮閾值兩個(gè)隱節(jié)點(diǎn)、一個(gè)輸出層節(jié)點(diǎn)輸出為活化函數(shù)選擇1S型函數(shù)yf(xl)xl1e如教材例,取第一個(gè)輸入、輸出神經(jīng)元與各隱含神經(jīng)元的連結(jié)權(quán)均為1,第二個(gè)輸入、輸出神經(jīng)元與各隱含層單元的連接權(quán)為2.則由上式可得第六章高級(jí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)k控制器的一般形式為u(k)kpe(k)kie(j)kde(k)e(k1),也可寫成等價(jià)形式j(luò)0ku(k)k1u
32、1(k)k2u2(k)k3u3(k),此中u1(k)e(k),u2(k)e(k),j0,k1,k2,k3為PID控制器kp,ki,kd三個(gè)參數(shù)u3(k)e(k)e(k)e(k1)的線性表示。這一形式能夠當(dāng)作以u(píng)1(k),u2(k),u3(k)為輸入,k1,k2,k3為權(quán)系數(shù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造,試推導(dǎo)出自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器參數(shù)調(diào)整的學(xué)習(xí)算法。解:自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器構(gòu)造以下列圖所示:由圖可知:控制器由兩部分構(gòu)成,分別為慣例PID控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。此中,慣例PID直接對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行閉環(huán)控制,而且其控制參數(shù)kp、ki、kd為在線調(diào)整方式;神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)依據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),調(diào)理PID控制器的參數(shù),使輸
33、出層神經(jīng)元的輸出對(duì)應(yīng)于PID控制器的三個(gè)可調(diào)參數(shù)。學(xué)習(xí)算法以下:第一確立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)造,即確立輸入節(jié)點(diǎn)數(shù)和隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù),并給出各層加權(quán)系數(shù)的初值w1和w2,并選定學(xué)習(xí)速率和慣性系數(shù),令k=1;采樣獲取r(k)和y(k),計(jì)算目前時(shí)刻偏差r(k)-y(k);計(jì)算各神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入和輸出,其輸出層的輸出即為PID控制器的三個(gè)控制參數(shù)kp、ki、kd并計(jì)算PID控制器的輸出進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí),在線調(diào)整加權(quán)系數(shù),實(shí)現(xiàn)PID控制參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)整;令k=k1,進(jìn)行上述步驟。網(wǎng)絡(luò)各層輸入輸出算法:第八章專家控制1.什么叫產(chǎn)生式系統(tǒng)?它由哪些部分構(gòu)成?試舉例略加說(shuō)明。答:假如知足某個(gè)條件,那么就應(yīng)當(dāng)采納某些行動(dòng),
34、知足這種生產(chǎn)式規(guī)則的專家系統(tǒng)成為產(chǎn)生式系統(tǒng)主要由總數(shù)據(jù)庫(kù),產(chǎn)生式規(guī)則和推理機(jī)構(gòu)構(gòu)成。舉例:醫(yī)療產(chǎn)生式系統(tǒng)。產(chǎn)生式系統(tǒng)。專家系統(tǒng)有哪些部分構(gòu)成?各部分的作用如何?專家系統(tǒng)它詳細(xì)有哪些特色和長(zhǎng)處?答:知識(shí)庫(kù):知識(shí)庫(kù)是知識(shí)的儲(chǔ)存器,用于儲(chǔ)存領(lǐng)域?qū)<业慕?jīng)驗(yàn)性知識(shí)以及相關(guān)的事實(shí)、一般知識(shí)等。知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)根源于知識(shí)獲取機(jī)構(gòu),同時(shí)它又為推理供應(yīng)求解問(wèn)題所需的知識(shí)。推理機(jī):推理機(jī)時(shí)專家系統(tǒng)的思想機(jī)構(gòu),其實(shí)是求解問(wèn)題的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng),綜合推理機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)能夠有不一樣的控制策略。數(shù)據(jù)庫(kù):它是用于寄存推理的初始憑證、中間結(jié)果以及最后結(jié)果等的工作儲(chǔ)存器。解說(shuō)接口:它把用戶輸入的信息變換成系統(tǒng)內(nèi)規(guī)范化的表現(xiàn)形式,而后交給
35、相應(yīng)的模塊去辦理,把系統(tǒng)輸出的信息變換成用戶易于理解的外面形式顯示給用戶,回答提出的問(wèn)題。知識(shí)獲?。褐R(shí)獲取是指經(jīng)過(guò)人工方法或機(jī)器學(xué)習(xí)的方法,將某個(gè)領(lǐng)域內(nèi)的事實(shí)性知識(shí)和領(lǐng)域?qū)<宜?dú)有的經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)程序的過(guò)程。對(duì)知識(shí)庫(kù)的改正和擴(kuò)大也是在系統(tǒng)的調(diào)試和考證中進(jìn)行,是一件困難的工作。專家系統(tǒng)的特色:擁有專家水平的特意知識(shí),能進(jìn)行有效的推理,專家系統(tǒng)的透明性和靈巧性,擁有必定的復(fù)雜性與難度。在專家系統(tǒng)中,推理體制,控制策略和搜尋方法是如何定義的,它們之間存在什么樣的關(guān)系?答:推理體制是依據(jù)必定的原則從已有的事實(shí)推出結(jié)論的過(guò)程,這個(gè)原則就是推理的核心。專家系統(tǒng)的自動(dòng)推理是知識(shí)推理。而知識(shí)推理是在
36、計(jì)算機(jī)或許智能機(jī)器中,在知識(shí)表達(dá)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行機(jī)器思想,求解問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)知識(shí)推理的智能操作過(guò)程。在專家系統(tǒng)中,能夠依照專家所擁有的知識(shí)的特色來(lái)選擇知識(shí)表示的方法,而不過(guò)推理技術(shù)同知識(shí)方法有親密的關(guān)系。控制策略求解問(wèn)題的策略,是推理的控制策略。而控制策略包含推理方向、推理路線、矛盾消解策略等,按推理進(jìn)行的路線與方向,推理可分正向推理、反向推理、混淆推理。搜尋方法:推理機(jī)時(shí)用于對(duì)知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)進(jìn)行推理來(lái)獲取結(jié)論的思想機(jī)構(gòu)。三者關(guān)系:推理體制,控制策略(推理機(jī)構(gòu))和搜尋方法三者都屬于推理范圍,是一個(gè)整體。不過(guò)履行次序不一樣而已。設(shè)計(jì)專家控制器時(shí)應(yīng)試慮哪些特色?專家控制系統(tǒng)的一般構(gòu)造模型為何?答:設(shè)計(jì)控
37、制器的一般原則:多樣化的模型描繪,在線辦理的靈巧性,靈巧性的控制策略,決議機(jī)構(gòu)的遞階性,推理與決議的及時(shí)性。專家控制系統(tǒng)的一般構(gòu)造模型:專家控制系統(tǒng)的特色是什么?它和一般的專家系統(tǒng)同樣與差別在哪里?答:專家控制系統(tǒng)擁有全方面的專家系統(tǒng)構(gòu)造、完美的知識(shí)辦理功能和及時(shí)控制的靠譜性能。這種系統(tǒng)采納黑板等構(gòu)造,知識(shí)庫(kù)宏大,推理機(jī)復(fù)雜。它包含有知識(shí)獲取子系統(tǒng)和學(xué)習(xí)子系統(tǒng),人機(jī)接口要求較高。專家式控制器,多為工業(yè)專家控制器,是專家控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)化形式,針對(duì)詳細(xì)的控制對(duì)象或過(guò)程,側(cè)重于啟迪式控制知識(shí)的開(kāi)發(fā),擁有及時(shí)算法和邏輯功能。專家控制系統(tǒng)與一般的專家控制系統(tǒng)的差別:1)往常的專家系統(tǒng)只達(dá)成特意領(lǐng)域問(wèn)題的咨
38、詢功能,它的推理結(jié)果一般用于協(xié)助用戶的決議;而專家控制則要求能對(duì)控制動(dòng)作進(jìn)行獨(dú)立的、自動(dòng)的決議,它的功能必定要擁有連續(xù)的靠譜性和較強(qiáng)的抗擾亂性。2)往常的專家系一致般處于離線工作方式,而專家控制則要求在線地獲取動(dòng)向反應(yīng)信息,因此是一種動(dòng)向系統(tǒng),它應(yīng)擁有使用的靈巧性和及時(shí)性,即能聯(lián)機(jī)達(dá)成控制。直接專家控制系統(tǒng)和間接專家控制各有什么特色,從保證系統(tǒng)的穩(wěn)固性來(lái)看有哪一種方法更困難些?答:直接專家控制系統(tǒng)的特色:直接專家控制系統(tǒng)中,專家控制系統(tǒng)直接起控制器作用,專家控制器在控制系統(tǒng)中所處的地點(diǎn)與慣例控制器完整同樣,所不一樣的是其內(nèi)部構(gòu)成和工作原理,專家控制器采納PID慣例的控制算法,鑒于知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)
39、獲取相應(yīng)的控制輸出。間接專家控制系統(tǒng)的特色:其基本的控制作用由算法來(lái)達(dá)成,專家系統(tǒng)經(jīng)過(guò)對(duì)使用算法的調(diào)用以及對(duì)各樣算法參數(shù)的整定和修正,間接的控制作用。間接專家控制的系統(tǒng)構(gòu)造因詳細(xì)應(yīng)用的不一樣會(huì)表現(xiàn)出更大的多樣性,同時(shí)是PID參數(shù)的整定專家,這種專家控制的特色是專家系統(tǒng)間接的對(duì)控制信號(hào)起作用。直接專家控制系統(tǒng)更困難一些:依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程響應(yīng)狀況和環(huán)境條件,利用知識(shí)庫(kù)中的專家經(jīng)驗(yàn)規(guī)則,決定什么時(shí)候使用什么參數(shù)啟動(dòng)什么算法,它也能夠是一個(gè)調(diào)參專家。依據(jù)知識(shí)庫(kù)中的專家規(guī)則,調(diào)整PID參數(shù)及增益,所以從保證系統(tǒng)穩(wěn)固性來(lái)看直接專家控制器方法更困難一些。試比較專家控制系統(tǒng)和模糊控制系統(tǒng)在工作原理、推理體制、知識(shí)
40、和規(guī)則表示方法的異同。答:1.工作原理:(1)專家控制系統(tǒng):專家系統(tǒng)的工作過(guò)程是依據(jù)知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)和用戶供應(yīng)的事實(shí)推理,不停地由已知的前提推出未知的結(jié)論,并把這些未知的結(jié)論歸入工作儲(chǔ)存空間,作為已知的新事物持續(xù)推理,進(jìn)而把求解的問(wèn)題由未知狀態(tài)變換為已知狀態(tài)。(2)模糊控制系統(tǒng):模糊控制是模擬人的思想方式和人的控制經(jīng)驗(yàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種控制,把模糊會(huì)合的理論應(yīng)用于控制就能夠把人的經(jīng)驗(yàn)形式化,在控制過(guò)程中實(shí)現(xiàn)模糊推理與決議。推理體制:(1)專家控制系統(tǒng)的推理體制是用于對(duì)知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)進(jìn)行推理來(lái)獲取結(jié)論的思想機(jī)構(gòu)。專家系統(tǒng)的自動(dòng)推理是知識(shí)推理。而知識(shí)推理是在計(jì)算機(jī)或智能機(jī)器中,在知識(shí)表達(dá)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行機(jī)器思想,求解問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)知識(shí)推理的智能操作過(guò)程。2)模糊控制系統(tǒng):模糊推理作為近似推理的一個(gè)分支,是模糊控制的理論基礎(chǔ)。在實(shí)質(zhì)應(yīng)用中,它以數(shù)值計(jì)算而不是以符號(hào)推演為特色,它其實(shí)不側(cè)重如像經(jīng)典邏輯那樣的鑒
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