基于案例推理的知识系统的设计实现.doc

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1、摘要近年来，随着计算机网络和并行技术的发展，人工智能再次成为人们研究的热点，基于案例的推理方法也越来越受到人们的重视。与传统的基于规则的系统相比，基于案例推理的系统具有简化知识获取、便于知识积累等优点，在没有很强的理论模型、领域知识不完全、经验知识丰富的故障诊断、决策支持等领域得到了广泛的应用。本文介绍了如何通过案例推理方法来获取知识。讨论了基于案例推理的知识系统的设计和实现，并具体讲述了作者所实现的一个基于案例推理的知识系统。通过利用专家系统的故障智能诊断数据库的处理来自动构建知识库；利用知识库来解决通信网络设备等在实际操作中。本文将面向对象技术用于该项目中知识库的构造当中，以克服传统知识库

2、所不能解决的难题。面向对象技术具有一系列优点，像表达自然、支持数据抽象、代码重用，以及易于维护和易于扩充等。使用面向对象的方法，构建了网络故障管理信息模型。本文设计了面向对象知识库的推理机制。以推理机制的面向对象封装为基础，通过继承覆盖的手段，结合关联规则在推理中的执行特点，实现了正向推理策略和反向推理策略，并通过模拟仿真验证了两种推理策略的有效性。关键词：网络故障管理；专家系统；知识表示；面向对象AbstractIn recent years, along with calculator network with proceed together a technical shape, the

3、 artificial intelligence again becomes the hot spot that people study, also is more and more valued by people according to the reasoning logically of case method. With traditional according to rule of the system compare, the system reasoning logically according to the case has to simplify knowledge

4、to obtain, easy to knowledge backlog etc. merit, at have no very strong theory pattern, realm knowledge incompletely, the fault when with well-informed experience break, decision making backing etc. realm to receive far-ranging application.This text introduced how to reason logically method through

5、a case to obtain knowledge. The design and realize of knowledge system talked about to reason logically according to the case, and concretely related a knowledge system that reasons logically according to the case that the author carries out. The approval makes use of the transaction of the fault in

6、telligence diagnosis data bank of expert system to set up knowledge base; Make use of knowledge base to clinch a correspondence network the equipment wait at physically in operation. This text will face to an object technique to use for the item amid among the construction of knowledge base to overc

7、ome traditional knowledge base the hard nut to crack of incapability settle. The technique of facing to the object has a series of merit, if voices nature and favors a data abstract, code heavy use, and be easy to maintenance and be easy to an extension etc.The use faces to the method of object and

8、set up network fault supervision information pattern. This text designed to face to a reasoning logically of object knowledge base machining. With reason logically a facing to of machining object posting for foundation, pass the way of inheriting the overlay, combine correlation rule in the middle o

9、f reasoning logically of execution characteristics, carried out forward direction to reason logically strategy and reverse direction to reason logically strategy, and imitated to really verify two kinds of effectiveness that reason logically strategy through a simulation.Keywords：Network Fault Manag

10、ement; Expert System; Knowledge Representation; Object-Oriented目录第1章绪论11.1现代通信网的管理11.2论文的选题背景和意义21.3本章小结3第2章专家系统与知识库42.1专家系统概述42.2知识库的定义72.3智能的推理机制112.4本章小结12第3章网络故障诊断专家系统面向对象的知识库设计133.1网络故障诊断专家系统的结构133.2面向对象的知识表示143.3事实型知识的面向对象表示173.4关联规则的面向对象表示253.5本章小结26第4章网络故障诊断专家系统推理机制设计274.1面向对象的推理机制设计274.2面向对

11、象推理的实现294.3推理的仿真与验证324.4本章小结35结论36参考文献37致谢38I第1章绪论近年来，随着计算机与通信技术的发展与结合，通信网一直以很快的速度发展和增长，对人类的经济、社会活动乃至日常生活正发挥着越来越重要的作用。网络所带来的电子信息文化正渗透到社会生活的各个角落，改变着人们的生活、学习和工作方式。而且信息社会对通信网的需求仍然在不断膨胀，各种通信技术也在快速发展，以适应各方面的需要。于是网络变得越来越复杂，人类对网络的依赖性越来越大，网络的管理和维护工作也变得越来越重要1。1.1现代通信网的管理1.1.1通信网络管理的重要性通信网络的管理是随着网络管理方法的演变而逐步被

12、人们所认识的。在早期还使用人工接续的交换方式时，电话网的管理主要是采用人工的分散管理方式。即网络的操作维护人员以手工方式统计各种话务数据和交换设备、传输线路的运行质量数据，定期向主管部门报送并按照主管部门的指示调整网络设备的运行。但这种管理方法有很大的局限性。首先网络各个部分的管理和控制工作都是在局部的范围内进行的，不可能从全网的角度来分析和处理网络中发生的问题。一旦电信网中某个部分出现问题，既不知道是否就是本地自身的问题，还是其他地方的问题波及到这里，更不可能知道是否是全局的问题。另外由于网管工作都由手工进行，统计的数据量十分有限，而且还容易出差错。这时，网络管理中的各种活动，包括网络状态数

13、据的采集、处理都用计算机网络来实现。随着网络管理内容的不断增多，网络管理工作越来越繁重，网络管理的地位也越来越显著和受到重视。如今，网络管理已经被作为一个专门问题进行研究，国际上成立了一些网络管理技术研究组织，专门讨论各种网络的管理技术以及网络互连以后的管理问题。国际标准化组织、国际电信联盟也成立了相应的研究机构研究网络管理的标准化，并且已经有一系列的关于网络管理的国际标准得到了通过。随着新的通信技术的不断涌现和网络业务的不断拓展，网络管理的功能也不断得到增强。在现代通信网络中，网络管理不仅要能详细、准确地统计网络数据，而且应能从全网的角度分析、处理问题，保证网络能够持续、稳定、安全可靠并高效

14、地运行。可见网络管理在现代通信网中确实起着极为重要的作用。1.1.2通信网络故障管理的智能化现代通信网已经发展到使网络的维护和操作相当复杂的程度。网络管理员经常性地对网络进行定期例行维护，虽然能减少网络中发生问题和故障的可能性，却不能保证网络中不会发生故障。如何及时发现和排除故障是网络管理员将会遇到的最头疼的问题。通信网络的各种问题和故障会影响用户的日常工作。因而故障管理历来就是非常重要的网络管理功能，并受到大家的高度重视。随着网络越来越多的遍布社会的各个角落，分布式处理应用和远程访问对网络服务可靠性的要求越来越高，故障排除时间也随之被要求缩短，因而故障管理工作就显得越来越重要。当网络中不可避

15、免地发生了故障以后，如何确定故障的位置是排除故障的关键前提。但网络中的网络硬件、网络软件、应用软件、计算机及其在不同节点之间的分布的组合是无穷的，尤其是一个节点的故障可能会在其他多个节点上表现出来。这使得网络故障诊断变得非常复杂。网络的故障诊断与定位，传统的方法是采用人工方式，即依靠具有丰富经验的网络维护人员来完成。他们熟悉各种网络资源的故障状态及它们之间的关联性，能够识别各种故障并且排除。但具有丰富经验的专家毕竟数量有限。另一方面，人工诊断往往费时，而且不能在线进行。尤其对间歇性的故障，人工维护无法及时检测和排除。这些都促使网络故障管理系统引入人工智能技术，即采用基于知识的网络管理，例如专家

16、系统、神经网络等。正是由于网络故障诊断的重要性和复杂性，使得故障管理成为应用专家系统最早的网络管理领域。专家系统是解决复杂问题的软件，它可以处理不完整和不确切的数据，可以捕获间歇和偶尔出现的问题，可以应付复杂的情况，提供处理结果的解释，甚至可以自动学习和积累经验。最重要一点是专家系统的响应时间将可以达到实时水平，它能够在线处理只能网络元素发出的告警信息，并给出行动建议。在网络管理中引入故障诊断专家系统后，网络维护的大量工作都将由故障管理系统直接完成，这就可以尽量减少网络维护人员的介入。即使需要，也仅仅是需要维护人员去排除专家系统所判断出的指定故障源而已。1.2论文的选题背景和意义本文的研究课题

17、是国家自然科学基金项目基于数据挖掘的通信告警相关性分析的子课题之一。在现代社会中，网络在各个方面都扮演着越来越不可或缺的角色，网络故障所造成的损失变得越来越难以估量。因此，对故障进行快速诊断，及时采取修复措施显得尤为重要。传统的网络管理专家系统存在知识获取瓶颈，难以适应规模日益扩大，复杂度日益提高的网络环境。通过此项目希望构造采用数据挖掘技术的专家系统，对网络进行故障管理。随着面向对象技术的发展，它的一系列优点如表达自然、支持数据抽象、代码重用以及采用它所开发的程序具有良好的界面和结构，易于维护和易于扩充等越来越为人们所认识而被广泛地应用于各个领域。本文提出将面向对象技术用于该项目中知识库的构

18、造当中，以克服传统知识库所不能解决的难题。本课题采用面向对象的技术构建知识库，使整个知识库结构化、对象化，利用面向对象中数据封装机制、继承机制等特性，将规则库与应用程序相分离，将使知识库的管理维护工作更易于进行，更好地实现知识的独立性、隐藏性以及重用性。另外，在知识库的设计中更多地结合本项目的特点，配合所获取关联规则的特殊性以及推理机制，构造出能满足系统其他模块需求并能够协调运行的知识库系统，使整个专家系统的运行效率得到提高。1.3本章小结综上所述，对于面向对象的发展本人有了新的认识，在接下来的几个章节中我会用以下方法来达到智能诊断的目的：(1)使用面向对象的方法，构建了网络故障管理信息模型。

19、被管理网络的拓扑结构、网络资源信息、网络业务信息和网络事件信息都是知识库中的事实型知识。本文以面向对象的方法，通过建立几个不同方面的实体关系，对知识库中的事实型知识进行表示，构建了被管理网络的管理信息模型。在此基础上，设计了相关性分析所得出的关联规则的面向对象表示方法。(2)设计了面向对象知识库的推理机制。与传统的专家系统不同，推理机不再作为一个单独的模块出现，而是作为推理函数封装在关联规则对象中，由规则与推理机制一起构成了一个面向对象的知识库系统，推理过程通过消息在各个规则对象间的传递来完成。(3)以推理机制的面向对象封装为基础，通过继承覆盖的手段，结合关联规则在推理中的执行特点，实现了正向

20、推理策略和反向推理策略，并简要了证明了反向推理实现方法的正确性。第2章专家系统与知识库2.1专家系统概述专家系统(Expert System, ES)是人工智能的一个重要的应用领域，产生于60年代中期，经过多年的研究和发展，其理论和技术日趋成熟，应用也愈加广泛。目前专家系统已在医疗、化工、图像处理、金融决策、军事等领域开发出了大量的专家系统，产生了巨大的经济效益和社会效益2。2.1.1专家系统的定义专家是指在某一专业领域的知识与解决问题的能力达到较高水平的人，他们经过了长期的专业训练与经验积累，拥有大量的知识，而且具有将知识运用到具体问题和任务中的能力，擅长从众多看似不相关的信息中发现问题的本

21、质，解决其他人不能解决的问题。另外，启发性知识能让专家在某些特殊情况下做出合理的猜测，寻找最有希望的解决途径，有效地处理错误和不完全的数据。但是，高水平的专家是有限的，专家的数量不可能大到在任何需要他们的地方都可以进行配备的程度，并且这样做也造成了人力资源的浪费。因此，一种可行的解决方案是：设计一种计算机程序，利用其存储的某一领域内专家的专业知识和经验，来解决过去需要人类专家才能解决的问题。这种具有人类专家水平的计算机程序就被称为专家系统。利用类似专家的思维方式和路径，对问题的原始数据进行合理的推理、演绎，并做出判断和决策，这就是专家系统的任务。从结构上看，专家系统主要是由一个存放专家领域知识

22、的知识库和一个应用知识进行推理的推理机所组成的，它与传统程序的区别在于专家系统中知识库和推理机是相互独立的，而传统程序则是数据与算法的有机结合。传统的程序通过算法对大量的数据进行积累和处理，使繁琐的事务处理自动化；而专家系统通常是要完成那些需要拥有专门知识的专家在短时间内完成的任务，需要动态地建立解决问题的方法。2.1.2专家系统的特征与分类专家系统是一个基于知识的系统，它使用总结的人类专家的知识，模拟专家的思维、推理过程，解决对于人类专家都相当困难的问题。按照其解决问题的类别，可分为设计专家系统、解释专家系统、规划专家系统、诊断专家系统、控制专家系统等多种类型。但不管是哪一类专家系统，一般都

23、具有以下几个方面的特征：(1)启发性。启发性知识是在专家长期实践中积累起来的经验性知识，专家系统能运用专家的知识和经验进行问题的解决，不仅能使用逻辑知识，也能使用启发性知识进行判断、推理和联想。(2)透明性。专家的很多知识是在他们的实践中得来的。因此，专家系统必须能解释其推理过程，让用户了解知识的内容和推理思路。(3)灵活性。由于专家系统的知识与推理机构是相互独立的，因此系统可以很容易地不断接纳新知识，亦能对错误或过时的知识进行调整。(4)智能性。现实中需要解决的问题往往是不断发展变化的，这就需要专家系统具有一定智能的自我学习的能力。除了模仿专家，使用他们的业已存在的知识解决问题，还应该能够像

24、人类专家一样对经验进行总结，形成新的知识，以适应可能发生变化的问题。这是专家系统的更高级的目标。2.1.3专家系统的结构专家系统的结构根据应用的环境和所处理的任务类型而各不相同，但不论采用哪种系统结构，存放知识和运用知识进行问题求解是两个最专家系统两个最基本的功能模块。知识库用于存储从专家那里获得的某个专业领域的知识；推理机依据一定的策略进行推理，根据知识和当时所处的环境推导出正确的结论。图2-1表示了专家系统的基本结构。图2-1专家系统的基本结构在构造知识库时，需要研究如何把专家的知识转化为计算机可识别的形式，即如何对专家知识进行表示，让专家系统能够对他们进行识别、查询、使用等操作；另外，还

25、需要研究如何从专家那里获得知识，这往往是专家系统的瓶颈所在。鉴于专家系统的功能和特征，斯坦福大学的费根伯姆教授领导研制了医疗专家系统MYCIN，在1976年取得了巨大的成功，被认为是专家系统的典范。图2-2表示了这种系统结构。图2-2专家系统的一般结构这种一般结构包括了六个部分，分别是：知识库、推理机、知识获取程序、综合数据库、解释程序以及人机接口。其中知识库、推理机和综合数据库是目前多数专家系统都具有的部分，而知识获取程序、解释程序和人机接口是专家系统都期望的部分，但它们并非都得到实现。随着对专家系统的不断深入研究，著名的知识工程和专家系统学者F. Hayes Roth，D. A. Wate

26、rman和D. B. Lent等提出了如图2-3的专家系统理想结构。这种结构的思想来源于HEARSAY系统的黑板控制结构和基于规则的专家系统结构。图2-3专家系统的理想结构接口是人与系统进行信息交流的媒介，它为用户提供了直观方便的交互作用手段。接口的功能是识别与解释用户向系统提供的命令、问题和数据等信息，并把这些信息转化为系统的内部表示形式。另一方面，接口也将系统向用户提出的问题、得出的结果和做出的解释以用户易于理解的形式提供给用户。黑板是用来记录系统推理过程中用到的控制信息、中间假设和中间结果的数据库。它包括计划、议程和中间解三部分。计划记录了当前问题总的处理计划、目标、问题的当前状态和问题

27、背景。议程记录了一些待执行的动作，这些动作大多是由黑板中已有的结果与知识库中的规则作用而得到的。中间解区域存放当前系统已产生的结果和候选假设。知识库包括两部分内容。一部分是已知的同当前问题有关的数据信息；另一部分是进行推理时要用到的一般知识和领域知识。这些知识大多以规则、框架和语义网络等形式表示。调度器按照系统建造者所给的控制知识(通常使用优先权的办法)，从议程中选择一个项作为系统下一步要执行的动作。执行器应用知识库中的及黑板中记录的信息，执行调度器所选定的动作。协调器的主要作用就是当得到新数据或新假设时，对已得到的结果进行修正，以保持前后结果的一致性。解释器的功能是向用户解释系统的行为，包括

28、解释结论的正确性及系统输出其他候选解的原因。为完成这一功能，通常需要利用黑板中记录的中间结果、中间假设和知识库中的知识。2.2知识库的定义知识库是专家系统的核心。知识是人类对客观世界的认识，是人们在生活、劳动和与自然界作生存斗争中对自然、物质的基础上，升华提高成为有系统的信念和经验的集大成。知识是人们通过实践认识到的客观世界规律性的东西。知识是信息经过加工整理、解释、挑选和改造而形成的，是人们进行决策的基础。数据是资源，数据处理的计算化将有助于提高数据资源的利用率和获得高质量的信息。知识是一种更宝贵的资源，知识的推广和使用可以产生巨大的经济效益3。2.2.1知识的分类(1)过程型知识传统的数据

29、处理将知识寓于程序中，即程序就代表着系统解决问题所使用的知识。这种知识的表示类型称为过程型知识。过程型知识针对特定的问题，根据具体的处理步骤用一系列过程来表达的，所以执行效率非常高，但它有以下缺点：不易表示大量知识，并且知识难于理解和修改；只适合表达完全正确的知识，稍有含糊的知识就难于用程序表达；只适合于处理完整、准确的数据；过程性知识表示要求待处理的问题具有成熟的解法和完整、准确的数据，这大大地限制了它的适用范围，所以适用性较差。(2)描述型知识以描述的方式来表示的知识叫描述型知识。描述型知识包含事实知识和判断知识，事实知识描述有关对象、事件，以及行为等特征。判断知识是指对事实的判断和判断的

30、过程。前者为经验知识，是人类专家从长期丰富的实践经验中自然学到的知识。后者为信念知识，是人类基于主观理解和感情色彩对客观事件的解释和推理过程。(3)元知识所谓元知识就是关于知识的知识。具体一点说元知识可分为以下几类。第一类是有关怎样组织、管理知识的元知识，这些元知识刻画了知识的内容和结构的一般特性，以及分类、综合等有关特征。第二类是有关利用知识求解问题方向的元知识，对领域知识的运用起指导作用。第三关是有关从知识源中获取知识的知识。在这里知识源包括书本、人脑和其他知识系统。2.2.2知识的分级与分层知识存在着分级。首先是关于问题领域的事实、定理、模型、实验对象和操作等，这些常识性知识和原理性知识

31、称为“零级知识”；其次在其上产生的启发式的方法，如：单凭经验的规则、含义模糊的建议、不确切的判断标准等，这些经验和信念可称为“一级知识”。知识又可以分成表层知识与深层知识。表层知识模型可以用产生式规则来组成。深层知识模型由一个纯数学描述式子的集合来组成。表层知识是用来解决具体问题的知识；而深层知识则是理论，它用来说明表层知识的严密性与正确性，是原理性的知识。2.2.3知识原理智能是指在求解问题时从巨大的解空间中迅速找到合适解的能力。一个系统之所以能在求解问题的过程中体现出高水平的智能理解和智能行为，主要是由于它能够利用专业领域的概念、事实、方法、模型以及领域的启发性知识，这就是知识原理的定义。

32、知识原理强调只有小部分知识能被一般化，而且具有通用性。因此，在求解问题时，仅仅有通用性的方法是远远不够的。事实上，如果只获取通用的方法，那么在求解问题时，会因为缺乏足够的限制，而无法有效控制求解的范围。知识数量的多少与解空间的大小之间存在着反比例关系，一般来说，拥有的领域知识越多，则搜索的解空间越小。一般来说人或系统拥有的知识越多，则解决问题的能力亦就越强。知识量的多少可以粗略地用以下三个知识阈值来衡量。知识的形式化阈值：求解一个问题所需要的最少知识量。知识的胜利阈值：系统具有的知识足以解决某范围的大部分问题，那么知识的这一数量称作胜利阈值。知识的专家阈值：系统所具有的知识能处理领域中所有异常

33、情况，这时系统的知识量达到了专家阈值。2.2.4知识库和知识库系统2.2.4.1知识库及其管理知识库(Knowledge Base, KB)至今还没有一个统一的定义。从存储知识的角度来看，以描述型方法来存储和管理知识的机构叫做知识库。知识库是事实、规则和概念的集合。事实在库中是短期信息，这种信息在与用户交互作用中会迅速改变。规则是从专家们的经验中抽出来的知识，是长期信息。它能指导专家系统如何由已知的或新产生的事实中推导出假设来。规则的质量直接影响到专家系统的性能的优劣。概念包含信念和常识。信念会随着时间的改变而变化，所以是一种非长期的信息；常识是一种不随时间变化的固定概念，所以是一种长期信息。

34、知识库管理是指对知识库进行管理、控制，完成对知识库的各类操作，并向用户提供检索、查询手段，它包括系统的维护与诊断、日常的系统事务管理、各种实用程序的管理、出错处理、知识库系统的安全控制和用户的使用权限管理等。在早期的知识库中，知识数量比较少，知识的层次也是单一化的，知识的管理并不十分突出，因此在设计知识库时，比较重视知识的使用而不重视知识的管理。随着知识库的大型化，知识数量达到成千上万条，知识的层次也丰富起来，包括尝试性知识、原理性知识、经验知识和元知识等，知识的管理成为突出的问题。知识库及其管理综合起来应具有以下功能：(1)知识表示功能。应能提供用户一种或多种知识表示方法。目前已有的知识表示

35、方法有谓词逻辑方法、框架方法、产生式规则、语义网络等等。(2)知识的系统化组织管理。包括实时管理、规则管理和概念管理等。(3)知识的获取与学习功能、知识的编辑功能。在获取新知识的过程中要对知识的完整性、新旧知识的一致性进行处理。(4)向用户提供对知识项进行查询、检索的功能。还应能对用户的查询请求进行语法检查，并给出出错信息。(5)知识库组织同应用程序分开，知识具有独立性。不同的用户可以使用相同的知识，知识库中存储的知识是可以共享的。(6)知识的维护与诊断功能。包括日常的系统事务管理、出错处理等。2.2.4.2知识库系统如果一个系统具有能用计算机所存贮的知识对输入的数据进行解释，生成作业假说并有

36、对其进行验证的功能，则该系统称为知识库系统。按照这个定义，知识库系统中的知识，是该系统在自身进行推理过程中所利用的信息，而不是提供给系统使用者的信息。知识库是以一致的形式存贮知识的机构，推理机构则是为了使用知识库藏内的知识执行推理的控制机构。利用知识，解释输入的数据或事实，推导出用户所需的结论；并根据要求，说明得出结论的依据，用于进行这种推理控制的模块称为推理机。推理过程如图2-4所示。图2-4推理过程示意图推理机构应具备以下几项功能：知识库与待解决问题之间的协调功能。当知识库系统输入提问时，为了能提高回答该提问的知识库当中知识使用效率，寻求一种与提问内容有关的推理算法。知识库中信息交换及知识

37、扩充功能。在推理过程中能随时从知识库中获取必要的事实和规则来支持进一步的推理，有必要时可以通过人机接口向用户获取更多的有关问题的事实条件，在推理过程中得到的新知识、新概念可以通过KBMS向知识库中追加新知识或修正原来的知识内容。推理机与知识库相互独立功能。推理机构与知识库是相互独立的，这不仅便于对知识库中的知识进行管理和修正，而且还可以实现建立通用性的系统。但必须提及的是知识库与推理机有着密切的关系，当知识表现的模型确定的情况下与它对应的推理方法往往也被确定了。知识库系统的基本组成如图2-5所示：图2-5知识库系统的组成其中知识库是用来存放知识的实体。在知识库中的知识具有无矛盾性和无冗余性。知

38、识库的存贮容量巨大，一般容量远远超过数据库的存贮容量。用户接口是一种向用户提供使用知识库的手段，并向用户提供问题求解答案的功能部件知识表示，知识利用和知识获取是知识库系统实现的三个关键技术问题。知识利用是指利用知识库中的知识进行推理，从而得出结论的过程。推理所涉及的问题有：知识库的搜索、目标的控制、模式匹配的方法、推理的策略，以及对不确定性知识的评价等。知识获取是指从知识源获得知识来建造知识库的工作。知识库中的知识有两个来源，一个是原始知识，由外界直接进入知识库；另一个是中间知识，是由推理机构生成后追加入知识库。知识获取是知识库系统实用化中最难解决的一个关键，成为建立知识库系统的一个瓶颈部分。

39、目前在研究的解决该难题的各种对策方法中，利用计算机学习来实行自动或半自动的知识获取是最理想的目标。2.2.5知识表示方法知识表示就是知识的符号化和形式化的过程。知识表示方法研究各种数据结构的设计，通过这种数据结构把问题领域的各种知识结合到计算机系统的程序设计过程。一般来说，对于同一种知识可以采用不同的表示方法，反过来，一种知识表示方法可以表达多种不同的知识。然而，在解决某一问题时，不同的表示方法会产生完全不同的效果。在建造具体的知识库的时候，以有效地表示问题领域的专门知识、便于知识的获取、有利于运用知识进行推理的原则来选择知识表示方法。2.3智能的推理机制专家系统根据一定的原则，利用存储在知识

40、库中的领域知识，从已知的事实推断出新的事实，即是专家系统的推理过程4。机遇规则的专家系统在推理时主要涉及三个方面，即事实库、规则以及推理控制策略。他们之间的关系如图所示。图2-6基于规则的系统的推理关系专家系统中一般采用基于专门知识的推理，它以拥有知识为前提，而知识在系统中有一定的表示模式，推理方式和控制策略在很大程度上依赖于知识的表示模式，知识表示模式的不同决定了知识的选择和运用方式的不同，即推理策略和推理方式的不同。其中，由于产生式专家系统应用最为广泛，基于产生式规则的推理也得到了广泛的应用。事实库用来描述数据的状态，在问题求解中，它记录已知事实、推理中间结论和最终结论。规则库中的规则在推

41、理过程中对事实库进行操作，使事实库发生变化。如果某条规则的条件部分得到满足，则执行它的结论部分。2.4本章小结在本章，我们主要介绍了专家系统，什么是知识库。对于专家系统的了解。在实际的操作中我们还要依据正确的推理控制策略完成用专家系统构建知识库。其中正确的推理控制策略分为：正向推理控制策略、反向推理控制策略与双向推理策略。其中知识库是用来存放知识的实体；智能推理机制是专家系统的实现过程。第3章网络故障诊断专家系统面向对象的知识库设计通过第二章的介绍，本项目的网络故障诊断专家系统应该要能够对网络故障告警实现高效地分析、过滤与整理，使之能够提供智能化的故障诊断能力，确保网络故障的准确诊断与及时排除

42、。3.1网络故障诊断专家系统的结构网络故障诊断专家系统的主要由网络数据库、告警数据库、规则库与推理机、知识获取模块、用户接口等部分组成，如图3-1所示5。图3-1网络故障诊断专家系统的总体结构其中，网络资源数据库包含了被管理网络的各种信息，包括网络资源信息、网络拓扑信息、网络业务配置信息以及网络事件信息等；告警数据库用于存储网络中的告警信息。系统的工作过程如下，告警数据库对被管理网络上报的告警进行存储，并将告警数据提供给知识获取的模块，据此来进行规则的发现；另一方面，在推理进行的时候，推理机构同样需要网络的告警信息，并结合规则中的规则对告警信息进行分析、过滤，最后找出网络故障所在。在进行网络故

43、障诊断的时候，由于专家系统的规则需要将网络的告警、故障与业务相关联，因此应该将这些信息系统地、完整地表示出来。用户接口是专家系统与用户之间的接口，它将普通用户的请求信息进行转化之后输入系统，再把系统的推理结果、解释内容等以友好的形式呈现给用户。另外，它还为专家系统的管理人员和知识专家提供管理接口，便于他们对专家系统进行维护，包括对规则库中的规则进行手动的调整等工作。3.2面向对象的知识表示3.2.1面向对象方法及其优点面向对象技术，以其表达自然、支持数据抽象、代码重用、采用它开发的程序具有良好的用户界面和结构、易于维护和扩充等优点，得到广泛应用。面向对象比较符合人类的思维方式，因此，它不仅限于

44、程序设计领域，而且已渗透到了计算机的有关分支，其中一个很有发展前景的分支就是面向对象的知识表示方法。客观世界的问题是由客观世界的实体以及实体之间的关系构成，人类在认识和理解现实世界的过程中普遍运用三个构造法则6：(1)区分对象及其属性。例如，区分一棵树和树的大小或空间位置关系。(2)区分整体对象及其组成部分。例如，区分一棵树和一根数枝。(3)不同对象类的形成及区分。例如，所有树的类和所有石头的类的形成和区分。面向对象的概念和方法就是建立在这三个常用法则的基础上的。面向对象的基本着眼点是构成客观世界的基本成分对象。模拟的实现过程可用图3-2表示。图3-2计算机对象对客观对象的模拟实现过程可见，面

45、向对象设计采用从特殊到一般的归纳方法构造类，类将一组客观对象具有的共同特征(包括操作和数据存储特征)抽象出来，说明该组对象的能力和性质。这为系统构成提供了同一类对象之间代码共享的手段；此外，面向对象设计还是一个建立类的等级的过程，子类可以通过继承机制从较简单较普通的基类中继承特征，系统的许多全程特征不必重复建立，这为系统构成提供了类之间代码共享的手段。将面向对象的方法用于网络管理系统的主要优点在于：(1)网络管理系统中需要处理的信息类型多样、数量巨大，采用面向对象技术来描述管理信息，建立管理信息模型，可以降低系统实现的难度，提高通用性。(2)随着网络规模的扩大和业务的拓展，新产品、新技术不断问

46、世，经常会有增加管理对象类的需要。采用面向对象的技术设计管理系统就可以提供一定的标准化来保证管理对象设计和定义的模块化特性，保证协议和过程的可扩展性，保证各个厂商定义的管理对象的兼容性。如今，面向对象技术已经成为网络管理设计概念中的主流。3.2.2面向对象基本概念面向对象技术主要有以下几个基本概念7。(1)对象与类对象是外部实体在计算机中的内部表示，它是对属性数据和这些属性数据上的容许操作的封装。对象的属性可以是简单类型的数据，也可以是另一个对象。类是具有相同属性和方法的一组对象的一般描述。在程序设计语言中，对象类是一种抽象数据类型，它把实体的相关属性和操作封装在一起，允许人们用自然的方式去模

47、拟外部实体对象，而复合对象定义更增强了这种抽象数据类型的能力，使得只用统一的对象概念就可以自然地模拟和表示很复杂的外部实体对象。(2)属性与方法对象的属性用于描述对象的状态和特征，对外部来说是不可见的，只能通过对象的方法对它进行操作。对象的方法用以说明对象所具有的内部处理方法或对收到的消息的操作过程，反映了对象自身的智能行为。(3)消息外部发送给对象的信息称为消息。对象通过其消息接口(Message Interface, MI)接收外部信息。消息接口以消息模式集的形式给出，每一消息模式有一个消息名，通常还包含必要的参数表。在面向对象系统中，程序的执行是依靠对象间传递消息完成的。当对象收到某一消

48、息，根据消息名及其参数表选择对应的方法进行执行。(4)继承继承性是指一个类可以继承其基类的全部描述，而且这种继承具有传递性，从而，一个类可以继承层次结构中在其上面的所有类的全部描述。继承机制实现了基类与子类及对象中的方法和数据的共享。(5)封装封装是一种信息隐蔽技术，它使对象设计者与对象的使用者分开，使用者无需知道对象行为的实现细节而只需通过对象协议中的消息便可访问该对象。显式地把对象的外部定义和对象的内部实现分开是面向对象系统的一大特色。封装性本身就是模块性，模块的定义和实现分开，使面向对象的软件系统便于维护和修改，这也是软件工程所追求的目标之一。3.2.3面向对象的知识表示一般地，用面向对象的类或对象表示知识的方法，都可以称为面向对象的知识表示(Object-Oriented Knowledge Representation, OOKR)。相应的系统可以称为面向对象的专家系统。