基于產(chǎn)生式與框架的造林推理方法研究

1造林樹種的選擇,讓用戶體驗造林地的設計專業(yè)造林系統(tǒng)模仿造林專家對用戶提供的造林場地條件的推理分析，選擇合適的造林樹種，并將設計的造林模式傳遞給用戶。系統(tǒng)亦可由用戶根據(jù)實際情況先選擇造林樹種,由系統(tǒng)選定符合對應樹種生物及栽培特性的立地條件的造林地地塊,并對造林方案進行詳細設計,反饋給用戶實施。造林專家系統(tǒng)經(jīng)常采用的知識表示方法,如胡波本文在深入研究造林知識的基礎上,將規(guī)則(產(chǎn)生式)表示法與框架表示法相結合來對造林知識進行表示,并在此基礎上建立造林專家系統(tǒng)。2知識表達2.1政策運用的模式公線產(chǎn)生式表示方法采用“IFPTHENQ”結構來表示各種事物和知識之間的因果關系。一般形式為:P→Q,含義為“如果前提P滿足,則可推出Q(或應該執(zhí)行動作Q)”,利用事實和規(guī)則的模式匹配來推出結論If低山(地貌)and緩坡(坡度)and上部(坡位)and陽坡(坡向)and中層土(土壤厚度)and中性土(土壤酸堿度)and壤土(土壤質(zhì)地)and潮濕(土壤水分)then(油松or楓楊)2.2表達法框架表示法的基本思想是采用層次化和模塊化的表示方法實現(xiàn)對客觀事物和客觀規(guī)律的描述。一組框架可看成由一些結點和關系聯(lián)結而成的網(wǎng)狀結構3庫函數(shù)設計和論證算法3.1立地因子表的生成通過對造林知識進行研究造林專家通常是通過對造林地的立地條件的判斷而確定采用的造林模式。立地條件與樹種之間的關系知識就屬于規(guī)則性知識,具有明確的因果關系,因此采用產(chǎn)生式表示法表示比較合適。根據(jù)適地適樹原則,按照決策樹的規(guī)則性知識的表示方式,假設一種立地類型包括的地貌條件m個,坡度條件n個,坡位條件p個,……,那么描述該立地類型的規(guī)則數(shù)是……條,考慮到專家確定立地條件的因子都是多個值構成,為了減少規(guī)則條數(shù),方便對知識維護,將每個立地條件因子中的多個值用“*”號分開,那么,確定每一種立地類型的造林規(guī)則數(shù)只有1條就足夠了,這種存儲方式大大減少了規(guī)則的條數(shù)。按照此種思想設計的造林規(guī)則表實例如表2所示。在造林知識庫中,對于立地條件信息以及樹種信息等事實性知識屬于客觀事實性知識,知識結構具有結構性和層次性,清晰明確,因而采用框架表示法進行表示較合適。設計的立地因子表的實例如表3和表4所示。立地因子表與立地因子分類表中字段“立地因子編號”相連接,其中的“控制字段”的作用是控制相應的立地條件是否在專家系統(tǒng)推理過程中顯示,在一定程度上解決了在不同地區(qū)應用專家系統(tǒng)的問題。3.2由信息轉換產(chǎn)生的染料循環(huán)根據(jù)造林知識庫中推理規(guī)則的存儲結構,推理機具體實現(xiàn)的推理算法如下:Step1.初始化知識庫,初始化事實庫立地因子表中control字段為“1”的立地因子,以及立地因子具體分類表中control字段為“1”的立地因子分類;設n為初始化立地因子的數(shù)目,即專家咨詢推理過程中循環(huán)的數(shù)目;設i記錄循環(huán)次數(shù),i的初始值為0;Step2.用戶根據(jù)提示選擇條件,進入循環(huán);Step3.拆分規(guī)則表中以“*”號分開的字段,匹配用戶輸入相應的值,如匹配成功,取出規(guī)則表中相應的知識集,如知識集有記錄,則i=i+1,知識集為空或者匹配不成功i不變;Step4.判斷是否I>n,如為真,則退出循環(huán);Step5.得到返回值列表,即規(guī)則表中的result_id字段數(shù)組;Step6.以”*”號拆分返回值列表,得到數(shù)值重復造林模式編號數(shù)組;Step7.對造林模式編號數(shù)組進行沖突消解,去掉重復值;Step8.最后取出數(shù)值唯一的造林模式編號。由推理過程的敘述可知,通過用戶選擇相應的條件,得出的結論會有一部分重復值,本文的沖突消解策略是通過三個步驟進行消解:拆分——>組合——>唯一化,保證了推理的順序執(zhí)行。4系統(tǒng)的設計和應用示例4.1專家系統(tǒng)的業(yè)務邏輯層功能。根據(jù)對于第通網(wǎng)的業(yè)務邏輯層,建議分為兩造林培育專家系統(tǒng)采用B/S體系結構,如圖1所示。此種結構方便用戶在任意的地點和時間通過網(wǎng)絡使用系統(tǒng),同時方便專家對知識庫進行維護。其中業(yè)務邏輯層是專家系統(tǒng)功能的核心,它的作用是在接收用戶層的請求后,對用戶提交的數(shù)據(jù)進行分析整理,并負責將分析整理后的用戶數(shù)據(jù)與知識庫進行匹配,完成推理后把結果傳回用戶層;數(shù)據(jù)層主要指造林知識庫,為業(yè)務邏輯層提供服務。造林專家系統(tǒng)的功能模塊圖如圖2所示。4.2造林地立地條件以北京地區(qū)的生態(tài)林造林咨詢?yōu)槔?。用戶進入系統(tǒng)后,系統(tǒng)首先提示:“請選擇造林地區(qū)”,用戶回答:“北京”;系統(tǒng)提示:“請選擇造林地地貌條件”,用戶回答:“低山”;系統(tǒng)提示:“請選擇造林地坡度條件”,用戶回答:“緩坡”;系統(tǒng)提示:“請選擇造林地坡位條件”,用戶回答:“中部”;系統(tǒng)提示:“請選擇造林地坡向條件”,用戶回答:“陽坡”;系統(tǒng)提示:“請選擇造林地土壤厚度條件”,用戶回答:“中層土”;系統(tǒng)提示:“請選擇造林地土壤疏松度條件”,用戶回答:“堅實”;系統(tǒng)提示:“請選擇造林地土壤酸堿度條件”,用戶回答:“中性”;系統(tǒng)提示:“請選擇造林地土壤種類條件”,用戶回答:“褐土”;系統(tǒng)結論:該造林地條件下適宜種植“刺槐+黃櫨”,“仁用杏”,“側柏+沙棘”,“側柏+紫穗槐”四種造林模式,用戶從適宜樹種中選擇一種,系統(tǒng)接著給出有關該造林模式的具體方案。5系統(tǒng)的主要功能本文提出了將基于規(guī)則(產(chǎn)生式)與基于框架表示法相結合對造林知識進行表示的方法,給出了知識庫設計實例,并設計了相應推理算法,實現(xiàn)了一個基于Web的造林專家系統(tǒng)。系統(tǒng)實際運行結果證明,基于該知識表示方法的造林專家系統(tǒng)符合造林專家根據(jù)立地條件確定造林模式的思維模式。此外,