1、軟件研制2007 4午+于丈就專冢系統外殼的數據庫設計梁靈輝1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing blouse. All rights reserved. h(tp:w軟件研制2007 4午+于丈就1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing blouse. All rights reserved. h(tp:w軟件研制2007 4午+于丈就信思技術新課程標準中已經設立入工智能初步.選 修整塊。該橫塊由3個主題組成：知識及貝覆達、推理 弓專家系統、人工智繼語舌

2、與問題宋解。國內有關教學 型專家系統的資料相對欠缺，還沒有現成的專家系統外殼 供教學底用，作者針對人工皆能初步課程專家系統模 塊的教學目標，開發了 宕俱專彖系統外殼（以下簡鄭 本系統），可収利用広系統開發簡單的琴家系統，實現中 小學校人工智能諜程的教學雯求。知識表示與推理髓略 崔專家系統外殼程厚開發的兩大關整問題.本文在知識茨 示的基礎上分析了如何用數據庫實現知識的數擄結構。目痢比較成熟的專家系統由六個8B分組成：知識庠、 推理機、上下文、入機接口、解釋程題和知識獲取程 序。b專家系統的基本特征是知識庫與推理機相分離.eo 解決問題的知識與使用知識的程序相分離。知識庫和上 下文分別存儲專家系統

3、戌規則庫與用戶事買，這兩部分均 涉及知識的表示方劉。推理機、解釋程房、丸識獲取程 房及人機接口應設計成棧立于應用領域知識，這四部分稱 為專家系統外殼程序。數據庫設計的目的宦把九識庫與 上下文的知識畏示方式逬行通用化處理，達到對不伺SZ用 領域知識的支持。一、數據結構設計（一）知識表示方法專家系統的研究和設汁著棗于知識處理，它包括知識 的獲取、茂示和利用三個核也環節。知識表示研究各種 存儲兄識的數據結梅設計，以硬在這些數據結構中存倍領 域知識、開發各種靈活操縱這些數堀結構電推理過程、便 知識的茂示和運用坯識的控制相融合。一個專家系統中 知識衣示模式的恰當與否不僅與知識迫肖效存儲育關，也 直接影蹈

4、若系統的兄識獲取能力和知識運用效率.因而知 識表示是知識處理中最基本的一個問題。專家系統的妞識按表示方法分為邏損表示法、產生 式表示法、語義網絡茂示法、框架表示法、特性表責示法 等。不同的知識表示方法適用于不同的應用領域，在專 家系統設計過程中，可以結合領域知識的時點.選用一秤 或多種知識表示方法。結合目聞主流專家系統的刃識表 示方法以及人工番能初步諫程專家系統模塊的教學目 標，亡智專家系統外汽（IX下向稱本疥統）采用產生 式責示法。產生式茨示法也稱規則表示法，采用這種袤 示法的專家系統稱為基于規則的專家系統。（二）產生式系統的擴展產生式規則的一般形式如下：R詳：1F E THEN H wit

5、h CF （H |E）由以上產生式規嘰的構成可以看出，每一條規則王要 由四部分組成：規則呂稱R再、條件邸分E、結論部分H 以及可信度CF （H |E）O條件部分E則可能是多丁條件 元素（把組成E的各個邏輯組合El、E2、En等稱為條 件元累）的邏輯組合.即E的一般形式為E= （El AND E2 ANDE3 .ANDEn） F規則庫數搖結構的設計主我 探討如何處理條件部分的數據結構。為實現知識責示的通用性，本系統對產生式規則的表 示方式進行了擴展，把條件元素En表示成如下形式：En=<屬性 >< 連接 ><腐性值條件元索的擴展有兩種方式：第一他萬式是直接用 En來

6、帖換膺性，而對屬性值逬行擴展；另一種方式是把E 擴展成屬性與關性值兩部分。通埒精況下，可以采用第 一種方式逬行擴展，履性值取"IT、假.兩值形式； 屬性值為真時畏示81性成立，厲牲但為假.時發示 屬性不成立。連接” q以為、> x y三 種形弍.=連接符主姜用于表示字符型屬性與屬性值 之間的關系，也可以用于責示數值型屬性與靜性值之閭的 關系，而>與v連接符則用于喪示數值型舄性與 厲性值之間的關系C（三）規則的轉換規則的轉換實觀普通規則表達形式到擴展規則表達形 式的轉換，采用擴展形式表示規則，不僅使知識表示的通 用性更郵.還可以使得產生式系統的推理網絡車加向羊。 下面將以汽

7、車維修知識中的三條規則為例.闡述如何實觀 規則喪達形式的轉炭。規則的轉渙實你是對條件元素部分逬行轉換。本系統把條件元素分成三種類型：邏輯型、數值型和多值型。 下面將分別闡述如何針對三類條件元素逬行轉換：普通形瓦Rl： IFJ8動汽車時馬達堰無反應THEN電池壞，請更換電池R2： IF啟動汽車時馬達轉速低AND 開目削大燈燈光變暗AND 愿蕙花超過200元的維修費用 THEN更換電池或繪電池充電R3： IF啟動汽車時馬達轉速正常and 不能聞到汽注味AND THEN油箱空了，譴加油擴展形式;Rl： IF啟動汽車時馬達=專無反應THEN電池壞，誡更換電池R2： IF呂動汽車迥馬達=轉速低AND 開

8、啟前大燈燈光變暗AND 惠意花維修費用200ITHEN更渙電迪或給電池充電、R3： IFI再動汽車時2達二轉速正常AND ；不能聞到汽濁味=真;THEN油箱空了，譴加油丨1 砂夏開自印大燈燈光變暗（R2）與不能聞到汽油 味（R3）屬于真、假兩值型條件元素，幷在規 則中只出現一次。可IX把這類條件元索歸入邏耀型條件 元累，其中條件元素將直接對應擴展規則中屬性，以屬姓 值真.夷示屬性成立，而屬性值假.表示屬性不成 立。以上條件元累擴展后分別為開啟前大燈燈光變暗 =臭及不能聞到汽油味=真。"跟意花jffiiS 200 TEffi）維陽賃用.（K2） , 6以轉渙 成邏握型條件元察眼慧花超過

9、200元鏈維修費用= 真，這樣用戶在與專家系統交互過程B只能選擇真 SR 假.來喪示用戶事買是否與屬性相符，降低了系統的 靈活性。對于這類內部具育數值的條件元素，d以歸入 數值型條件元累，把它轉換成扇意花的維修費用 200-,用戶在與專家系統交互的過程中可以輸入具體數 值，系統通過與數值型厲性值200逬行比較后再確定用戶 事買是否與廈性相符合，提畫S系統的靈活性。3參值鴉啟動汽車時馬達電無反應（R1）、啟動汽車時 馬達餐速低（R2）、呂動汽車時馬達轉速正常*（R3）,以上條件元素可以按照邏將型條件元索的形式逬 行轉換，但會引起推理網絡的夏雜化。分析以上條件元 索可以發現，均屬于啟動斉車時馬達的

10、反應，可以耙上述 條件元素轉換成多偵型條件元素，BDIX 啟動汽車吋馬 達作為屬性，而把宅無反0T、"轉速低-、轉速 正常.作為履性值。以上轉換將把三個屬性轉渙成一個 劇性，使得推理網絡更加間卑。二、數據庫設計1.則本系統耍求數據庫管理系統能支持標準SQL操作以 及事務處理，同時要求數據庫能在單機上逬行方便的安 裝。符合條件的數據庫產品育Access、Mysqk SQL Serv er桌面版、Sybase桌面版等，后三者數據庫昔理系統均需 要單獨安裝相應的眼務端程滓才能提供數據庫服務，對終 端用戶要求較鬲。雖然Access在數據庫系統將性方面還 有所欠錶，但巳能買現本系統對數據庫的基

11、本要求，Ae cess數據庫使用痢只需安妓Msjct數據庫引聖即可，這 部分安裝工作可以由安狡程房厲接完成。采用Access數 據庫還能實現從AE3到SQL Server的平骨遷移，為系 統的網絡支持提供了方便。2.4UI岸的規絶化關系摸型有嚴格的數學理論基礎，也是應用最廠泛的 數搖棋型，一個好的關系模式應該滿足一定的規范化要 求。一般定義范式為満足一定約束要求的關系模式的集 合，低級范式的關系樓式轉換為商級范式的關系模式集合 8D為規范化。數據庫規范化設計時主要用到第一范式、 第二范式及第三范式。第一范式是對關系最基本的鷲 求，罡AK氐級的范式，不滿足第一范式的數蜓庫就不是關 系數據庫。一定

12、的關系規范化是必須的，但關系規范化 程度增鬲會引起關系澳式的農現力變差，數據操縱變蔑 雜，操縱代價變大。為實昨糸統對多T卸識庫旳支拎，將運用范戲埋論 來對產生式系統的擴展形式逬行規范5,井用數據庠來實 現相應迫數據結構。未經規范化的規則關系如下：Rules RuleName, RuleTerm f RuleResultf RuleCF1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing blouse. All rights reserved. h(tp:w和乍丈款2007 < 4軟件研制對于規則關系Rules,由于規則條件由 多個條

13、件元累組成，以上關系不符合第一范式，應該把規 則條件逬行分周并定義一個新的規則條件關系Term,關 系如包括條件圧擴展茨示形式；本系統目師只對單條 結論捏快支持，考息到系統以后的擴展性，規則結論 -RuleResult-也可能由多個結論組成，因此把規則結論 分離并宦義觀則結論關系Resu!to關系Rules經過分解后 將變成三個關系：Rules （RuleName, RuleCF Term TermName , TermConn , TermKeyResult RuleRcsult >Rules關系中的規則笆字段RuleName很難保證不既 復，不具爸作為關鎮字的條件。對于Rules關系

14、可以引入 自動編號字段RuleN。來標識關系中的每一列，RuleNo將 成為關系中的惟一關鍵字。Term關系中的三個字段不符 合作為關鍵字的條件，也可以在Arm關系中引入自動編 號字段TennNo來區分條件元素。Result關系衣示規則 的結論部分，除了弓入結論縮號字段作為關鍵字以外，還 要加入多媒體他展字段以實現對多媒體的支持，加入IsFr nal字段來實現多層掛理網絡的支持。以下的關系已經符 合第二范式，具育星號的字段麥示對應的關鍵字。Rules!RuleNo * , RuleName, RuleCF Term TermNo * , TennName , TermConn , TermKe

15、yResult ResultNo , RuleResult, ImageName, Medt aName, IsFjnal 上述三個關系同樣不存在傳遞依飯，因此也符合第三 范式。專家系統要實現對多個知識庫的支持，還要建立 如識庫關系采表示不厲的矩識。為實現人機交互過程的 智能化，專家系統還要提供參君項及相應條件元素屬性的 自然語言描述。知識庫數據表引入知識庫編號的冗余字 段，雖然違反了數據庫的規范化理論，但在程序設計方面 帶來了極大的方便性。3.知識廉敷攜裹設計知識庫存儲各個矩識庫對應的規則以及每條規則對應 的條件以及結論。（1）知識庫色禰養（如圖1）。知識庫名稱表用于 存放呂個不同的知識庫規

16、則庫）名稱。知識庫編號用 于識別不同的知識庫。提示庫生成標志字段用于人機交 互數據養中邏輯型廚性參考值閔自動生成。（2）觀則名稱農（如圖2）o觀則召稱衣用于存放矩 識庫中每條規則對應的信患，貝中觀則號用于識別不同的 規則，規則名稱字段對應規則的規則名，規則信度代表 當師規則的他度，用于不WI確推理中信度的合成。知識庫編號字段用于茂示每條規則相對應的如識癢。（3規則條件責（如圖3）o規則條件表用于存放睜 條規則的條件部分（或稱前件），由于每條規則的條件部 分可以由多個條件元素組成，厚個條件元累由屬性、聯 結、屬性值奢組成。條件號用于區分每個子條件。系統 默認用=來連接所有屬性值，箝別是字符型屬性

17、值。 而>與<則王雯用于連接數值型的屬性但（如 體a>37-）o田4規則結論數據表（4）規則結論表（如圖4 ）。規則結論表用于存放每 條規則對應的結論部分，其中ImageName和MediaName 字段分別存儲每條規則對應的圖片信息文件名與多媒體信 后文件呂。邏農型字段hFinal衣示本規則對血的結論是 否為最終結論（False代表中間結論、Thie代表最終結 論），本字段在錄入規則時由專家系統知識獲取程序自動 判定。4.同“皴抒覆設計問題庫存倍專家系統與用戶人機交互時所用的問題與& 1994-2011 China Academic Journal Electron

18、ic Publishing House All rights reserved, http:/'wwk"T小Gt款 20074軟件研制軟件研制© 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.hUp:/Ala .net"T小Gt款 20074軟件研制© 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.hUp:/Ala

19、 .net"T小Gt款 20074軟件研制"七J5SF與"勾BMTMaSMffiB理.ASSSH)膺劍嵐© 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.hUp:/Ala .net"T小Gt款 20074軟件研制© 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.hUp:/Ala .net"T小

20、Gt款 20074軟件研制“七巧板.是中國很古老的游戲。在西方，七巧板 被稱為唐圖（Tangram）-.意即中國的圖形。研究 衣匪，可以題過匸犬極的間車平務毆血桟，即可隨怠地拼 出形狀不問閑花鳥蟲魚、走赳牲、工貝器皿、舟車人物 弩圖案超過1600種°在數學中，用七巧板可拼成礙叢三 角形、長方形、平行四邊形、直角梯形、警腰梯形、五邊 形、六邊形奢幾何屋形，而旦在這些圖形中可以逬行等積 變換。"勾股定理.也是我國最經典的數學發現。據考 證，勾股定理的發現超過4000年，它是改變人類50大科 學定理之一，是世界上證明方法晟多的定理，超過500多 種。這里運用幾何岡板間擺制作一個勾

21、股板”。它不 僅錢間便證明勾股定理，而且還有很多貝他的教學功能。無論逕七巧板還逞勾股板，它們規含我國古代數學冢 提出的出入相補這一弟賽幾何原理。在數學課堂教 學中，運用它們有勖于激發學生的學3興趣和求知欲，能 夠給學生帶采有益的知識，鍛煉學生的智力、培養學生的 想象展力、審奚情趣、發展學生的創造性思維。有些教 師運用flash等平臺制作七巧板課件爭，但這種課件旣制 作費時，又沒有很児的交互性，不便于教師操作與控制。 這里，筆者介紹運用幾何匾板（4.06版本）制作七巧板與 勾股板的一沖閒單穹易窣握的方法、原理及運用。-、七巧板的制作方法、原理與運用制作的七巧板課化如同現實游戲中七巧板那樣，可以

22、隨息組合，其基本原理是對一個正方形（如圖J作分割 匪得到一個小正方形、一個平行四邊形、兩個全等的夫等 腰直角三角形、兩個全尊的小辱腰直角三角形和一個中等 的警緩直角三角形。這反映在課件中的交互性王妾體現 在：能夠運用鼠標左鍵隨意移動或底轉七巧板的任何小 塊，配合鍵處上的丕右、上下方向逬行輕微移初或庚轉， 豪終拼成和分解出目標圖形。1 創柞方法第一步，作一卞如圖1的正方形：運用線段工貝 作線段AB,左鍵雙擊A,選中B,通過變換"的板 轉,旋轉丸度得到B，,左鎮雙擊B',選中A,通過 變換的旋轉° ,旋轉90度得到A 連接B、A、 3r、A'成正75形BAH A

23、 ' o第二步，分割匚方形為七個小塊：連接 朋，作BB'© 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.hUp:/Ala .net"T小Gt款 20074軟件研制冊“ 2iiiiMuiiii別iiii<5nih川 isgiiii* 川 111” 山 1»1停川 itiiisi i川 i.i”川 iii© 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing H

24、ouse. All rights reserved.hUp:/Ala .net"T小Gt款 20074軟件研制相應的選頂，用戶以已知事實為條件.乳斷問題與事買定 否匹配來選擇相應的選頂。問越庫數據衣應該包括問題 呂稱聶與問越選頂表。圖6問題遶項數堤表（1）問題名稱表（如圖5） 問題名稱表存虧人機交互時的問題。其中PramptType字段存fg問題選頂呈 現的形式.包括多選頂、下拉列表或編輯梏控件尊形式呈 現。PrwnptTitle ?段與lermld字段組含使用，lirmld 字段對應擴展規則中條件元索的屬性，Prom pt Title字段 提供了對Termld字段的雖新定義。對于疾

25、病診新專家系 統中的一個展性lermld病位是* ,我們可以用 PromptTiltle 示成用戶更易于理解的語言.如您生病的別位在哪里9 、您哪里不舒服？ *等尊。（2）呵題選取責（如圖6）。問題庫選項表用于存 儲人機交互時問越對應的選頂.OpdonZa叫字段代表每 T不冋的選頂.PrcmptNo T段代衣毎T選項對應的問越 編號。5上下丈4UML役計上下文數據表（如圖7）用于存放系統運行過程中的 中點為C,冏理作BC、CB，、BA、AB'的中點分別為D、E、F和G,再作FG的中點H,連接A ' C、DH、CH、EG,將正方形分為七個小塊（如圖2）。第三步，將七個小塊塡充七種

26、不間迪顏色：選中 A'、C、E'三點，通過作圖的三角形內部-,將三 角形A，CB '的內部填充顏色。間理填充其他六個小塊 圖形的內部顏色（可以填充相同的、或不同的顏色）。-第四步，作七個目田移動和賽轉的小塊：為了使得七 巧板的每小塊能夠自由移動和換轉;運用全等思想，制作 每小塊全等圖形。下面以制作與三角形A，CB '全等的 圖形為例說明。作自由點I （目的是保證自由移動），以臨時數據.包括系統運行過程中用戶提供的爭實、事實結 論、事買可信度和推理過程中所育參與推理的細則號。FactName存儲用尸提快的初始事實，FactKey存儲每次用戶與系統交互后的事實緒論.

27、推理機將運用上下文中的 FactName字段與FactKey字段分別與規則庫中的屬性字 段TermName及屬性值TermKey字段逬行匹配。Confidence 存儲擇次交互時用戶事實對應的例度。Fact: &iFactld目動編號爭實鋼號factHwiv*FylKty好KuleNoConfid.nc.數字事實可值度圖7上下文數據表三結論本文結合專家系筑的產生式衣示方法.提出了擴展型 為圓心，A，C為半徑甌圓，在該呀上任意取原J （目的 是屎證自由旋轉），將點J繞圓也I漩轉90度得到J ', 連接JI盯成三角形，并將其內部顏色填充為與三角形 A，CB ' 致的顏色。此時，運用左鍵點擊內部或邊，QJ 以自由移動（運用餐盤方向穩也可以，左鍵按住點丿或 點' , ®以自由旋轉三角形J1