用PowerBuilder建造計算機圖形評分專家系統(tǒng)

王金輝、李興森、劉子英

　　1．引言

　　專家系統(tǒng)作為人工智能應(yīng)用研究最活躍和最廣泛的課題之一，現(xiàn)已在各個領(lǐng)域取得了很大的成功，其主要組成部分包括知識庫、動態(tài)數(shù)據(jù)庫、推理機、解釋器和接口界面等。知識庫存儲關(guān)于某個領(lǐng)域的專門知識，推理機依據(jù)一定的策略進行推理，動態(tài)數(shù)據(jù)庫用于存放系統(tǒng)運行過程中所需要的和產(chǎn)生的各種信息，解釋器負責(zé)解釋用戶需要了解的一些問題，接口界面則用于人機對話。

　　當前，專家系統(tǒng)的建造主要有以下幾種開發(fā)環(huán)境：一種是專家系統(tǒng)外殼；二是專家系統(tǒng)開發(fā)工具；三是通用人工智能語言；四是通用程序設(shè)計語言，如C++、PowerBuilder、 Visual Basic等。

　　C++較適于開發(fā)推理機比較復(fù)雜的專家系統(tǒng)，而對推理相對簡單、動態(tài)數(shù)據(jù)量大的專家系統(tǒng)則顯得大材小用，開發(fā)周期偏長。對于推理機制與方式比較簡單、知識庫數(shù)據(jù)多且復(fù)雜的這一類專家系統(tǒng)，特別適合用數(shù)據(jù)庫開發(fā)工具來建造。專家系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫技術(shù)的結(jié)合已成為當前計算機發(fā)展的一個重要領(lǐng)域。近年來，國內(nèi)外相繼有人研究使用數(shù)據(jù)庫方式組織知識，并已取得一些成果。基于數(shù)據(jù)庫的專家系統(tǒng)以成熟的數(shù)據(jù)庫技術(shù)為載體，利用專家系統(tǒng)的思想方法來進行推理演繹，充分利用專家系統(tǒng)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)兩者所具有的優(yōu)點，以數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，便于添加、修改知識庫，易于通過人機對話實現(xiàn)簡單的學(xué)習(xí)功能，以關(guān)聯(lián)建立知識庫，引導(dǎo)推理，以過濾機制和索引技術(shù)加快搜索，使推理更加簡單、高效。PowerBuilder是目前最有代表性的數(shù)據(jù)庫前端開發(fā)工具之一，已在管理信息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)中獲得廣泛應(yīng)用，取得了巨大成功。

　　我們用PowerBuilder 6.5設(shè)計了一個計算機圖形評分專家系統(tǒng)框架，該系統(tǒng)可對計算機作圖進行評價、打分，可用于各類考試，計算機輔助設(shè)計評價等，具有廣泛的應(yīng)用前景。該方案已用于全國注冊建筑師考試作圖題評分子系統(tǒng)的設(shè)計。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　其中，評分標準獲取模塊用于通過圖形界面輸入評分標準，輸入的評分標準通過知識庫管理模塊進行一致性、冗余性檢查，將正確的標準存入評分標準知識庫。圖形特征提取模塊用于從二維繪圖平臺輸出的文本文件，如AUTOCAD的DXF文件中提取所需的數(shù)據(jù)，通過計算、比較，生成評分所需的屬性值，存為標準格式的文件，用來導(dǎo)入考卷事實庫。劃分數(shù)線模塊用于制定成績各檔次的分數(shù)線，通過一致性檢查后存入分數(shù)線檔次庫。計算機評分結(jié)合考卷事實庫、評分標準知識庫和分數(shù)線檔次庫，進行計算、比較、推理得出初步結(jié)論，通過考生成績管理模塊的一致性檢查后，存入考生成績庫。人工校核模塊用于人工復(fù)核。其中計算機評分模塊的流程圖如圖2所示。

　　2．知識庫、數(shù)據(jù)庫設(shè)計

　　(1)考卷事實庫

　　包括可評分事實庫和答卷庫。可評分事實庫結(jié)構(gòu)為SCORE_FACT(Fact_Id,Score,Score_Type)，用于存放可直接評分的事實。其中，F(xiàn)act_Id是事實代碼，Score是該事實應(yīng)得分數(shù)，Score_Type為給分方式。答卷庫用于存放考生答卷信息， 其結(jié)構(gòu)為EXAM_FACT( Exam_Id, Cat_Code, Item_Code, Value)。其中，Exam_Id為考生準考證號，Cat_Code是試題代碼，Item_Code為答卷條目代碼， Value是該條目的值。

　　(2)評分標準知識庫

　　包括評分標準庫和規(guī)則前后件庫，評分標準庫結(jié)構(gòu)為SCORE_TREE(Item_Code, Item_Name, Item_Demand, Item_Parent_Code,Score_flag)，它用于存放評分標準的所有條目內(nèi)容及其關(guān)系。其中，Item_Code為評分標準條目代碼， Item_Name為條目名稱， Item_Demand是對該條目的具體要求，Item_Parent_Code是上層條目代碼。Score_flag用來區(qū)別該條目評分類型（直接比較給分、規(guī)則推理、函數(shù)計算）。

　　規(guī)則前后件庫的結(jié)構(gòu)為RULE_FACT(Fact_Id,Fact_Name,Item_Code,Used_By,Deduced_by, attribute)。它用于存放各規(guī)則對應(yīng)的前提或結(jié)論。其中，F(xiàn)act_Id是事實號，F(xiàn)act_Name為事實名稱， Item_Code為條目代碼，Used_By以此事實為條件的規(guī)則，Deduced_by 能推出此事實的規(guī)則，attribute 說明此事實類型，是目標、可推演事實、已知事實中的哪一種。

　　3．推理機設(shè)計

　　從評分標準庫中，按考題代碼進行順序查詢，根據(jù)評分標志進行相應(yīng)的操作。如評分標志為“d”，則可從事實庫中查找Item_code相同的條目值。直接比較，正確則得到相應(yīng)的分數(shù)。如評分標志為“f”，則進一步查詢對應(yīng)的參數(shù)代碼，從考生事實庫中提出相應(yīng)的參數(shù)值，將帶入函數(shù)公式計算后的值與評分標準中的正確答案比較給分。如評分標志為“r”，則查詢可評分事實庫相應(yīng)的內(nèi)容，啟用規(guī)則推理，按推出的結(jié)論正確與否給分。對于適用規(guī)則進行推理的條目，有兩種推理方法，具體推理過程如下：

　　第一種方法是逆向推理：（1）根據(jù)評分標準庫中需要推理的條目，在規(guī)則庫中查找對應(yīng)的事實f1，由deduced_by得到可能性最大的規(guī)則r1。（2）在規(guī)則庫中尋找r1，取出其對應(yīng)的premise中的第一個事實f11，若其為可推演事實，則重復(fù)步驟（1）、（2），直到得到對應(yīng)的已知事實，若全部事實成立則推理成功，否則記錄失敗信息，轉(zhuǎn)向下一條標準。

　　第二種方法為正向推理，它以深度優(yōu)先策略根據(jù)已知事實中的used_by部分逐步向下推理，直到得到目標。若規(guī)則成立，則得到相應(yīng)的分數(shù)，否則分數(shù)為0，記錄失敗信息，將結(jié)果存入考生成績庫。

　　本方案幾種方法取長補短，可以對評分標準庫進行方便的修改、補充，從而可以用于評價其他類型的設(shè)計、考試等，適應(yīng)性強，從根本上解決了專家系統(tǒng)知識獲取難的問題。

　　4．結(jié)束語

　　用PowerBuilder開發(fā)基于數(shù)據(jù)庫的專家系統(tǒng)，對知識的管理方便、直觀，實現(xiàn)了規(guī)則的動態(tài)管理，解決了專家系統(tǒng)知識獲取難的問題，利用數(shù)據(jù)庫索引技術(shù)和過濾機制引導(dǎo)推理，使推理更加簡單、高效。雖然由于計算機圖形評分涉及的知識十分繁雜，還有不少問題需要解決，但是通過全國注冊建筑師考試作圖題評分系統(tǒng)的開發(fā)可以看出，用PowerBuilder開發(fā)基于數(shù)據(jù)庫的專家系統(tǒng)，時間短，見效快，效率高，是一種值得推廣的專家系統(tǒng)構(gòu)造模式，它使領(lǐng)域?qū)＜以诨緵]有知識工程師幫助的情況下就能建造自己領(lǐng)域內(nèi)的專家系統(tǒng)。

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