摘 要：本文針對農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的知識庫，利用XML技術(shù)對其進(jìn)行了架構(gòu)設(shè)計。這一研究整合了產(chǎn)生式表示法、框架等三種知識表示方法，綜合三者優(yōu)點(diǎn)，能夠體現(xiàn)繼承、關(guān)聯(lián)和層次的農(nóng)業(yè)知識特點(diǎn)，可以充分體現(xiàn)出推理分析層次和技術(shù)呈現(xiàn)多樣化和非線性化的特點(diǎn)。本文研究可以優(yōu)化農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的知識庫設(shè)計，適應(yīng)目前人工智能技術(shù)的發(fā)展，可提高農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)推理的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，具有一定創(chuàng)新性，對農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)研究具有一定研究價值。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)；XML；知識表示；人工智能

中圖分類號：TP311.52

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的方向和主要途徑[1]。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)和核心，農(nóng)業(yè)智能專家決策系統(tǒng)是其重要的組成部分。技術(shù)人員可以通過農(nóng)業(yè)智能專家決策系統(tǒng)的實(shí)施，將獲取的生產(chǎn)數(shù)據(jù)通過模型庫和知識庫，經(jīng)過綜合分析、智能推理，得出符合生產(chǎn)實(shí)際的專家級生產(chǎn)決策建議，用于指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，可達(dá)到替代傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)專家的作用[2-3]。

自20世紀(jì)70年代開始，國內(nèi)外的農(nóng)業(yè)專家就開始在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中開展了專家系統(tǒng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)應(yīng)用的研究，截至目前，專家系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)應(yīng)用研究取得了很大的進(jìn)展。但農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)仍然存在許多問題。其中專家系統(tǒng)的知識庫設(shè)計不足于適應(yīng)現(xiàn)有知識推理技術(shù)的發(fā)展就是一個突出的問題。目前隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，知識推理技術(shù)也在不斷更新和發(fā)展，推理分析層次和技術(shù)呈現(xiàn)多樣化和非線性化的特點(diǎn)，這些可以進(jìn)一步提高專家系統(tǒng)決策的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和針對性。但是由于目前農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的知識庫設(shè)計嚴(yán)重滯后，無法適應(yīng)知識推理技術(shù)的發(fā)展，大大影響了智能推理的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。因此農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)研究一個主要方向就是在知識庫架構(gòu)技術(shù)的優(yōu)化方面，以便于適應(yīng)目前人工智能技術(shù)和計算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展。

1 知識及知識表示方法

1.1 知識。知識是專家建議決策的重要基礎(chǔ)。專家系統(tǒng)中知識的要素有事實(shí)、規(guī)則、概念等，需要描述這些要素，從而反映知識的內(nèi)部結(jié)構(gòu)關(guān)系，這樣就可以按一定的規(guī)則來推理得出相應(yīng)的結(jié)論，這個描述工具就是知識表示，因此專家系統(tǒng)的核心在知識表示。所謂知識表示就是通過各種信息符號以約定的方式將日常生活經(jīng)驗(yàn)知識轉(zhuǎn)化成計算設(shè)備可以識別、利用和進(jìn)行加工的形式。人工智能技術(shù)中研究知識的學(xué)科分支是知識工程，隨著近年知識工程研究和專家系統(tǒng)研究的深入，知識表示研究已經(jīng)成為人工智能的關(guān)鍵技術(shù)之一和研究的熱點(diǎn)之一。在知識工程研究中，知識表示和管理以及如何能被智能系統(tǒng)充分地利用是重要的研究課題之一。

根據(jù)知識在智能系統(tǒng)中的作用，可將知識分為以下幾種形式：事實(shí)、規(guī)則、控制和元知識；其中事實(shí)類型的知識主要代表了反映有關(guān)問題環(huán)境的一些事實(shí)，它屬于底層知識。例如研究對象事物的屬性、類別，以及對象事物間的關(guān)系等均屬于事實(shí)類型知識。規(guī)則主要代表是受控對象有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)以及推理性知識等，一般使用“IF…Then…”的形式來表達(dá)。控制是知識推理的核心，指能反映問題求解中控制策略的知識。元知識指的是有關(guān)知識的知識，一般指制定規(guī)則、解釋規(guī)則、校驗(yàn)規(guī)則、解釋程序結(jié)構(gòu)等。

1.2 知識表示方法。在知識工程中，常用的知識表示方法主要有：框架、Petri網(wǎng)、過程、產(chǎn)生式、語義網(wǎng)絡(luò)、面向?qū)ο?、謂詞邏輯等。其中框架、產(chǎn)生式、面向?qū)ο笫亲畛Ｓ玫娜N知識表示方法。這三種知識表示方法并不是完美的，各自有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。產(chǎn)生式表示法特點(diǎn)分析如表1所示：

框架表示法特點(diǎn)分析如表2所示：

從上述分析可以發(fā)現(xiàn)，二種表示方法的綜合體能夠避免一些缺點(diǎn)，但是目前的知識庫設(shè)計無法有效融合上面的表示。

2 基于XML技術(shù)農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)知識庫的設(shè)計

2.1 農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)知識范例。在上述三種知識表示方法中，產(chǎn)生式表示法簡單，易于實(shí)現(xiàn)，因此在農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)中，絕大多數(shù)都是將知識規(guī)則以產(chǎn)生式的形式存儲在文本文件中，以產(chǎn)量相關(guān)知識規(guī)則為例，在文本文件中以如下形式保存：

IF 同等地力其他農(nóng)戶三年平均產(chǎn)量>19500斤 THEN 其他農(nóng)戶三年平均產(chǎn)量所在產(chǎn)量水平為超高產(chǎn)水平

IF 15000斤<同等地力其他農(nóng)戶三年平均產(chǎn)量<=19500斤 THEN 其他農(nóng)戶三年平均產(chǎn)量所在產(chǎn)量水平為高產(chǎn)水平

IF 10500斤<=同等地力其他農(nóng)戶三年平均產(chǎn)量<=15000斤 THEN 其他農(nóng)戶三年平均產(chǎn)量所在產(chǎn)量水平為中產(chǎn)水平

IF 同等地力其他農(nóng)戶三年平均產(chǎn)量<=10500斤 THEN 其他農(nóng)戶三年平均產(chǎn)量所在產(chǎn)量水平為低產(chǎn)水平

產(chǎn)生式表示法在表示簡單知識規(guī)則時沒有問題，但是其在表示復(fù)雜關(guān)系知識則有嚴(yán)重缺陷。因?yàn)樵谵r(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不同對象之間，具有一定繼承性、關(guān)聯(lián)性和層次性，產(chǎn)生式表示法無法展現(xiàn)這些特性。因此如果針對產(chǎn)生式表示法、框架和面向?qū)ο笮问竭M(jìn)行整合，構(gòu)建具有繼承、面向?qū)ο蟮忍匦缘闹R庫架構(gòu)，這樣可充分展現(xiàn)知識結(jié)構(gòu)層次結(jié)構(gòu)，表示復(fù)雜的知識結(jié)構(gòu)，提高農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)知識處理水平。

對上述三種表示方法進(jìn)行整合，需要一個實(shí)現(xiàn)的工具，這個工具能夠清晰表示出繼承、關(guān)聯(lián)和層次性，同時也易于處理，從這一方面來說，XML技術(shù)是最理想的實(shí)現(xiàn)工具。本文就是利用XML技術(shù)來實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的知識庫架構(gòu)，從而達(dá)到了將上述三種表示整合的目標(biāo)。這種架構(gòu)具備了三種表示方法優(yōu)點(diǎn)，同時又避免三種表示方法各自缺點(diǎn)，可以充分體現(xiàn)推理分析層次和技術(shù)呈現(xiàn)多樣化和非線性化的特點(diǎn)。

2.2 基于XML技術(shù)農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)知識庫架構(gòu)及推理模塊設(shè)計。在專家系統(tǒng)中，推理過程就是人機(jī)交互的過程，使用者將所掌握的信息，通過交互平臺反饋給推理機(jī)，農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)推理機(jī)利用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)決策模型、知識庫、綜合數(shù)據(jù)庫，在專家知識和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用推理算法來進(jìn)行知識推理，找到用戶所需結(jié)果，并形成專家建議，反饋給用戶。

農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)推理模塊結(jié)構(gòu)由四部分組成：人機(jī)交互界面、知識庫、知識處理模塊和推理機(jī)模塊。其中人機(jī)交互界面的主要功能是把用戶所輸入的信息或外來數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)的內(nèi)部表示形式，并交給農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)推理機(jī)處理，農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)推理機(jī)輸出的推理結(jié)果也可以由人機(jī)交互界面轉(zhuǎn)換成用戶易于理解的結(jié)果展示方式。農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)知識管理模塊是指對系統(tǒng)知識庫中的知識進(jìn)行管理、設(shè)置和控制的功能模塊，它的主要作用是輔助推理機(jī)完成對知識庫的各種操作，并向咨詢用戶提供知識檢索和查詢手段，其中XML處理技術(shù)就在這一模塊實(shí)現(xiàn)；其功能包括知識更新、知識獲取、知識校驗(yàn)、知識求精、知識查詢等。農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)推理模塊主要包括推理機(jī)和解釋機(jī)制，農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)推理機(jī)主要是依據(jù)推理模型和算法，解析知識，得出結(jié)論；解釋機(jī)制主要是負(fù)責(zé)引導(dǎo)用戶輸入掌握信息和將結(jié)論以用戶接受的方式解釋。

3 結(jié)論

本文以XML技術(shù)針對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)知識進(jìn)行了表示，整合了框架、產(chǎn)生式規(guī)則、面向?qū)ο笫侨N常用的知識表示方法，集中了三者的優(yōu)點(diǎn)，避免了其不足之處。并以此為基礎(chǔ)構(gòu)建農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的知識庫。這種新的知識庫架構(gòu)設(shè)計，可以充分體現(xiàn)出農(nóng)業(yè)生產(chǎn)知識的繼承、關(guān)聯(lián)和層次的特點(diǎn)，可以充分表示出知識的復(fù)雜關(guān)系。同時由于XML技術(shù)解析、處理目前有很多程序設(shè)計語言都可以實(shí)現(xiàn)，因此利用XML技術(shù)來構(gòu)建農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的知識庫比目前文本形式的知識庫更易于體現(xiàn)推理分析層次和技術(shù)呈現(xiàn)多樣化和非線性化的特點(diǎn)，適應(yīng)目前人工智能技術(shù)的新發(fā)展，提高農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，有利于農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的應(yīng)用普及。本文的研究在農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)研究具有一定創(chuàng)新性，也可以將其推廣到農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)模型庫的架構(gòu)設(shè)計中，具有一定應(yīng)用價值。

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作者簡介：朱春嬈（1982-），女，助理館員，碩士，從事人工智能研究。

作者單位：長春工程學(xué)院 圖書館，長春 130012；長春工程學(xué)院 計算機(jī)技術(shù)與工程學(xué)院，長春 130012

基金項(xiàng)目：農(nóng)業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目（200803037）；吉林省科技發(fā)展計劃項(xiàng)目（2006BAD02A10-6-6）。