第四章 系統(tǒng)上下文的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與智能數(shù)據(jù)庫
系統(tǒng)上下文是組織系統(tǒng)信息的基本部分，是當(dāng)前求解狀態(tài)的符號、事實(shí)和各種設(shè)計(jì)結(jié)果的集合，是專家系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)。
4.1系統(tǒng)上下文的組成
1.系統(tǒng)的上下文：專家系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，通過訪問上下文（動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫）獲得數(shù)據(jù)，決策完成后再將決策結(jié)果儲存在上下文中。上下文的組織形式、布局、數(shù)據(jù)的交換過程對專家系統(tǒng)的組織影響很大。如果系統(tǒng)上下文的組織符合數(shù)據(jù)的內(nèi)在聯(lián)系，很容易存取各項(xiàng)數(shù)據(jù)，不僅能夠使系統(tǒng)的數(shù)據(jù)組織順理成章，而且便于使用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫以及快速查詢，從而提高系統(tǒng)的使用性能和實(shí)用價(jià)值。
圓柱齒輪減速器設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)是由LlSP語言編寫。LISP 語言是一種表處理語言（listpr cessing language )，數(shù)據(jù)及程序均由S一表達(dá)式構(gòu)成，其基本結(jié)構(gòu)形式是表（程序和數(shù)據(jù)沒有本質(zhì)區(qū)別）。使用這種表結(jié)構(gòu)，具有：
·全局性能好。通過表之間的連接，系統(tǒng)能夠進(jìn)行統(tǒng)籌管理；
·透明度高。按一定的格式，程序很容易讀；
·結(jié)構(gòu)性好；
·以表形式表達(dá)的數(shù)據(jù)非常容易擴(kuò)充。
利用人工智能語言LISP 在構(gòu)造程序上的極大便利性，可方便地實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的智能數(shù)據(jù)庫（上下文）。
2.上下文的組成：圓柱齒輪減速器設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)的上下文由三部分組成，它們分別是斷言表（ASSAERTIONS）、設(shè)計(jì)參數(shù)表（PARA METERAS）和進(jìn)程表（HlSTORY）。
斷言表是構(gòu)成產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本組成部分，它實(shí)際上是一堆棧表，即后進(jìn)入斷言表的斷言在規(guī)則調(diào)用中首先被匹配，這種組織方式能夠節(jié)省時(shí)間上的開銷，因?yàn)楸倦A段設(shè)計(jì)任務(wù)與當(dāng)前設(shè)計(jì)環(huán)境有更直接的聯(lián)系。
設(shè)計(jì)參數(shù)表是用于存放圓柱齒輪減速器專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的各種零件參數(shù)及其它設(shè)計(jì)結(jié)果果的表的集合，它由一系列的框架組成。其中包括了圈柱齒輪減速羚的所有零件，例如箱體、軸、齒輪、……。用框架形式表達(dá)設(shè)計(jì)參數(shù)比用斷言形式更加自然。
斷言表和設(shè)計(jì)參數(shù)表根據(jù)實(shí)際需要可以互相轉(zhuǎn)化，通過作者研制的一套轉(zhuǎn)換函數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)從斷言表中匹配出所需的斷言，并從斷言中取得所要求的公式、數(shù)表或數(shù)值以及所需的操作；同時(shí)，參數(shù)設(shè)計(jì)表中的內(nèi)容也可通過相應(yīng)的函數(shù)實(shí)現(xiàn)相反的轉(zhuǎn)變。
進(jìn)程表是專家系統(tǒng)運(yùn)行過程的記錄，主要用于解釋、查詢及控制等功能。
4.2智能數(shù)據(jù)庫
1.智能數(shù)據(jù)庫的組織
圓柱齒輪減速器作為一個(gè)機(jī)器整體，各零件間是密切關(guān)聯(lián)的，其相互間的聯(lián)系如圖4-1所示。
從圖4-1中衍生的圓往齒輪減速器設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)的數(shù)據(jù)間的邏輯組織形式如圖4-2。
圖4-2為一樹狀結(jié)構(gòu)，其中樹的葉結(jié)點(diǎn)均為相應(yīng)零、部件所定義的框架結(jié)構(gòu)。根據(jù)數(shù)據(jù)組織的層次關(guān)系，建立起專家系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫的層次關(guān)系庫。
2.智能數(shù)據(jù)庫的實(shí)現(xiàn)
LlSP語言是表處理語言，讓我們簡單看一下表的內(nèi)存表示法。
從概念上看，一般計(jì)算機(jī)內(nèi)存是由許多編了號碼的內(nèi)存單元組成。一個(gè)特定的內(nèi)存單元的編號稱內(nèi)存地址。如
| 單元的地址 |
單元的內(nèi)容 |
2001 |
9100 |
2003 |
9025 |
2003 |
9001 |
內(nèi)存單元的內(nèi)容是數(shù)字，像地址一樣。因此，一個(gè)內(nèi)存單元的內(nèi)容可以說包含了另一個(gè)單元的地址。如果對內(nèi)存單元的內(nèi)容作這種解釋，那么第一內(nèi)存單元被說成包含另一個(gè)單元的指針。如內(nèi)存單元2001含有指向9100內(nèi)存單元的指針。一般在LISP語言中，內(nèi)存單元大的可以包含兩個(gè)指針，左半指針和右半指針。其中，右半指針把表串在一起，而左半指針指出表的各元素�？梢杂孟旅娴某橄蠓绞奖硎�，即方盒一箭頭表示。每一個(gè)指針用一個(gè)箭頭表示，表可以用帶有左、右指針的許多方盒來表示，用右指針把方盒連在一起，用帶斜杠的方盒表示表的結(jié)尾，原子則簡單地寫下名字。
通過以上的描述方法，原子context的值（assertions parameters history）可表達(dá)為：
通過層次結(jié)構(gòu)（或稱樹結(jié)構(gòu)）的遍歷，通過LISP語言的再求值（EVAL）函數(shù)，便可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的一系列操作。以圖4-2為例，說明數(shù)據(jù)庫的查詢過程。
在當(dāng)前數(shù)據(jù)庫中查找到box-data，通過對原于box-data再求值，便可得到box-data框架，通過對box-data框架運(yùn)行，可得到箱體的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)庫的智能查詢：數(shù)據(jù)庫的智能查詢是指可對當(dāng)前數(shù)據(jù)庫進(jìn)行如下所示的操作：
·所設(shè)計(jì)的圓柱齒輪減速器的傳動(dòng)級數(shù)；
·各傳動(dòng)軸的功能；
·某軸上安裝的齒輪號；
·與該齒輪嚙合的齒輪號；
·齒輪傳遞關(guān)系；
……
以上操作可以通過斷言表及設(shè)計(jì)參數(shù)框架的組合進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。
3.智能數(shù)據(jù)庫的存取
（1）樹的遍歷：這種方法中，數(shù)據(jù)以前序遍歷、即首先搜索樹的根結(jié)點(diǎn)，然后搜索樹的子結(jié)點(diǎn)的方法實(shí)現(xiàn)。
（2）通用選擇法：通用選擇法不依賴于選擇內(nèi)容在樹結(jié)構(gòu)中的位置和順序，而是根據(jù)所確定的選擇條件，直接對原子求值，選擇所需內(nèi)容。
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