人工智能技术基础实验报告 指导老师：朱力 任课教师：张勇
实验三小型专家系统设计与实现 一、实验目的 （1）增加学生对人工智能课程的兴趣； （2）使学生进一步理解并掌握人工智能prolog语言； （3）使学生加强对专家系统课程内容的理解和掌握，并培养学生综合运用所学知识开发智能系统的初步能力。 二、实验要求 （1）用产生式规则作为知识表示，用产生系统实现该专家系统。 （2）可使用本实验指导书中给出的示例程序，此时只需理解该程序，并增加自己感兴趣的修改即可；也可以参考该程序，然后用PROLOG语言或其他语言另行编写。 （3）程序运行时，应能在屏幕上显示程序运行结果。 三、实验环境 在Turbo PROLOG或Visual Prolog集成环境下调试运行简单的PROLOG程序。 四、实验内容 建造一个小型专家系统（如分类、诊断、预测等类型），具体应用领域由学生自选，具体系统名称由学生自定。 五、实验步骤 1、专家系统： 1.1建造一个完整的专家系统设计需完成的内容： 1．用户界面：可采用菜单方式或问答方式。
2．知识库（规则库）：存放产生式规则，库中的规则可以增删。 3．数据库：用来存放用户回答的问题、已知事实、推理得到的中 间事实。 4．推理机：如何运用知识库中的规则进行问题的推理控制，建议 用正向推理。 5．知识库中的规则可以随意增减。 1.2推理策略 推理策略包括：正向（数据驱动），反向（目标驱动），双向 2、动物分类实验规则集 （1）若某动物有奶，则它是哺乳动物。 （2）若某动物有毛发，则它是哺乳动物。 （3）若某动物有羽毛，则它是鸟。 （4）若某动物会飞且生蛋，则它是鸟。 （5）若某动物是哺乳动物且有爪且有犬齿且目盯前方，则它是食肉动物。（6）若某动物是哺乳动物且吃肉，则它是食肉动物。 （7）若某动物是哺乳动物且有蹄，则它是有蹄动物。 （8）若某动物是有蹄动物且反刍食物，则它是偶蹄动物。 （9）若某动物是食肉动物且黄褐色且有黑色条纹，则它是老虎。 （10）若某动物是食肉动物且黄褐色且有黑色斑点，则它是猎豹。 （11）若某动物是有蹄动物且长腿且长脖子且黄褐色且有暗斑点，则它是长颈鹿。 （12）若某动物是有蹄动物且白色且有黑色条纹，则它是斑马。 （13）若某动物是鸟且不会飞且长腿且长脖子且黑白色，则它是驼鸟。
小型动物分类专家系统的设计与实现 一、实验目的 通过本实验可使学生能够综合利用C语言(或C++)、面向对象程序设计、数据结构、数据库原理、人工智能、软件工程等课程的相关知识，设计并实现小型动物分类专家系统，培养学生综合运用所学计算机软件知识解决实际问题的能力，为今后从事计算机软件开发及应用打下基础。 二、实验内容 运用下列规则，设计并实现一个小型动物分类专家系统。 规则1： 如果：动物有毛发 则：该动物是哺乳动物 规则2： 如果：动物有奶 则：该单位是哺乳动物 规则3: 如果：该动物有羽毛 则：该动物是鸟 规则4： 如果：动物会飞，且会下蛋 则：该动物是鸟 规则5： 如果：动物吃肉 则：该动物是肉食动物 规则6： 如果：动物有犬齿，且有爪，且眼盯前方 则：该动物是食肉动物 规则7： 如果：动物是哺乳动物，且有蹄 则：该动物是有蹄动物 规则8： 如果：动物是哺乳动物，且是反刍动物 则：该动物是有蹄动物 规则9： 如果：动物是哺乳动物，且是食肉动物，且是黄褐色的，且有暗斑点 则：该动物是豹 规则10： 如果：如果：动物是黄褐色的，且是哺乳动物，且是食肉，且有黑条纹 则：该动物是虎
规则11： 如果：动物有暗斑点，且有长腿，且有长脖子，且是有蹄类 则：该动物是长颈鹿 规则12： 如果：动物有黑条纹，且是有蹄类动物 则：该动物是斑马 规则13： 如果：动物有长腿，且有长脖子，且是黑色的，且是鸟，且不会飞 则：该动物是鸵鸟 规则14： 如果：动物是鸟，且不会飞，且会游泳，且是黑色的 则：该动物是企鹅 规则15： 如果：动物是鸟，且善飞 则：该动物是信天翁 动物分类专家系统由15条规则组成，可以识别七种动物，在15条规则中，共出现 30个概念（也称作事实），共30个事实，每个事实给一个编号，从编号从1到30，在规则对象中我们不存储事实概念，只有该事实的编号，同样规则的结论也是事实概念的编号，事实与规则的数据以常量表示，其结构如下：Char *str{}={"chew_cud","hooves","mammal","forward_eyes","claws", "pointed_teeth","eat_meat","lay_eggs","fly","feathers","ungulate", "carnivore","bird","give_milk","has_hair","fly_well", "black&white_color","can_swim","long_legs","long_neck", "black_stripes","dark_spots","tawny_color","albatross", "penguin","ostrich","zebra","giraffe","tiger","cheetah","\0"} 程序有编号序列的方式表达了产生式规则，如资料中规则15，如果动物是鸟，且善飞，则该动物是信天翁。相应的规则数组第七条是{16，13，0，0，0，0}，第十三个是“bird”（鸟），如果事实成立，询问使用者下一个事实，第十六个“fly_well”（善飞），如果也成立，则查找结论断言编号数组{30,29,28, 27,26,25,24,3,3,13,12,12,11,11,0}中第七个“24”，这里24对应事实数组中的“albatross”（信天翁）。 上述就是程序的推理过程，也是程序中的重点，该部分是由规则类（类rul e）中的Query方法实现。 三、实验原理 一个基于规则专家系统的完整结构示于图1。其中，知识库、推理机和工作存储器是构成专家系统的核心。系统的主要部分是知识库和推理引擎。知识库由谓词演算事实和有关讨论主题的规则构成。推理引擎由所有操纵知识库来演绎用户要求的信息的过程构成－如消解、前向链或反向链。用户接口可能包括某种自然语言处理系统，它允许用户用一个有限的自然语言形式与系统交互；也可能用带有菜单的图形接口界面。解释子系统分析被系统执行的推理结构，并把它解释给用户。
人工智能与专家系统复习尹朝庆，尹皓中国水利水电出版社 第一章 【P1】1.1何谓人工智能？人类智能主要包括哪些能力？ 答：人工智能是研究、设计和应用智能机器或智能系统，来模拟人类智能活动的能力、以延伸人类智能的科学。 四种能力： 认识和理解外界环境的能力； 进行演绎和归纳推理、作出决策的能力； 学习的能力； 自适应的能力。 【P6-8】1.4人工智能有哪几个主要学派？各学派的基本理论框架和研究方法有何不同？答：（1）符号主义学派的框架： 知识是智能的基础，人工智能的核心问题是知识表示和知识推理，可以用一个符号系统在计算机上形式化的描述和模拟人的思维活动过程。 研究方法：功能模拟方法，力图用数理逻辑方法来建立人工智能的统一理论体系。 （2）联接主义学派的框架： 利用人工神经网络模仿人类智能，认为人的智能的基本单位是神经元，由人工神经元联接起来的人工神经网络可以具有学习和自适应能力。 研究方法：结构模拟。 （3）行为主义学派的框架： 提出智能行为的“感知-动作模式”。 研究方法：行为模拟方法。 【P8-9】1.5人工智能的近期研究目标和远期研究目标分别是什么？ 近期：建造智能计算机。 远期：研究人类智能和机器智能的基本原理，用智能机器来模拟人类的思维过程和智能行为。 【P9-12】1.6人工智能主要的研究应用领域？ 十条：定理证明；专家系统；机器学习；自然语言理解；智能检索；机器人学；自动程序设计；组合调度问题；模式识别；机器视觉。 第二章 【P19】2.2简述谓词逻辑中的下述推理规则： （1）P规则：在推理的任何步骤上都可引入前提； （2）T规则：在推理时，如果前面步骤中有一个或多个公式永真蕴含公式S，则可把S引入推理过程中； （3）CP规则：如果能从R和前提集合中推出S来，则可从前提集合推出R→S。 （4）反证法规则：P=>Q，当且仅当P∧┑Q＜=>F。即Q为P的逻辑结论，当且仅当P∧┑Q是不可满足的。 【P20-21】2.3一阶谓词逻辑表示法适合于表示哪种类型的知识？它有主要哪些特点？ 答：谓词逻辑适合于表示事物的状态、属性、概念等事实性的知识，也可以用来表示事物间确定的因果关系，即规则。
第七章专家系统 7.1.答： （1）专家系统的定义 费根鲍姆（E．A．Feigenbaum）：“专家系统是一种智能的计算机程序，它运用知识和推理步骤来 解决只有专家才能解决的复杂问题” 专家系统是基于知识的系统，用于在某种特定的领域中运用领域专家多年积累的经验和专门知识， 求解需要专家才能解决的困难问题 保存和大面积推广各种专家的宝贵知识 博采众长 比人类专家更可靠，更灵活 （2）专家系统的特点 ①具有专家水平的专门知识 专家系统中的知识按其在问题求解中的作用可分为三个层次：数据级、知识库级和控制级 数据级知识（动态数据）：具体问题所提供的初始事实及在问题求解过程中所产生的中间结 论、最终结论 数据级知识通常存放于数据库中 知识库级知识：专家的知识，这一类知识是构成专家系统的基础 一个系统性能高低取决于这种知识质量和数量 控制级知识（元知识）：关于如何运用前两种知识的知识 在问题求解中的搜索策略、推理方法 ②能进行有效的推理 推理机构——能根据用户提供的已知事实，通过运用知识库中的知识，进行有效的推理，以实现问题的求解。专家系统的核心是知识库和推理机 ③具有启发性 除能利用大量专业知识外，还必须利用经验判断知识来对求解问题作出多个假设（依据某些条件选定一个假设，使推理继续进行） ④能根据不确定（不精确）的知识进行推理 综合利用模糊的信息和知识进行推理，得出结论 ⑤具有灵活性 知识库与推理机相互独立，使系统易于扩充，具有较大的灵活性 ⑥具有透明性 一般有解释机构，所以具有较好的透明性 解释机构向用户解释推理过程，回答“Why？”、“How？”等问题 ⑦具有交互性 一般都为交互式系统，具有较好的人机界面 一方面它需要与领域专家或知识工程师进行对话以获取知识；另一方面它也需要不断地从用户处 获得所需的已知事实并回答询问。 7.2.答：专家系统的一般结构 人机接口、推理机、知识库、动态数据库、知识获取机构、解释机构 知识库：主要用来存放领域专家提供的专门知识 (1) 知识表达方法的选择（最多的三种表示方法是产生式规则、框架和语义网络） ①充分表示领域知识 ②能充分、有效地进行推理 ③便于对知识的组织、维护与管理
空间不确定性研究综述 摘要：介绍了空间不确定性的概念，对空间不确定性的研究内容进行阐述说明并归纳总结其研究方法，对不确定性研究的发展趋势进行分析。 关键词：空间数据；不确定性；GIS；研究 1 空间不确定性问题概述 空间数据质量的不确定性研究伴随着GIS 的问世而开始，由于人类测量与表达能力的局限性，描述数据的模型只能是对客观实体的一种近似，此外各种空间操作、处理等又会引入新的误差和不确定性，可以说误差的存在是各类观测与分析数据的基本特征。这往往导致空间特征和空间过程很难被准确确定，从而直接关系到对GIS产品的质量控制，影响了空间数据的反演、多尺度和多角度数据分析和应用建模的效果，影响决策结果的质量。因此，在GIS初步形成和产品化时，就提出了空间数据的不确定性问题，且被国际上列为地理信息科学界重大基础理论研究课题之一。 在不确定性理论提出的早期，不确定性与误差是近义词，二者在多数情况下可以相互通用。误差指统计意义下的偏差或错误，而数据不确定性主要指数据“真实值”不能被肯定的程度。从这个意义看，数据不确定性可以看作是一种更广义与抽象的误差，它既包含随机误差，也包含系统误差和粗差；既包含可度量的误差，又包含不可度量的误差以及数值上和概念上的误差。 不确定性可划分为四类，分别是随机性、模糊性、未确定性和灰色性。随机性的特点是可重复观察，在观察之前知道所有可能的结果，但不知道到底哪一种结果会出现。模糊性是指事物的概念本身是模糊的，即一个对象是否符合这个概念难以确定。就像“一粒”和“一堆”是有区别的两个概念，它们的区别是渐变的，两者之间并不存在明确的界限，这种不确定性就是模糊性。未确定性是指纯主观上的、认识上的不确定性。灰色性是指由于事物的复杂性和噪声干扰，人们只能把握部分信息或信息的大致范围，而不知其全部信息或确切的信息量。 2 不确定性的研究内容 空间数据不确定性的产生来源十分复杂，空间对象本身可能具有不稳定性，在空间数据的获取、存储、传输、分析等过程中会引入更多复杂的不确定性。如在数据获取过程中，仪器精度限制、测量方案完善程度、环境的复杂性、观测员的能力水平、空间分析方法与模型表达的多样性等均会造成空间数据的不确定性。 根据实际应用中的需要，对地理空间数据不确定性的研究又可细分为：位置不确定性、属性不确定性、时域不确定性、逻辑一致性、数据完整性、数据不确定性的传播以及不确定性的可视化表示等[1]。地理空间数据不确定性研究的核心就是建立一套不确定性分析和处理的理论体系和方法体系。 2.1位置不确定性 位置不确定性指表示空间实体的真实位置与实际位置之间的差别，空间实体的位置通常以二维或三维坐标表示，相应的，位置不确定性常用坐标的精度来表示。近年来，空间数据位置不确定性成了研究热点，主要集中在数据源不确定性
第六章专家系统 6-1 什么叫做专家系统?它具有哪些特点与优点? 专家系统是一种模拟人类专家解决领域问题的智能计算机程序系统，其内部含有大量的某个领域专家水平的知识与经验，能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来处理该领域问题。也就是说，专家系统是一个具有大量的专门知识与经验的程序系统，它应用人工智能技术和计算机技术，根据某领域一个或多个专家提供的知识和经验，进行推理和判断，模拟人类专家的决策过程，以便解决那些需要人类专家处理的复杂问题。 特点： (1)启发性 专家系统能运用专家的知识与经验进行推理、判断和决策 (2)透明性 专家系统能够解释本身的推理过程和回答用户提出的问题，以便让用户能够了解推理过程，提高对专家系统的信赖感。 (3) 灵活性 专家系统能不断地增长知识，修改原有知识，不断更新。 优点： (1) 专家系统能够高效率、准确、周到、迅速和不知疲倦地进行工作。 (2) 专家系统解决实际问题时不受周围环境的影响，也不可能遗漏忘记。 (3) 可以使专家的专长不受时间和空间的限制，以便推广珍贵和稀缺的专家知识与经验。 (4) 专家系统能促进各领域的发展，它使各领域专家的专业知识和经验得到总结和精炼，能够广泛有力地传播专家的知识、经验和能力。 (5) 专家系统能汇集多领域专家的知识和经验以及他们协作解决重大问题的能力，它拥有更渊博的知识、更丰富的经验和更强的工作能力。 (6) 军事专家系统的水平是一个国家国防现代化的重要标志之一。 (7) 专家系统的研制和应用，具有巨大的经济效益和社会效益。 (8) 研究专家系统能够促进整个科学技术的发展。专家系统对人工智能的各个领域的发展起了很大的促进作用，并将对科技、经济、国防、教育、社会和人民生活产生极其深远的影响。
专家系统综述 摘要 综述专家系统的基本概念、主要结构、开发方法以及在机械制造领域的应用情况。 关健词：专家系统综述 1、什么是专家系统 人工智能(Artifieial Inteligenee简称Al)被誉为本世纪的三大科学技术成就之一，受到了世界各国的普遍重视。而60年代中期作为人工智能的一个应用领域的专家系统(Expert System简称ES)的出现，使得人工智能的研究从实验室走向了现实世界。 所谓专家系统实际上是一个(或一组)能在某特定领域内.以人类专家水平去解决该领域中困难问题的计算机程序。或者说，专家系统是这样一个系统： a.专家系统处理现实世界中提出的需要由专家来分析和判断的复杂问题。 b.专家系统利用专家推理方法的计算机模型来解决间题，并且可以得到和 专家相同的结论。 由于专家系统的功能主要依赖于大量的知识，这些知识均存在知识库中，通过推理机按一定的推理策略去解决问题，所以它也被称大知识基系统。专家系统是研究用解决某专门问题的专家知识来建立人机系统的方法和技术。由于知识在专家系统中起着决定性作用，所以一般将建立专家系统的工作过程称为知识工程。 2、专家系统的基本结构及分类 2.1专家系统的墓本结构 一个完整的专家系统结构由图1所示的六个部分组成。其中数据库、知识库、推理机和人机接口是必不可少的部分。解释部分、知识获取部分是期望部分。下面分别介绍这些部分。 a.知识库
知识库是领域知识的存储器。它存储专家经验、专门知识与常识性知识，是专家系统的核心部分。知识库可以由事实性知识和推理性知识组成。知识是决定一个专家系统性能的主要因素。一个知识库必须具备良好的可用性、确实性和完善性。要建立一个知识库，首先要从领域专家那里获取知识即称为知识获取。然后将获得的知识编排成数据结构井存入计算机中，这就形成了知识库，可供系统推理判断之用。 b.数据库 数据库用于存储领域内的初始数据和推理过程中得到的各种信息。数据库中存放的内容是该系统当前要处理的对象的一些事实。 c.推理机 推理机是用来控制、协调整个系统的。它根据当前输入的数据即数据库中的信息，利用知识库中的知识，按一定的推理策略，去解决当前的问题.并把结果送到用户接口。 在专家系统中，推理方式有：正向推理、反向推理、混合推理。在上述三种推理方式中，又有精确与不精确推理之分。因为专家系统是模拟人类专家进行工作，所以推理机的推理过程应与专家的推理过程尽可能一致。 d.人机接口 人机接口是专家系统与用户通信的部分。它既可接受来自用户的信息，将其翻译成系统可接受的内部形式，又能把推理机从知识库中推出的有用知识送给用户。 e.解释部分 解释部分能对推理给出必要的解释。这给用户了解推理过程，向系统学习和维护系统提供了方便。 f.知识获取部分 知识获取部分为修改、扩充知识库中的知识提供手段。这里指的是机器自动实现的知识获取。它对于一干专家系统的不断完善、提高起着重要的作用。通常，它应具备能删除知识库中不需要的知识及把需要的新知识加入知识库中的功能。最好还具有能根据实践结果，发现知识库中不合适的知识以及能总结出新知识的功能。知识获取部分实际上是一种学习功能。 专家系统的一个重要特征是知识库与推理机分离，系统允许在运行过程中不断修改知识，增加新知识，使系统性能不断提高。 综上所述可知，一个专家系统不仅能提供专家水平的建议与意见，而且当用户需要时，能对系统本身行为作出解释，同时还有知识获取功能。专家系统的工作特点是运用知识进行推量，因此知识获取(包括人工方式的知识获取和机器学习)、知识表示和知识运用是建造专家系统的三个核心部分。 另外专家系统强调符号处理，并希望有一个理想的人机接口，做到专家或用户能以一种接近自然语言的语言甚至口语形式同系统进行信息的交流。这些都是传统程序所不具备的特点。如下表所示：
水文预报不确定性研究 【摘要】水文预报是一种对未来水文情况做出的科学预测并发布预报的技术和作业，服务于国民经济、防洪调度等领域。目前，我国已经开展的预报服务项目有洪水水位与流量、枯水水位与流量、含沙量、各种冰情、水质等。尤其是对灾害性水文现象做出的预测，对降低洪涝灾害的危害性、保护人们生命的安全性、降低国民经济损失有着重要的作用。但是水文预报始终存在着不确定性，无疑影响着水文预报工作的质量和准确性。本文对水文预报不确定性进行了分析。 【关键词】水文预报；防洪调度；不确定性决策 0.概述 从20世纪60年代起，我国水文预报领域就应用了水情自动测报系统、现代控制理论等理论和技术。直至今日，随着计算机技术及相关专业技术快速发展，我国水文预报工作的精度和预见性得到了显著提高。但是对于一些突发性事件（暴雨等）往往却不能保证预报工作的精度和预见性，无法满足防洪减灾对预报信息的需求。对于一些突发性事件，水文预报之所以存在一定的不稳定性，预报精度不足，除了与理论基础不足、水文模型缺陷和计算偏差等有关外，最主要的原因在于预测员对水文预报固有的不确定性分析不足，有时甚至忽略不计。从自然角度考虑，洪水的发生过程是一个复杂的动态过程，既与气象因素有关又与地理因素有关；还与防洪工程体系密切相关。技术角度分析，水文预报运用了许多的水文模型和参数，通过对输入、输出的水文、气象、地理等信息数据的分析和解释，给予专家的预报工作提供科学的依据。无论是洪水发生的过程还是水文预报的过程，都有着一定的复杂性，且易受一些客观因素影响，造成了水文预报的不确定性。倘若不能客观考虑水文预报的不确定性，就进行水文预报工作并不合理，也不科学。从我国开展水文预报工作以来，我国先后应用了3种确定性洪水预报系统，但是确定的形式制约了对不确定信息数据的分析与利用，以致水文预报的结果缺乏足够的精度。一旦预测结果不可靠、不精确，可能造成严重的损失和巨大的后果。对此，有必要研究一个精度高、预见性好的水文预报系统，以准确分析水文预报中的不确定性因素及其对预报工作的影响。 1.水文预报不确定性研究进展 1.1水文现象不确定性研究及其进展 从当前来看，水文现象不确定性的研究方法主要有随机法和模糊法。我们之所以要进行水文预报不确定性研究，主要目的在于揭示水文现象的变化规律，研制合理的水文模型，探讨水文现象不确定性与随机性、模糊性之间的关系，以便从根本上消除水文现象不确定性与随机性、模糊性之间的鸿沟。下面对随机不确定性和模糊不确定分别进行了简要分析。 随机不确定性。水文是一种自然现象，想要精确地描述其运动规律，将其解
知识库专家系统 一、产品聚焦：知识创造未来 1、助力于汇集群体智慧 2、助力于提高知识收集参与热情 3、助力于提高知识点实用化水平 4、助力于降低培训成本，提升服务效率 5、助力于为各种服务渠道机器人提供支撑 二、产品简介 该产品采用一流的体系架构，先进的检索技术，深度融合电力行业的专业知识应用，以使用者便捷的应用为导向，形成知识从收集、分类、推荐、共享、检索、更新、删除全生命周期的知识管理体系。是95598座席人员、业务人员、管理人员工作不可或缺的工具，是相关人员培训和学习的得力帮手，是智能机器人的后台支撑。 三、产品特点 ■信息全面、与营销业务无缝融合 信息覆盖供电企业的各个领域，专业全面，实现与营销业务应用系统数据集成与业务协作，充分实现数据共享与工作协同。 ■技术先进、使用便捷 采用B/A/S多层分布式体系结构和Lucene全文检索引擎技术，提供先进的搜索算法，创建高效的企业级海量数据搜索引擎。 ■地图式知识管理、智能化知识推理 支持使用者自行设定板块知识结构地图或者不同岗位设置知识岗位地图，可自定义知识推理模型，实现知识应用智能化。 ■强大的知识分类，高速的知识共享交流 依托深厚的电力营销业务行业应用背景，合理进行知识分类，贴近使用者的思维习惯，形成知识收集、知识更新、知识推荐、知识共享、知识交流于一体的知识管理体系，支持多种文档格式相同的展现方式。 ■流程化、规范化、制度化管理 采用流程化的知识管理流程，规范化的知识结构设计，创新的积分激励策略，形成一套知识收集覆盖面广而又精准高效、知识分类科学合理、知识应用方便快捷的制度化知识管理体系。 四、应用效果
说明：通过知识门户，根据知识分类、知识关键字全文检索快速搜索定位知识；快速获取热点知识，最新知识；可对知识进行评价和回复，可提出知识诉求。 说明：通过统一全文检索浏览界面，按关键字对知识进行全文检索，并按知识更新先后顺序、知识热点先后顺序排序展示。 五、产品功能
软件可靠性分析与设计 软件可靠性分析与设计 软件可靠性分析与设计的原因?软件在使用中发生失效(不可靠会导致任务的失败,甚至导致灾难性的后果。因此,应在软件设计过程中,对可能发生的失效进行分析,采取必要的措施避免将引起失效的缺陷引入软件,为失效纠正措施的制定提供依据,同时为避免类似问题的发生提供借鉴。 ?这些工作将会大大提高使用中软件的可靠 性,减少由于软件失效带来的各种损失。 Myers 设计原则 Myers 专家提出了在可靠性设计中必须遵循的两个原则: ?控制程序的复杂程度
–使系统中的各个模块具有最大的独立性 –使程序具有合理的层次结构 –当模块或单元之间的相互作用无法避免时,务必使其联系尽量简单, 以防止在模块和单元之间产生未知的边际效应 ?是与用户保持紧密联系 软件可靠性设计 ?软件可靠性设计的实质是在常规的软件设计中,应用各种必须的 方法和技术,使程序设计在兼顾用户的各种需求时, 全面满足软件的可靠性要求。 ?软件的可靠性设计应和软件的常规设计紧密地结合,贯穿于常规 设计过程的始终。?这里所指的设计是广义的设计, 它包括了从需求分析开始, 直至实现的全过程。 软件可靠性设计的四种类型
软件避错设计 ?避错设计是使软件产品在设计过程中,不发生错误或少发生错误的一种设计方法。的设计原则是控制和减少程序的复杂性。 ?体现了以预防为主的思想,软件可靠性设计的首要方法 ?各个阶段都要进行避错 ?从开发方法、工具等多处着手 –避免需求错误 ?深入研究用户的需求(用户申明的和未申明的 ?用户早期介入, 如采用原型技术 –选择好的开发方法
?结构化方法:包括分析、设计、实现 ?面向对象的方法:包括分析、设计、实现 ?基于部件的开发方法(COMPONENT BASED ?快速原型法 软件避错设计准则 ? (1模块化与模块独立 –假设函数C(X定义了问题X 的复杂性, 函数E(X定义了求解问题X 需要花费的工作量(按时间计,对于问题P1和问题P2, 如果C(P1>C(P2,则有 E(P1> E(P2。 –人类求解问题的实践同时又揭示了另一个有趣的性质:(P1+P2>C(P1 +C(P2 –由上面三个式子可得:E(P1+ P2> E(P1+E(P2?这个结论导致所谓的“分治法” ----将一个复杂问题分割成若干个可管理的小问题后更易于求解,模块化正是以此为据。 ?模块的独立程序可以由两个定性标准度量,这两个标准分别称为内聚和耦合。耦合衡量不同模块彼此间互相依赖的紧密程度。内聚衡量一个模块内部各个元素彼此结合的紧密程度。 软件避错设计准则 ? (2抽象和逐步求精 –抽象是抽出事物的本质特性而暂时不考虑它们的细节 ?举例
专家系统是一类具有专门知识和经验的计算机智能程序系统，通过对人类专家的问题求解能力的建模，采用人工智能中的知识表示和知识推理技术来模拟通常由专家才能解决的复杂问题，达到具有与专家同等解决问题能力的水平。这种基于知识的系统设计方法是以知识库和推理机为中心而展开的，即 专家系统 = 知识库 + 推理机 它把知识从系统中与其他部分分离开来。专家系统强调的是知识而不是方法。很多问题没有基于算法的解决方案，或算法方案太复杂，采用专家系统，可以利用人类专家拥有丰富的知识，因此专家系统也称为基于知识的系统（Knowledge-Based Systems）。一般说来，一个专家系统应该具备以下三个要素：（1）具备某个应用领域的专家级知识； （2）能模拟专家的思维； （3）能达到专家级的解题水平。 专家系统与传统的计算机程序的主要区别如表7.1所示。 表7.1 专家系统与传统的计算机程序的主要区别 列项传统的计算机程序专家系统 适用范围无限制封闭世界假设 建造一个专家系统的过程可以称为“知识工程”，它是把软件工程的思想应用于设计基于知识的系统。知识工程包括下面几个方面： （1）从专家那里获取系统所用的知识（即知识获取） （2）选择合适的知识表示形式（即知识表示） （3）进行软件设计 （4）以合适的计算机编程语言实现。 专家系统的发展史 1965年斯坦福大学的费根鲍姆（E.A. Feigenbaum）和化学家勒德贝格（J. Lederberg）合作研制DENDRAL 系统，使得人工智能的研究以推理算法为主转变为以知识为主。20世纪70年代，专家系统的观点逐渐被人们接受，许多专家系统相继研发成功，其中较具代表性的有医药专家系统MYCIN、探矿专家系统PROSPECTOR等。20世纪80年代，专家系统的开发趋于商品化，创造了巨大的经济效益。 1977年美国斯坦福大学计算机科学家费根鲍姆 (E.A.Feigenballm)在第五届国际人工智能联合会议上提出知识工程的新概念。他认为，“知识工程是人工智能的原理和方法，对那些需要专家知识才能解决的应用难题提供求解的手段。恰当运用专家知识的获取、表达和推理过程的构成与解释，是设计基于
一个专家系统的例子 一、建立动物识别专家系统的规则库，并用与/或图来描述这个规则库。 规则库由15条规则组成，规则名分别是；rule1，rule2，┉，rule15，规则库的符号名为ruleS。编写一段程序,把15条规则组成一个表直接赋值给规则库ruleS。 ( rules ((rule1 (if (animal has hair)) 若动物有毛发(F1) (then (animal is mammal))) 则动物是哺乳动物(M1) ((rule2 (if (animal gives milk)) 若动物有奶(F2) (then (animal is mammal))) 则动物是哺乳动物(M1) ((rule3 (if (animal has feathers)) 若动物有羽毛(F9) (then (animal is bird))) 则动物是鸟(M4) ((rule4 (if (animal flies)) 若动物会飞(F10) (animal lays eggs)) 且生蛋(F11) (then (animal is bird))) 则动物是鸟(M4) ((rule5 (if (animal eats meat)) 若动物吃肉类(F3) (then (animal is carnivore))) 则动物是食肉动物(M2) ((rule6 (if (animal Raspointed teeth)) 若动物有犀利牙齿(F4) (animal has claws) 且有爪(F5) (animal has forword eyes)) 且眼向前方(F6) (then (animal is carnivore))) 则动物是食肉动物(M2) ((rule7 (if (animal has mammal)) 若动物是哺乳动物(M1) (animal has hoofs)) 且有蹄(F7) (then (animal is ungulate))) 则动物是有蹄类动物(M3) ((rule8 (if (animal has mammal)) 若动物是哺乳动物(M1) (animal chews cud)) 且反刍(F8) (then (animal is ungulate))) 则动物是有蹄类动物(M3) ((rule9 (if (animal is mammal)) 若动物是哺乳动物(M1) (animal is carnivore) 且是食肉动物(M2) (animal has tawny color) 且有黄褐色(F12) (animal has dark sports)) 且有暗斑点(F13) (then (animal is cheetah))) 则动物是豹(H1) ((rule10 (if (animal is mammal)) 若动物是哺乳动物(M1) (animal is carnivore) 且是食肉动物(M2)
空间不确定性研究进展 张勇 （浙江师范大学地理与环境科学学院，浙江金华321004） 摘要：GIS随着计算机技术的发展而出现，并正处于激烈的演化和发展状态。文中介绍了GIS现状及发展趋势，以及由错误导致的拓扑关系的不确定性和GIS(空间数据、空间推理、空间查询、空间查询语言)的不确定性、拓扑关系理论的发展、GIS在21世纪的发展等问题。 关键词：地理信息系统（GIS）；空间数据；拓扑学关系；不确定性；不一致性Advance of study in spatial uncertainty Zhang Yong ( Zhejiang Normal University College of environment and sciences , Zhejiang Jinhua 321004) Abstract: The emergence of GIS keep pace with the development of computer technology,and be in the state of evolution and intense development. This paper describes the current situation and development of GIS trend, as well as the uncertainty caused by the error of topological relations and GIS (spatial data, spatial reasoning, spatial query, spatial query language) of uncertainty, development of topological relation theory, development and other issues of GIS in the 21 century. 1绪论 地理信息系统（GIS）是以采集、存储、管理、分析和描述整个和部分地球表面与空间和地理分布有关的空间信息系统。GIS在采集和处理、分析中出现的数据范围很广，包括位置数据、属性数据、时域数据、逻辑关系等。由于现实世界的复杂性和模糊性、人类表达能力的局限性，数据不可避免地含有误差，研究GIS的误差理论，直接关系到GIS产品的质量控制。因此在GIS初步形成和产品化时，提出了数据质量中空间数据的不确定性理论，并被国际上列为20世纪90年代的重点基础理论课题之一。 所谓不确定性是指一种广义的误差，它包含数值和概念的误差，也包含可
1什么是专家系统。有什么特点和优点？ 专家系统是一个具有大量的专门知识与经验的程序系统 专家系统是一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统特点： 启发性，能够运用专家的知识进行推理判断与决策 透明性，能够解释推理过程和回答用户问题 灵活性，能不断增长知识，更新知识库 专家系统的优点，自己课后了解一下。 2专家系统由哪些部分构成？各部分的作用？ 知识库；综合数据库；推理机；解释器；接口 知识库，存储各领域专家的专门知识。静态。硬盘 综合数据库，存储初始问题数据和推理过程的中间数据。内存推理机，根据知识进行推理并导出结论。ＣＰＵ 接口，用户界面，和用户进行交互。向用户提问，回答用户问题，并进行必要的解释。
知识获取机制是将专业知识转换成机器能理解的表达形式。 解释机制向用户解释以下问题：系统为什么要向用户提出该问题（Why）？计算机是如何得出最终结论的（How）？ ３专家系统的分类，自己课下了解。 ４建造专家系统的关键步骤。 专家系统团队关系图
是否拥有大量知识是专家系统成功与否的关键。因此知识表示是设计专家系统的关键 一．设计初始数据库 二．原型机的开发与实验 三．知识库的改进与归纳 建立专家系统的步骤图６．３P156页 ５基于规则的专家系统
知识库：包含解决问题用到的领域知识，知识表达成为一序列规则。每个规则使用IF(条件)THEN(动作)结构指定的关系。当满足规则的条件部分时，便激发规则，执行动作部分。 数据库：包含一序列事实（一个对象及其取值构成了一个事实），所有的事实都存放在数据库中，用来和知识库中存储的规则的IF（条件）部分相匹配。 3. 基于规则的专家系统的推理机制 推理机制分为两大类：前向连接和后向链接 前向链接就是根据已有事实推断出新的事实。例如已知事实A is x，根据规则IF A is x THEN B is y。获得B is y。然后将B is y加入数据库。再寻找新的规则，即IF B is y THEN ….。
7．7 软件可靠性 7.7.1 基本概念 1. 软件可靠性的定义 定义 1 软件可靠性(software reliability )是指软件在规定的运行环境中和规定的时间内无失效运行的概率[ANSI91]。所以它是时间t 的函数，我们用)(t R 来表示。 定义 2 软件故障率(failure rate )是指在单位时间内软件发生故障的概率。它和软件可靠性的关系如下： ) () ()(t R dt t dR t - =λ 或者是： ))(exp()( 0 ?-=t dt t t R λ 定义3 软件平均无故障时间(MTTF)。指软件从开始运行到出现一个故障的期望时间，根据可靠性的定义有： ? ∞ = )(dt t R MTTF 和软件中错误相关的定义 定义4 软件错误(Software Error )。指在软件生存期内的不希望或不可接受的人为错误。软件错误是一种人为的行为，相对于软件本身是一种外部行为。 定义 5 软件缺陷(Software Defect )。指存在于软件（文档、数据、程序）之中的那些不希望或不可接受的偏差。其结果是软件在某一特定条件时出现运行故障。当软件指程序时，软件缺陷即程序污点(Bug )。 定义 6 软件故障(Software Fault )。指软件运行过程中出现的一种不希望或不可接受的内部状态。软件故障是一种动态行为。 定义 7 软件失败(Software Failure )。指软件运行时产生的一种不希望或不可接受的外部行为结果。 2. 软件的可用性定义 程序在给定的时间点，按照SRS 的规定，成功地运行的概率。 可靠性与可用性的区别： 可靠性指在0到t 这段时间间隔内系统没有失效；可用性仅仅意味着在时刻t ，系统是正常运行的。
摘要：关键词：建筑作为社会文化信息的载体，传递着所属时代的观念，社会及其文化观念上的更新会导致建筑观念及形象的更新。当今新技术、新结构、新材料等科学技术的快速发展给建筑创作带来新的契机，提供了新的创作空间，其中一个创作方面是建筑表皮独立出来，其艺术形式的处理使一些重要建筑获得了建筑本身视觉个性的表达。本文按照现代构成理论从表皮的形的不确定方面进行其视觉特征研究，以期探索建筑形象创作上的新途径。 建筑表皮基本形界线“皮”的断裂 “非几何形状和自由形式，非对称和反平行主义都是建筑学现代语言不变的法则。这些法则通过不协调性体现了建筑的解放”布鲁诺塞维建筑表皮从广义角度讲，指人们通过触觉、视觉直接感受到的建筑表层，包括建筑外部和内部；从狭义角度讲，建筑表皮是指建筑物外部的表层，通常包括屋顶和外墙，是承担建筑外部围护界面的物质系统，本文以该层次的表皮为研究对象，它经历着由于技术和材料的发展带来的从消极、无机向积极、有机及互动的转变。 形是建筑表皮视觉特征的基本要素之一。在论述表皮形的不确定性之前，首先必须理解什么是形，以及形的特性。所谓“形”，内森卡伯特黑尔在《艺术与自然中的抽象》一书中阐述，“单词‘形’形容一个实体，具有一个富有意义的结构，……例如一个人，一棵树……一条船，一幢建筑，一本书，或一件雕塑……自然界中的一个形是一件物体，它建立在一种能够再现的图式上。至于人为的物体，它可以是一种成批生产的物体，或是一种独创的种类。”本文研究表皮的形就是基于上述理论人为物体中的“独创的种类”。虽然表皮各个部分通常能够分离，但是整体中存在着统一性，就象一块粘土只不过是一块能用压力改变的材料，只有雕塑家将它塑成一个表现他的想法的形体时，它才获得了形。建筑表皮的形亦是由各组成部分按照一定的规则形成的一个完整结构。科学技术的快速发展和现代建筑理论的提出，尤其是布鲁诺赛维“四维分解法”将建筑“方盒子般的房间分解成壁 板”，中空的立方体已不复存在，而被分解成了六个平面：天花板、地板和四面墙。建筑大师们创造性的设计和探索，正是基于表皮的独立，不仅打破了方盒子，使表皮中的墙、板随之分解，更为重要的是确立了一种全新的建筑审美观，在点、线、面、体组成的三维世界中，面（皮）成为积极的构图元素，并通过自身的变化丰富现代建筑造型。赖特设计的流水别墅就是经典的实例。 本文研究的建筑表皮形的基本特点是屋顶、墙及其形成整体形的不确定性，所谓不确定性是指与传统表皮窗墙分明、确定、规则的形相对而言，是建筑师利用当代先进科学技术及材料，创造性地、自由地选择最适合他的思想、他的个性、他的才智的表现方法，使建筑表皮具体表现为基本形的突破和“皮”的断裂等。 勒?柯布西耶在《走向新建筑》一书中描述，“立方、圆锥、球、圆柱和方锥是光线最善于显示的伟大的基本形式”，分析古埃及、希腊或罗马的建筑形体，如金字塔、鲁克索庙、大角斗场等等，就是以上几种基本形的应用。当代建筑表皮的形往往突破以上基本形的限制，表现为基本形的变异，原来明确的界线也变得模糊、不确定，甚至不可数。 界线的增加 建筑表皮界线的增多表现为建筑向多面体造型发展的趋势。多面体通过增加界线、界面，丰富建筑表皮视觉效果。多面体大致可分为具有有限侧面的有限多面体和具有无限侧面的无限多面体两种。本文研究的重点是多面体中的有限多面体，如八、十二、十四、十六、二十等多面体的建筑表皮造 ----???? 1.一、表皮独立地位的确立 二、基本形的突破 建筑表皮“形”的不确定性研究 胡春芳 图１
软件可靠性测试及其实践 Software Reliability Te sting and Practice 北京航空航天大学工程系统工程系(100083) 陆民燕 陈雪松 【摘要】软件可靠性测试是软件可靠性工程的一项重要 工作内容,是满足软件可靠性要求、评价软件可靠性水平及验证软件产品是否达到可靠性要求的重要途径。本文探讨、研究了软件可靠性测试的基本概念,软件可靠性测试过程以及软件可靠性测试中的主要问题,还介绍了一个实际软件的可靠性测试工作。 关键词:软件可靠性,软件可靠性测试,软件测试,软件 运行剖面 Abstract :S oftware reliability testing is an important task in s oftware reliability engineering.It serves as the main means to achieve the s oftware reliability requirements ,evaluate s oftware reliability levels and dem onstrate whether a s oftware product has achieved its reliability requirement.This paper investigates the basic concepts of s oftware reliability testing and s oftware reliability testing procedures ,discusses the key issues in it.A practical w ork on a real s oftware product is als o presented.K ey w ords :softw are reliability ,softw are reliability test 2 ing ,softw are testing ,operational profile 软件可靠性工程是指为了满足软件的可靠性要求 而进行的一系列设计、分析、测试等工作。其中确定软件可靠性要求是软件可靠性工程中要解决的首要问题。软件可靠性要求可以包括定性定及量要求。 软件可靠性测试是在软件生存周期的系统测试阶段提高软件可靠性水平的有效途径。各种测试方法、测试技术都能发现导致软件失效的软件中残存的缺陷,排除这些缺陷后,一般来讲一定会实现软件可靠性的增长,但是排除这些缺陷对可靠性的提高的作用却是不一样的。其中,软件可靠性测试能最有效地发现对可靠性影响大的缺陷,因此可以有效地提高软件的可靠性水平。 软件可靠性测试也是评估软件可靠性水平,验证软件产品是否达到软件可靠性要求的重要且有效的途径。 1 软件可靠性测试概念 “测试”一般是指“为了发现程序中的错误而执行程序的过程”。但是在不同的开发阶段、对于不同的人员, 测试的意义、目的及其采用的方法是有差别的。在软件 开发的测试阶段,测试的主要目的是开发人员通过运行程序来发现程序中存在的缺陷、错误。而在产品交付、验收阶段,测试主要用来验证软件产品是否达到用户的要求。或者说,对于开发人员,测试是发现缺陷的一种途径、手段,而对于用户,测试则是验收产品的一种手段。根据测试用例选取原则的不同,测试可分为黑盒测试方法和白盒测试方法两大类。黑盒测试方法是指按照软件需求生成测试用例对软件进行测试的方法,黑盒测试不关心程序是如何实现的;而白盒测试方法则是指根据程序的结构生成测试用例对软件进行测试的方法。 软件可靠性测试是指为了保证和验证软件的可靠性要求而对软件进行的测试。其采用的是按照软件运行剖面(对软件实际使用情况的统计规律的描述)对软件进行随机测试的测试方法。通过软件可靠性测试可以达到以下目的: (1)有效地发现程序中影响软件可靠性的缺陷,从 而实现可靠性增长:软件可靠性是指[4] “在规定的时间内,规定的条件下,软件不引起系统失效的能力,其概率度量称为软件可靠度。”软件的“规定的条件”主要包括相对不变的条件和相对变化的条件,相对不变的条件如计算机及其操作系统;相对变化的条件是指输入的分布,用软件的运行剖面来描述。按照软件的运行剖面对软件进行测试一般先暴露在使用中发生概率高的缺陷,然后是发生概率低的缺陷。而高发生概率的缺陷是影响产品可靠性的主要缺陷,通过排除这些缺陷可以有效地实现软件可靠性的增长。 (2)验证软件可靠性满足一定的要求:通过对软件可靠性测试中观测到的失效情况进行分析,可以验证软件可靠性的定量要求是否得到满足。 ③估计、预计软件可靠性水平:通过对软件可靠性测试中观测到的失效数据进行分析,可以评估当前软件可靠性的水平,预测未来可能达到的水平,从而为开发管理提供决策依据。软件可靠性测试中暴露的缺陷既可以是影响功能需求的缺陷也可以是影响性能需求的缺陷。软件可靠性测试方法从概念上讲是一种黑盒测试方法,因为它是面向需求、面向使用的测试,它不需要了解程序的结构以及如何实现等问题。 ?84? 《测控技术》2000年19卷第5期