柴俊霞，薛瑞，劉道華

（1.北京市東城區(qū)職業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)系，北京　100020；2.信陽(yáng)師范學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院，信陽(yáng)　464000）

數(shù)據(jù)庫(kù)表與MATLAB矩陣間的轉(zhuǎn)化推理及其應(yīng)用

柴俊霞1，薛瑞2，劉道華2

（1.北京市東城區(qū)職業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)系，北京100020；2.信陽(yáng)師范學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院，信陽(yáng)464000）

0　引言

在專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)的建造上，目前形式多樣，有基于謂詞的邏輯表示；有基于層次結(jié)構(gòu)的樹狀表示；有基于面向?qū)ο蟮目蚣鼙硎?；有基于神?jīng)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)表示［1］。隨著近年來(lái)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，建造分布式協(xié)同專家系統(tǒng)的需求已迫在眉睫，然而在基于Internet網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)庫(kù)中知識(shí)的訪問(wèn)就要考慮到知識(shí)庫(kù)的存放形式，也就是要分析專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)存放的空間復(fù)雜度，以及其推理速度上的時(shí)間復(fù)雜度［2～4］。然而基于SQL Server及Access等大型綜合數(shù)據(jù)庫(kù)是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)存放的最好形式，因此這種數(shù)據(jù)庫(kù)存放知識(shí)的形式也是建造分布式協(xié)同專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)的理想形式，同時(shí)其數(shù)據(jù)存放的規(guī)范性便于專家系統(tǒng)知識(shí)的獲得，也有利于推理機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)［5］。一定知識(shí)庫(kù)的存放形式也決定了一定形式的推理機(jī)制，以往的推理機(jī)制形式多樣，但大都沒(méi)考慮應(yīng)用前景，而在許多工程專家系統(tǒng)的建造中，要用到許多工程計(jì)算及工程設(shè)計(jì)的優(yōu)化，因此以往的專家系統(tǒng)推理機(jī)制很難與工程計(jì)算及優(yōu)化相接合［6］。本文正是基于此種思想，利用MATLAB強(qiáng)大的矩陣處理能力圖形可視化功能，建造了專家系統(tǒng)中知識(shí)庫(kù)的數(shù)據(jù)表與MATLAB矩陣間的轉(zhuǎn)化推理機(jī)制，并給出該種機(jī)制的推理實(shí)例，同時(shí)分析了其在專家系統(tǒng)建造中的應(yīng)用。

1　專家系統(tǒng)中知識(shí)的數(shù)據(jù)庫(kù)存放形式

專家系統(tǒng)中知識(shí)的表示存在確定性及不確定性兩種，其推理的規(guī)則也有其規(guī)則的可信度，因此對(duì)于產(chǎn)生式規(guī)則由于其有規(guī)范的構(gòu)成形式，如：

式中Pkj（Pk1，Pk2，…，Pkm）分別表示規(guī)則的前提斷言（子前提）；tkj為第k條規(guī)則第j個(gè)斷言的可信度值，表示該斷言的確定性程度；wkj為規(guī)則的權(quán)重，滿足關(guān)系；Qk表示第k條規(guī)則的結(jié)論；Cfk為第k條規(guī)則的可信度，其為一數(shù)值。為了保證數(shù)據(jù)表的一致規(guī)范性，在建立知識(shí)庫(kù)時(shí)均用特定的標(biāo)號(hào)來(lái)存放其對(duì)應(yīng)的事實(shí)及其相關(guān)可信度因子，為了提高推理機(jī)搜索速度，在知識(shí)庫(kù)表的存放時(shí)，把具有相同類的規(guī)則進(jìn)行分組處理，將描述某一問(wèn)題的關(guān)系規(guī)則存放在一張數(shù)據(jù)表中，因此其表的形式如下：規(guī)則編號(hào)（C，3）、事實(shí)編號(hào)1（C，3）、編號(hào)1可信度因子（N，3）、事實(shí)編號(hào)2（C，3）、編號(hào)2可信度因子（N，3）、…、結(jié)論事實(shí)編號(hào)1（C，3）、結(jié)論事實(shí)編號(hào)2（C，3）、…、規(guī)則的可信度因子（N，3）。

2　數(shù)據(jù)表與矩陣間的推理方法

將要推理的事實(shí)規(guī)則進(jìn)行歸一化處理，并將歸一化處理后的結(jié)果映射到數(shù)據(jù)庫(kù)一張表上，之后將已知推理事實(shí)映射到m×n的矩陣中，將矩陣的基本操作改變?yōu)榫仃嚱Y(jié)論部分映射的矩陣列的值，然后再將處理后的矩陣再映射返回到事實(shí)表中，且將推理出的結(jié)果部分值在事實(shí)表的編號(hào)中尋找，從而獲得新的事實(shí)表，如果出現(xiàn)有多條結(jié)論，系統(tǒng)將采用沖突消解，之后由得到的事實(shí)表再一次映射到矩陣中，如此循環(huán)，一直到最終獲得結(jié)論為止。

為了簡(jiǎn)化規(guī)則中出現(xiàn)的可信度計(jì)算及多結(jié)論事實(shí)的出現(xiàn)（其實(shí)存在也一樣），假設(shè)存在有如下規(guī)則庫(kù)（表1）。

則有上規(guī)則庫(kù)對(duì)應(yīng)的規(guī)則庫(kù)表如表2所示。

表2　規(guī)則庫(kù)表

現(xiàn)假設(shè)存在如下已知推理事實(shí)：

機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)形式為精確（A01），機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式為緊湊（A02），機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率高（A03），機(jī)構(gòu)響應(yīng)速度快（A04），傳動(dòng)比確定（A06），載荷計(jì)算滿足（A07），為重載荷 （A09），為重要應(yīng)用 （A10），齒輪材料為40（r）（A12），為中等沖擊（A13）

則由上已知推理事實(shí)映射對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)表如表3所示。

表3　數(shù)據(jù)庫(kù)表

當(dāng)矩陣多行同時(shí)存在“1”時(shí)，則采用沖突消解進(jìn)行處理。

由上處理后的矩陣轉(zhuǎn)化為事實(shí)表如表4所示。

表4　矩陣運(yùn)算后的轉(zhuǎn)化的事實(shí)表

由表4的事實(shí)表再轉(zhuǎn)化為矩陣，其結(jié)果如下：

表5　矩陣運(yùn)算后的轉(zhuǎn)化的事實(shí)表

由表5的事實(shí)表再轉(zhuǎn)化為矩陣，其結(jié)果如下：

由上處理后的矩陣轉(zhuǎn)化為事實(shí)表如表6所示。

表6　矩陣運(yùn)算后的轉(zhuǎn)化的事實(shí)表

由表6的事實(shí)表再轉(zhuǎn)化為矩陣，其結(jié)果如下：

（1）當(dāng)A14存在時(shí)，推出結(jié)論為A15，即：用整體淬火熱處理方式；

（2）當(dāng)A14不存在時(shí)，推出結(jié)論為A11，即，選硬齒面形式。

3　專家系統(tǒng)應(yīng)用中的推廣

基于符號(hào)處理的專家系統(tǒng)具有易解釋的機(jī)制但其存在推理速度慢的局限性，而具有形象思維的連接機(jī)制具有并行快速推理但難以解釋的局限性，因此人們想方設(shè)法獲得兩者的優(yōu)點(diǎn)，而建立混合智能專家系統(tǒng)又是目前研究的熱點(diǎn)，然而兩者很難在知識(shí)表達(dá)上相互轉(zhuǎn)化，基于本文提出的數(shù)據(jù)庫(kù)表與MATLAB矩陣的轉(zhuǎn)化推理中出現(xiàn)了對(duì)應(yīng)的“0-1”結(jié)構(gòu)，因此利用規(guī)則的數(shù)據(jù)表轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的MATLAB矩陣中的每一行正好對(duì)應(yīng)為規(guī)則庫(kù)中的一條規(guī)則，這樣就很容易把此條規(guī)則作為ART1（Adaptive Resonance Theory）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，對(duì)于出現(xiàn)的非“0-1”結(jié)論，仍可采用數(shù)據(jù)歸一化處理后轉(zhuǎn)化為［0，1］區(qū)間內(nèi)的任一實(shí)數(shù)值，此時(shí)可采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)ART2結(jié)構(gòu)形式作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，這樣規(guī)則庫(kù)中的每一條規(guī)則經(jīng)MATLAB轉(zhuǎn)化后的矩陣行均可作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練來(lái)固化網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值，也就是將知識(shí)的表示轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值及閾值表達(dá)上，進(jìn)而采用基于模糊的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)推理機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)快速的并行處理，同時(shí)在轉(zhuǎn)化中對(duì)改變值的地方采用二維數(shù)組記錄推理中的規(guī)則變化，便于作混合智能專家系統(tǒng)的解釋使用。

4　結(jié)論

本文分析了專家系統(tǒng)中知識(shí)庫(kù)的存放形式；給出了數(shù)據(jù)庫(kù)表與MATLAB矩陣間的相互轉(zhuǎn)化的推理原理，分析了這種表-陣轉(zhuǎn)化中出現(xiàn)的“0-1”結(jié)構(gòu)在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及遺傳演化算法中的應(yīng)用，該機(jī)制是建立分布式協(xié)同混合智能系統(tǒng)的很好結(jié)合點(diǎn)。

［1］尹朝慶，尹皓.人工智能與專家系統(tǒng)［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2002

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Database Form；MATLAB Matrix；Form-Matrix Reasoning of Transforming；0-1

Transformation Reasoning Between Database Form and MATLAB Matrix and
Its Application

CHAI Jun-xia1，XUE Rui2，LIU Dao-hua2
（1.School of Computer，Beijing Dongcheng District Vocational University，Beijing 100020 2.School of Computer and Information Technology，Xinyang Normal University，Xinyang 464000）

河南省基礎(chǔ)與前沿計(jì)劃研究項(xiàng)目（No.142300410393）、河南省教育廳科學(xué)技術(shù)研究資助項(xiàng)目（No.14A520001）

1007-1423（2015）09-0043-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.09.010

柴俊霞（1978-），女，山西運(yùn)城人，碩士，講師，研究方向?yàn)樯窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用

薛瑞（1979-），女，河南信陽(yáng)人，碩士，講師，研究方向?yàn)橹悄芩惴?/p>

劉道華（1974-），男，河南信陽(yáng)人，博士，教授，研究方向?yàn)橹悄芩惴?/p>

2015-01-13

2015-02-13

分析基于產(chǎn)生式規(guī)則的數(shù)據(jù)庫(kù)存放形式，提出專家系統(tǒng)中規(guī)則的數(shù)據(jù)庫(kù)表與MATLAB矩陣間的轉(zhuǎn)化推理方法，給出這種表-陣轉(zhuǎn)化的推理實(shí)例，進(jìn)而由表-陣轉(zhuǎn)化推理的“0-1”結(jié)構(gòu)分析其在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及遺傳演化算法中的應(yīng)用。

數(shù)據(jù)庫(kù)表；MATLAB矩陣；表-陣轉(zhuǎn)化推理；“0-1”結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

Analyzes database form that is based on producing type regular data stock，proposes the transformation reasoning method among the regular database form and MATLAB matrix in the expert system，provides this kind of form-matrix reasoning instances，and then by the form，matrix transform"0-1"of reasoning structure，analyzes their evolve the application of algorithms in neural network and heredity.