《基于clips的绿色建筑评价专家系统的研究.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于clips的绿色建筑评价专家系统的研究.docx（63页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、分类号 密 级 U D C 编 号1 0 4 8 6 武汉大学硕士学位论文基于CLIPS的绿色建筑评判专家系统的研究Study on Expert System of Green Building Evaluation Based on CLIPSWuHan UniversityApril,2008郑 重 声 明本人的学位论文是在导师指导下独立撰写并完成的，学位论文没有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权行为，否则,本人愿意承担由此而产生的法律责任和法律后果，特此郑重声明。 学位论文作者（签名）：2008年4月20日摘要可连续发展已成为全球追求的目标，绿色建筑思想也在建筑领域得到与来
2、越广泛的应用。如何对绿色建筑进行科学有效地评判成为人们研究的热点。专家系统的产生、发展和广泛应用给人们提供了一个研究环境问题的新工具，为解决复杂的环境问题提供了新思路。本文以绿色建筑为研究对象，分别从室内环境品质、室外物理环境质量、资源环境、环境负荷等四方面对绿色建筑性能方面作出分析和评判。本文建立了室内环境品质和室外物理环境质量的综合评判指数，为专家系统提供专业知识。本文可对绿色建筑的室内外环境质量方面进行评判，判定其是否达到绿色建筑标准，以及对其各项绿色性能进行量化，有助于认识及改进建筑性能。本文以基于规则产生式专家系统的人工智能技术为研究方法，系统地研究了绿色建筑性能的各项对应关系，初步
3、建立CLIPS及VC为开发方式的专家系统，系统主要包括数据输入模块、评判推理模块、评判结果输出模块、规则库编辑模块等。系统将数据库和事实库关联起来，用户把评判数据输入到数据库，系统一方面可以利用数据库技术对数据进行必要的处理，同时也将数据库和专家系统中的事实模板相对应，系统可以从事实、规则、激活等方面对推理的过程进行监视。规则库编辑模块可以让用户查看已存在的规则和对规则进行编辑、添加等操作，体现了系统的可扩充性。本系统采用了多种运算机技术，界面友好，操作简便，系统事实库、规则库易于修改、扩充与保护。研究表明，利用基于规则的推理技术开发绿色建筑评判专家系统，具有重要的理论意义，并可大大提高系统的
4、实用性，关键在于提供优质的专家知识。关键词：绿色建筑，专家系统，CLIPS，评判AbstractSustainable development has become a global goal, and also the thinking of green buildings has been more widely used in construction sectors. How green buildings scientifically effectively valuating becomes a hot spot. With develop of expert system， it
5、 offers people a new research tool to solve complex environment Problems. This paper with green buildings as research content, make more detailed exposition from the indoor environment quality, outdoor physical quality of the environment, resources and the burden of environment to analysis and evalu
6、ate the green buildings performance. In this paper, we formed a comprehensive evaluation index of indoor environmental quality and the quality of outdoor physical environment for the expert system to provide expertise. This paper can evaluate indoor environmental quality and the quality of outdoor p
7、hysical environment of a green building, determine whether reaching the green building standards, as well as quantify performance of green buildings, and help to understand and progress the performance of constructions.The research method of this paper is technique of the artificial intelligent tech
8、nology of producing expert system based on rule. Green buildings corresponding relation has studies systematically. Green buildings evaluation expert system has established. Expert system of development way based on the inference of CLIPS technology and VC+ database technology. System includes data
9、input modular，System Database and fact base will each other，when evaluation data to be input into database，on the one hand, system can treat with data in database，at the same time the fact also will corresponding with slot of fact list，preparing for system inference. At the same time，system can watc
10、h fact、rule、activation and other aspect for the course of inference. Rule base editor modular can let user look over rules existed in rule base and also operate rules with edit、add、delete.This expert system has adopted various computer technology，it is simple and convenient and interface is operated
11、 friendly，systematic fact base and rule base are easy to modify，expand and maintenance.Developing green buildings evaluation expert system with the inference technology based on rule has important theoretical signification，and that can raise the practicality of system greatly，offer excellent expert
12、knowledge is key.Key word: green building, expert system, CLIPS,evaluation目录摘要IABSTRACTIII目录V第一章绪论11.1问题的提出11.2国内外研究现状21.2.1绿色建筑评判体系的研究现状21.2.2专家系统的研究现状51.2.3 专家系统的应用与领域61.3本文研究的目的和内容7第二章专家系统的原理结构及CLIPS语言92.1专家系统原理及结构92.1.1专家系统原理92.1.2专家系统的结构92.2专家系统的开发过程122.3专家系统开发工具132.4 CLIPS 概述142.4.1 CLIPS 简介14
13、2.4.2 CLIPS 特点152.4.3 CLIPS 语法分析152.4.4 CLIPS 的使用与集成方法分析172.5基于产生式规则的专家系统182.5.1产生式规则的基本形式和特点182.5.2 正、反向推理192.5.3 推理树(知识树)192.5.4不确定性推理20第三章 绿色建筑评判模型的建立233.1 评判体系中的相关问题233.1.1评判等级标准的建立233.1.2评判指标的权重243.2领域模型的组成263.2.1 室内环境品质综合评定263.2.2室外物理环境质量综合评定283.2.3系统的评估推理方法293.2.4系统的局部推理形式30第四章 绿色建筑评判专家系统的建立3
14、14.1目标系统总体结构314.1.1专家系统的 CLIPS 嵌入技术324.1.2 评判数据输入模块364.1.3规则编辑显示模块364.1.4评判结果模块374.1.5系统其他模块384.2 CLIPS与数据库接口的设计384.2.1 CLIPS与高级语言的混合编程394.2.2 VC+与关系数据库的接口设计404.3知识库的设计和应用404.3.1事实库424.3.2规则库的应用444.4系统的运行过程47第五章 结论与展望49参考文献51致谢55第一章绪论1.1问题的提出绿色建又称为生态建筑或可连续建筑，是指为人们提供健康、舒服、安全的居住、工作和活动的空间，同时在建筑全生命周期物料生
15、产、建筑规划、设计、施工、运营保护及拆除、回收过程中实现高效率地利用资源能源、土地、水资源、材料，最低限度地影响环境的建筑。“绿色建筑”是上世纪年代才兴起的术语，其起源可追溯到年代，由于能源危机，建筑家们开始质疑玻璃加钢筋的建筑结构，因为这些建筑需要庞大的加热与冷却系统。英、美、日、加等国，为减缓建筑对环境所造成的能源负载与破坏，相继提出绿色建筑的环保理念。目前，经济的高速发展所带来的污染、能源匮乏等负面作用让人们越来越关注可连续发展。可连续发展是80年代提出的一个概念，后来得到国际上的广泛共识，它的主要目的包括一下三方面：1.提高我们的生活质量2.使其他人和将来的后代可以接受3.最大的环境以
16、及资源造成最小的破坏绿色建筑将建筑及其周围的环境看成一个有机的系统，在更高的层次上，实现了建筑业的可连续发。我国是一个资源短缺的国家。我们的国家是一个资源缺乏的国家。据统计在人均资源方面，我国人均矿产资源是世界平均水平的1/2，人均耕地、草地资源是世界人均水平的1/3人均水资源是1/4，人均森林资源是1/5，人均能源占有量是1/7，其中人均石油占有量是1/10。我国单位资源的产出效率大大低于国际先进水平。按现行汇率运算，我国单位资源的产出水平相当于美国的1/10、日本的1/20、德国的1/16。如何提高单位资源的效率，是一个具有长远意义的问题。建筑物在建造和运行过程需消耗大量的自然资源和能源，
17、并对环境产生不同程度的影响。建筑产品的成本的属于材料费。据1995年统计，我国建筑业消耗的物资占全国物资消耗总量的15。我国仅建材生产和建筑能耗大约为全国能耗总量的。建筑占据土地资源和自然空间，影响自然水文状态、空气质量，并产生大量的废弃物，对环境产生重大的负面影。因此，对我国现有建筑及设计进行节能评估，将人工智能领域的专家系统理论以及绿色建筑评判理论应用到建筑设计领域与施工过程；如何将专家的体会知识、规范条文、实验数据和运算机技术有机地结合起来，从系统的全过程来进行分析设计，并提出可行性改进方案，使之更加符合建筑工程实际情形等等，这些都是目前值得深入研究的问题。1.2国内外研究现状1.2.1
18、绿色建筑评判体系的研究现状1.2.1.1国外绿色建筑评判体系的发展随着绿色生态建筑设计方式的不断进步，以及绿色生态建筑实例的不断涌现，国际上对于绿色生态建筑的评判大致经历了以下三个不同的阶段和层次。第一阶段主要是进行相关产品及技术的一样评判、介绍与展现。第二阶段主要是对与环境生态概念相关的建筑热、声、光等物理性能进行方案设计阶段的软件模拟与评判。第三阶段这个阶段则以“可连续发展”为主要目标尺度，对建筑整体的环境表现进行综合审定与评判。这一阶段在各个国家相继显现了一批作用相似的评判工具，比如英国的BREEA、美国的LEE、加拿大的GBTool、法国的ESCALE、挪威EcoProfile的澳大利
19、亚的NABER。英国BREEAM是公认的最早和市场化最成功的评估系统，评估架构相比较其他体系而言结构层次划分适中，标准条目数量也比较合适，可操作性和科学性都能得到一定的保证评估报告以评估书的方式，提出对于所评建筑在建筑环保性能上的建议，另外，体系的制定机构还为建筑师和开发商提供相关的技术咨询，这些都能更好的发挥评估对设计的指导作用，是值得我们学习借鉴的地方。LEED系统结构简单，操作容易，我国目前己有的类似评估体系主要便是参考的它，但是从专业的角度看其评判体系条目结构有些简单，不够全面。LEED和BREEAM分析工具是适合发达国家的，因此缺少必要的适应性去适应其他国家。它们是为了自己国家的建筑
20、和环境的需要而设计的。它们对发展中国家(例如和建筑环境有关的其他方面的影响的说明是不够的)。因此，需要重新设计这些工具的评判体系才能适应中国的情形。GBTool是一个研究性很强的系统，它提出的是基本的评判内容和统一的评判框架，与LEED和BREEAM相比，GBTool肯定是在所有评判工具中对生态环境描述的最详尽和动态的。GBTool描述了建筑物的所有区域和建筑物生命周期过程中的所有阶段。更多的是，它应用的系统的途径根据自己的情形来衡量建筑系统的输入和输出。因此，GBTool更容易的适应不同的建设环境。具体的评判项目、评判基准和权重是由各个国家的专家根据本国的实际情形增减确定，因而各国都可以通过
21、改编而拥有自己的GBTool版本。由于基本评判框架的一致性和具体内容的地区特点，使不同版本的GBTool同时具备了地区实用性和国际可比性，也就形成了它不同于其他评估方法的最大特点。定制不同的基准和衡量系统使有机会能和中国的情形相适应。此外，软件应用后方便了数据处理，而且答应改。表1.1环境评判工具的比较分析参数BREEAMLEEDGBTool广泛性中意好好有效性中意好中意适应性差差好灵活性好差好成本和实践中意中意差亲和性中意差好一体化中意好好一致性好好好1.2.1.2国内绿色建筑评判体系的介绍国外对绿色建筑的概念引入较早，而且现在很多发达国家已经很重视建造绿色建筑。他们在设计方案前期就引入了采
22、暖、通风、采光、照明、材料、声学等多个技术工种的参与，因为很多的方案在后期是无法补偿的。绿色建筑应该是一项系统工程，它贯穿于立项、规划、设计、施工以及后期使用的全过程。很多发达国家正是这样做的，他们的设计单位负责项目设计及施工配合过程中的总和谐，建筑师不但要设计出符合绿色建筑概念的图纸，还要在施工过程中辅助施工单位的具体施工。在我国，设计单位通常与施工单位相对独立，各司其职，交流不多，不少设计，特别是装饰装修工程的设计往往到了施工阶段才能确定下来施工所带来的负面环境影响更明显，容易为人们注意。要真正将绿色建筑落到实处，就应该将设计覆盖到整个建筑过程。我国绿色建筑还处于开始阶段，虽然很多房地产商
23、鼓吹自己的建筑已是绿色建筑，但就目前状况来看，多半是华而不实、只是为实现自己利益而做的宣传。一方面国内的建筑设计公司真正将绿色理念融入设计过程的还算少数，有待国家政策注重建筑节能，将绿色理念普及下去；另一方面，我国现在生产节能型建筑材料的厂家还很少，某些产品价格又偏贵，建筑公司在短期内无法与客户达成一致，使得建筑公司不愿意多此一举。不过，随着我国经济文化的迅速发展，人民生活水平及思想意识的提高，绿色建筑的理念已慢慢发展，相信以后会深入人心，这也是可连续发展的趋势。可以看到，我国的绿色建筑行业有一个庞大的市场。如：1.节能建材的研发、生产和销售，比如保温材料，低辐射中中空玻璃，遮阳设施等节能构件
24、。2.对新建筑的节能设计咨询，对改造建筑的节能总包，合同能源治理等。这里强调系统化、全寿命周期的服务。3.建筑的系统调试。这样一的独立于设计院、施工监理和甲方的第三方咨询机构的服务，将在很大程度上保证绿色建筑功能的实现。4.建筑能耗评估，建筑模拟咨询服务。特别对于一些改建项目，这样的评估对于确定能耗节省量、投入规模、回收周期、成本效益等具有十分重要的参考意义。5.绿色建筑评估咨询。以营利为目的的商业咨询机构来推动绿色建筑标准的实施，使建筑的整个过程对人民更易懂得、更透。1.2.2专家系统的研究现状1965年第一个专家系DENDRAL在美国的斯坦福大学问世，它成功地解决了有机化合物分子结构的确定
25、问题，系统达到了与化学家同等的研究水平。专家系统一直存在不同的定义，韦斯（Weiss）和库利柯夫斯基(Kulikowski)认为，专家系统使用人类专家推理的运算机模型来处理现实世界中需要专家做出说明的复杂问题，并得出与专家相同的结论。专家系统实际是一个运算机程序系统，作为人工智能最重要也是最广泛的一个应用领域，它能以人类专家的水平完成特别困难的某一专业领域任务。它与机器人、并行运算并列为当代的三大科学前沿，正日益应用于国民经济的众多领。表1.2 专家系统历史上发展的重要事年份事件1965自动定理证明的归结方法开始建立DENDRAL(第一个专家系统)1968语义网，联想记忆模型(Quillian
26、 )1970PROLOG推理语言产生(Colmerauer， Roussell等)1973MYCIN医疗诊断专家系统(Shirtlife等)及由此产生的GUIDO(智能家教)，FEIRESIAS，概念说明机EMYCIN，第一个专家系统外壳(Van Mele)HEARSAY11。多协作专家系统的黑板模型。1975框架知识表示1976不确定性推理的Dempster Shafe证据理论1979快速模式匹配的Rete算法，人工智能开始商业化1980Symbolics和LMI推出Lisp机1982SNIP数学专家系统:Hopfield神经网络；第五代语言项目1983KEE专家系统工具(Intellico
27、pe)1985CLIPS专家系统工具(NASA)作为人工智能领域较为成熟的分支，专家系统已被研究了很多年。现在应用最有价值的领域是诊断领域。在土木结构研究领域业有较大发展，如抗震评估、震害诊断型专家系统。在建筑领域发展不是很如人意，因为建筑方面涉及很多复杂的变量，综合了诸多专业因素，以及人类生活常识的规则判定，这正是人工智能薄弱的环节。所以我们现在定位建筑方面的专家系统，不需要很完备，但却能在某一方面提供咨询，解决实际问题。专家系统作为一门前沿和交叉学科，在过去几十年中已取得飞速进展。从应用领域来看，在诸如农业咨询、工业控制、地质勘探、天气预报、医疗诊断、故障诊断、工程设计、企业治理、军事指挥
28、等领域都可使用专家系统。原则上讲，凡是存在或需要专家的地方都可以建立和使用专家系统。我国从80年代以来，在开发专家系统方面也有了一些成功的例子，浙江大学、复旦大学、南京大学等近年来都开发成功了一、两个专家系统应用项目，有疾病诊断专家系统、地质专家系统、汽车故障诊断专家系统、高炉提料专家系统等。专家系统目前仍是一个通用理论很少、并具有高度实践性的技术，因此每一类新的专家系统的开发不但是一项很复杂的工作，而且要结合本领域的特点进行一定的开拓和创造。1.2.3 专家系统的应用与领域专家系统已被应用到几乎每一个知识领域，其中有些被设计为研究工具，有些则履行着重要的商业和工业功能。专家系统应用于商业的一
29、个例子是DEC 的 XCON系。 XCON系统（最初称为R1）是与卡内基梅隆大学的 John McDermott 合作开发的，它是为 DEC 服务的一个运算机配置专家系统（ McDermott 84）。大量的专家系统已创建并且已在运算机期刊、书籍和会议上报道，在已公布的系统基础上，我们可以看出专家系统应用的某些广义的分类，如表 1.3 所示。在开始建造专家系统之前，决定这是不是一个适当的挑选是很必要的。例如：要考虑是否要用专家系统而不是用传统的程序设计。一个专家系统的适用领域取决于很多因素：传统的程序设计能有效地解决此问题吗？如果答案是肯定的，那么专家系统就不是最好的挑选。例如，考虑一个诊断某
30、种设备的问题。如果能预先知道所有功能失灵的全部症状，那么一个简单的图表或错误判定树就足够了。专家系统最适合于那些没有高效算法解决的情形，这些情形被称为非结构化问题，且推理可能会是好的解决方法的唯独期望。在本文中，对绿色建筑性能的评判本身就分为硬指标和软指标。其中硬指标是指能用具有量化的标准来对衡量，进行等级评定的指标。而软指标是人的主观表1.3 专家系统的广义应用分种类通用领域配置诊断教学说明监测规划猜测补救以正确的方法配置系统组成基于已观察到的迹象推断潜在的问题智能教学使得学生可以问为什么、怎么样和如果会怎样之类的问题，如同人在教学一样 说明观察到的数据比较观察数据和猜测数据以判定性能规划行
31、为以产生预期结果猜测给定情形的结果对问题给定补救措施 感觉，不能用量化标准来解决，只能用文字进行描述，因此可以用专家系统原理来解决这一问题。1.3本文研究的目的和内容本文从专家系统的基本概念和原理和出发，结合绿色建筑评判的具体特点和内容，说明如何在绿色建筑评判领域内应用专家系统。提出了在绿色建筑评判中应用专家系统的方式、范畴、原则、实施专家系统整体结构、知识库的建立以及建造的方法和工具。重点运用专家系统的基本理论建立了绿色建筑评判专家系统，详细说明了绿色建筑评判专家系统的基本功能、结构、知识库和推理机构，特别是对知识库和推理机构作了详尽的阐述。通过绿色建筑评判专家系统的建立说明在建筑设计及后期
32、评判领域内建造专家系统的方法、步骤以及所使用的工具。本文研究的目的及为将专家系统与绿色建筑评判相结合，开发出有利于设计人员及普通人可以使用的建筑节能方面的评估系统，给出专家建议和意见，有利于绿色建筑标准的规范实施。第二章专家系统的原理结构及CLIPS语言2.1专家系统原理及结构2.1.1专家系统原理专家系统是一个智能运算机程序系统，其内部具有大量专家水平的某个领域的知识和体会，能够充分利用人类专家的知识和解决问题的方法来解决该领域问题。专家系统的基本设计思想，就是将知识和控制推理策略分开，建立一个专门的基础选型知识库，在推理控制策略的引导下，利用储备起来的知识，通过系统推理机的推理来分析和处理
33、问题(系统的控制推理知识也通常表达成某种推理规则)。这样，用户通过给系统提供一些己知数据，就可以从系统那里获得定性的推理结果以及全过程的说明。由于它是针对专门领域问题的，所需的知识为某一专业领域的知识，所以，专家系统的水平主要是由它所拥有知识的数量和质量决定的。2.1.2专家系统的结构专家系统的结构是指专家系统各组成部分的构造方法和组织形式。典型的基于规则的专家系统组成结构如图2.1示。在基于规则的系统中，工作内存包括规则所使用的事实的全局数据库；知识库包括以规则形式编码解决问题的领域知识；推理机通过决定哪些规则满足事实和目标，并授予规则优先级，然后执行最高优先级规则进行推理。专家系统由下列几
34、部分组成： 用户界面（ User interface ) 用户和专家系统之间的通信机制。 说明机（ Explanation facility ) 说明系统的推理给用户。数据库及治理系统 被规则所使用的事实的全局数据（Gfobal database ）。推理机（ Inference engine ) 通过决定哪些规则满足事实或目标，并授予规则优先级，然后执行最高优先级规则来进行推理。推理机=搜索+匹配（假言推理）。知识库及治理系统： 知识的表示，产生式规则（IF THEN），谓词逻辑、框架、语义网络、过程性知识、剧本等。 知识的精度，精确知识（原理性）、不精确知识（体会性）。 知识获取机（ Kn
35、owledge acquisition facility ) 为用户建立的一个知识自动输入方法，以代替知识工程师去编码知识。知识库包括知识库及其治理系统。知识库是专家系统的核心，知识的良好组织是系统能够灵活应用的必要条件。知识库负责储备和治理专家系统中以一定形式表示的知识，包括相关领域中的常识、领域专家的体会知识和策略性或控制性知识，以备系统推理判定之用。它具有知识储备、检索、编排、增删、修改和扩充等功能。知识库的知识来源于知识获取机构，同时它又为推理机提供求解问题所需的知识，与两者都有着密切的联系。推理机包括推理机及其控制系统。推理机的任务是模拟领域专家的思维过程，控制并执行对问题的求解。它
36、能根据当前已知的事实，利用知识库的知识，按一定的推理方法和搜索策略进行推理，求得问题的答案或证明某个结论的正确性。综合数据库。综合数据库存放推理的初始数据、中间结果以及最终结果等。它的内容是不断变化的。在求解问题的初始时，它存放的是用户提供的初始证据在推理过程中，它存放每一步推理所得到的结果。推理机根据综合数据库的内容从知识库中挑选合适的知识进行推理，然后又把推理的结果存入综合数据库中。综合数据库中数据的表示和组织，应与知识库中知识的表示和组织具有相容性，以使推理机能方便地使用知识库中的知识和综合数据库中的事实对问题求解。人机界面。人机界面是人机交互程序，一样包括输入和输出两大部分，负责对用户
37、提出的问题进行懂得，把用户输入的问题及有关事实、数据和条件等信息转化为推理书可接受的系统内规范化的表示形式，并把这些内部表示交给相应的模块去处理。然后将系统的输出信息转换成用户易于懂得的外部表示形式，向用户输出推理的结论或答案。领域专家或知识工程师通过它输入知识，更新、完善知识库用户通过它输入初始数据以及向系统提出问题系统用它输出运行结果等。随着运算机技术的发展，目前广泛采用图形用户界面与菜单操作的形式。知识获取机。知识获取是专家系统开发过程中最为重要的阶段。该模块负责将知识转化为运算机可利用的形式送入知识库，使专家或用户可以修改知识库而不必了解知识库的组织结构、知识的具体表示方法等实现上的细
38、节问题，提高了系统的可扩充性和灵活性。说明机。由一组程序组成，它能跟踪并记录推理过程，当用户提出询问需要给出说明时，它将根据问题的要求分别做出相应的处理，最后把解答用约定的形式通过人机界面输出给用户。用户界面知识库及其治理系统数据库及治理系统知识获取机推理机说明机用户专家、知识工程师“Why”、“How”的信息专业知识机器能懂得的表达形式图2.1 专家系统的一样结构其中，知识库是专家系统的核心，它由事实性和启示性的知识构成，专家系统的知识库是关于一个领域或特定问题的若干专家知识的集合体。综合数据库用于储备有关领域问题的事实、数据、初始状态和推理过程的各种中间状态及目标等。推理机是一组用来控制和
39、和谐整个专家系统的方法与策略的程序。说明机主要作用是说明专家系统是如何推断结论，回答用户提问的，并使用户了解推理过程及推理过程运用的知识和数据。知识获取是专家系统学习功能，它修改知识库中原有的知识，增加新的知识。人机交互界面实现系统与用户的信息交换，为用户使用专家系统提供一个界面良好的交互环。 2.2专家系统的开发过程按一样软件开发的生命周期法，一个实用的专家系统的开发过程通常也分为认识、概念化、形式化、实现和测试五个阶段，如图所示： 再改进实现阶段认识问题特 征检测知识及系统功能设计知识组织结 构建立知识库及推理机 制找出概念建立关 系概念化阶段 形式化阶段测试阶段认识阶段再设计再分析再认识
40、图2.2 专家系统的开发过程认识阶段。知识工程师通过与领域专家的合作，对领域问题进行需求分析。包括认识系统需要处理的问题范畴、类型和各种重要特点、预期的效益等，并确定领域专家的知识类型结构，以及系统开发所需的各种资源，如软、硬件等。概念化阶段。把问题求解所需要的专门知识概念化，确定概念之间的关系，并对问题进行划分，确定求解问题的控制流程和约束条件。形式化阶段。把已经整理出来的概念、概念间的关系以及领域专门知识用适合于运算机表示和处理的形式化方法描述出来，并挑选合适的系统构造技术，确定数据结构、推理规则以及控制策略，建立问题求解模型。实现阶段。把建立的形式模型映射到具体的运算机软、硬件环境中，选
41、取适用的语言或工具建立可执行的原型系统。测试阶段。通过运行大量的实例，检测原型系统的正确性以及性能等各种系统目标是否达到。通过原型系统的测试，对反馈信息进行分析，继而进行必要的修改，包括重新认识问题特点，建立新的概念或修改概念之间的联系，完善知识的表示与组织形式，丰富知识库的内容，改进推理方法等。2.3专家系统开发工具为建造专家系统，采用合适的开发工具可以极大的简化开发难度，提高建造速度，并且可以保证专家系统的推理性能。目前，大多数专家系统都是使用开发工具来建造。按照专家系统开发工具的功能来讲，主要分为两类：一类用于建造专家系统，称为建造工具，或者专家系统生成工具；另外一类称为辅助工具，用来改
42、善专家系统的性能。对于前者还可以细分为四类：程序设计语言、骨架系统、知识工程语言和专家系统开发环。(1). 程序设计语言是开发专家系统的最基本工具，典型的有符号处理语言LISP，逻辑语言 PROLOG，这两种语言都是专门为人工智能设计的。(2). 骨架系统，也称为外壳（shell），是一个成功的专家系统删除知识库中特定领域的知识留下来的框架系统。利用原有专家系统成功的知识表达方式，推理机制，知识库结构以及说明机构等，只要有类似的需要解决的问题，只要把问题的特定知识填入知识库，就可以建造另外一个专家系统。如 EMYCIN，就是非常成功的例子，它就是 MYCIN 医疗诊断专家系统去除医疗诊断知识而
43、得到的骨架系统。(3). 知识工程语言是专门用于构造和调试专家系统的通用程序设计语言，能够处理不同的问题领域和类型，比基本人工智能语言如 LIPS、PROLOG 方便，比骨架系统灵活。常见的有 ART，CLIPS 等。(4). 专家系统开发环境是对某些开发工具的改善，使之更易于编程，更灵活的为专家系统开发服务，一样为商业公司开发，例如集成 CLIPS 的 RULES 系统。CLIPS 的宿主语言是 C 语言，NASA 中有专人保护 CLIPS 的保护和后续开发。相对于其他人工智能语言如 LISP、PROLOG 等其最大的优势是兼容性，与主流软硬件的兼容性和可移植性。NASA 曾经开发出很多经典
44、的专家系统的软硬件系统，之所以没有推广应用就在于其与其他系统的兼容性。这使得 NASA 下决心开发一个兼容性强的专家系统语言。使用 CLIPS 编制的专家系统很容易的移植到其他系统，考虑到兼容和移植特性，使得 CLIPS 成为编写专家系统的首选开发工。2.4 CLIPS 概述2.4.1 CLIPS 简介CLIPS 是“C 语言集成产生式系统（C Language Integrated Production System）”的首字母缩略词，是 20 世纪 80 年代中期由美国航空航天治理局（NASA）开发的基于规则的通用专家系统开发工具。CLIPS 是一个典型的政府与私人机构之间技术转移的例子。
45、从句法分析，CLIPS可以追溯到最初的 Inference 公司的 ART，而 ART 的基于规则的技术又可追溯到OPS5，后来，CLIPS 被 Inference 公司使用开发了 ART-TM，被 Haley 企业使用开发了 Eclips。CLIPS 的原型在 1985 年开发出来，由于需要和当时的专家系统环境适应，CLIPS 的语法与推理公司开发的 ART 的一个子集非常接近。虽然开始仿照 ART，但是 CLIPS 的开发却没有得到 ART开发公司的帮助，以及参考任何 ART 源代码。CLIPS是一种知识工程语言，最初是一种产生式语言，具有产生式系统的基本特点，随着NASA 的不断开发 CLIPS(最新版本 CLIPS 6.20)已经具有产生式系统（基于规则）、框架结构、面向对象和过程式编程多种知识表达方式，功能强大。基于规则的 CLIPS 编程语言的推理和表示能力与 OPS5 相似，但是功能更强。CLIPS 的规则与 ART、Eclipse 语言的规则类似。CLIPS4.2 仅仅支持正向链推理，不支持反向链规则，但在以后版本中增加了支持反向链推理的功能。CLIPS 具有面向对象的编程能力，也就是 CLIPS 的面向对象语言部分（COOL）。面向过程的编程类似于 C 语言、Ada 和 Pascal 语言。作为