一个专家控制系统的Matlab程序实现
软件时空
文章编号：１００８－０５７０（２００７）０５—３－０２５８－０２
中文核心期刊《微计算机信息》（管控一体化）２００７年第２４卷第５－３期
一个专家控制系统的Ｍａｔｌａｂ程序实现
Ｍａｔｌａｂｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ
ａｎ
ＥｘｐｅｒｔＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍ
ｏｎ
ＲｏｕｇｈＳｅｔｓ
（成都医学院）梁
洁
ＬＩＡＮＧＪＩＥ
摘要：本文首先简述基于粗集方法的专家控制系统的基本构成、知识表达方式及学习推理方法，通过研究导师的知识与学习者的知识之间的依赖程度。提出了一个专家控制系统的生产过程中决策控制规律推理的方法，最后给出了利用Ｍａｔｌａｂ实现该生产系统简化及决策控制规律推理的程序。关键词：粗集方法；专家控制系统；决策控制；Ｍａｔｌａｂ程序中图分类号：ＴＰｌ８２
Ａｂｓｔｒａｃｔｓ：Ａｂａｓｉｃ
文献标识码：Ｂ
ｔｏｐｏｌｏｇｙ，ｋｎｏｗｌｅｄｇｅｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎａｎｄｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｅａｒｎｉｎｇｏｆａｌｌｅｘｐｅｒｔｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｎｒｏｕｇｈｓｅｔｓａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ
ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｄｅｐｅｎｄｅｎｃｙｏｆｋｎｏｗｌｅｄｇｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｔｅａｃｈｅｒａｎｄｔｈｅｌｅａｒｎｅｒ，ａｃｏｍｐａｔｉｂｌｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｓｉｍ—
ｐｌｉｆｙｔｈｅｋｎｏｗｌｅｄｇｅｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｓｉｓ
ａｎｄ
ｔｏｉｎｄｕｃｅｔｈｅ
ｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｄｅｃｉｓｉｏｎｒｕｌｅｓ．Ａｎｅｘｐｅｒｔｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｆ
ａｃｏｎｃｒｅｔｅｓｔｏｖｅ
ｐｒｏｃｅｓｓ
ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｂｙｍｅａｎｓｏｆＭａｔｌａｂｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ．
Ｋｅｙ
Ｗｏｒｄｓ：ｒｏｕｇｈ
ｓｅｔｓ，ａｎｅｘｐｅｒｔｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ，ｃｏｎｔｒｏｌｄｅｃｉｓｉｏｎ，Ｍａｔｌａｂｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ
１引言
众所周知，人脑对复杂过程、复杂系统的理解、综合、学习、判断能力远比计算机强得多，而计算机与其高超的计算能力相 比，它对外部世界的感知能力的低下已经成为计算机应用的瓶颈，有鉴于此，人机结合将是智能信息处理发展的必然。
专家控制系统就是一个能以人类专家水平完成专门任务的智能计算机控制系统，它是伴随着计算机的研究、应用日益发展起来的，它模仿人类专家如何应用其知识与经验来解决所要解决的控制问题。
专家系统第一个重要组成部分是知识库，要储存从专家那里得到的关于某个领域的专门知识和解决某个问题的专门数据，为了建造知识库，需要解决如何储存知识和获取知识的问题。专家系统的第二个重要组成部分是推理机能。专家系统的很多能力来自平时所储存的大量专家知识和恰当地应用有效的推理技术，它具有依据一定策略进行推理的能力，即能够根据提供的知识，归纳、学习和推理规则。
粗集理论方法以对系统观察和测量所得数据进行分类的能力为基础，从中发现、推理知识并分辨控制系统的某些特点、过程，特别是基于粗集方法的数据知识表达和推理方法，为专家控制系统的建立奠定了重要的基础。
子系统．输出控制子系统构成智能专家系统的应用系统。
基于粗集方法的专家控制系统的新颖之处主要在于，以对观察和测量所得数据进行分类的能力为基础。通过对不完整数据、不精确知识进行一种简化表达，并从数据中学习、归纳系统的某些特点，从中发现知识、推理系统的控制规则。
２．２基于粗集方法的推理控制的学习方法
根据粗集理论中知识与分类的联系的观点，基于粗集理论方法的专家控制系统采用有导师学习推理策略。在机器学习中．静态有导师学习是一种从例子中学习。导师、专家具有某一论域Ｕ的知识，能够对论域的元素进行分类，导师所划分的类别是学习者、智能网络学习的概念，学习者的任务是学习导师的知识。静态有导师学习就是从决策表导出决策算法，在决策表中，条件属性就是学习者的属性，决策属性就是导师的属性。
我们假定论域Ｕ是闭合的，导师对于该论域的知识是完备的，即导师能对论域中的每一对象进行分类，且学习者能区分论域中各分类对象的某些属性。
基于粗集理论方法的专家控制系统的一种推理学习方法．是利用不可分辨性进行知识简化。导出决策规则，或根据算法相容性进行知识简化．导出决策规则。
众所周知，在工程应用中，我们经常要在保持知识库中初等范畴的情况下。消去冗余基本范畴，进行知识的简化，在粗集方法中。完成知识化简的基本工作是利用简化和核来进行的。
要进行知识的简化，需要我们从原始数据中，根据不可分辨性或数据协调性关系，去掉某一些属性，再来考察没有了该属性，分类会怎样变化。也就是说，如果去掉某些基本属性不影响我们的分类．则这些基本属性就是冗余知识，我们可以去掉它：如果去掉某些基本属性将严重影响我们的分类。则这些基本属性就是系统的有用属性。
令Ｒ为一等价关系族，当用Ｒ描述Ｕ中对象之间的等价关系时，我们可用ＵＩＲ表示，对于子集Ｘ，Ｙ∈Ｕ，若根据关系
２基于粗集方法的专家控制系统
２．１基本结构
基于粗集理论的专家控制系统可由知识获取子系统。知识数据库，推理、学习子系统，信息处理子系统，输出控制子系统等组成。知识获取子系统，知识数据库，推理、学习子系统，构成专家系统的学习系统；知识获取子系统，知识数据库，信息处理梁洁：副教授
论文工作得到国家自然科学基金（６９８７５０１２＃）部分资助一２５８—３６０元，年邮局订阅号：８２．９４６
万方数据
软件时空
Ｒ。Ｘ和Ｙ由属性Ｒ不可分辨时，我们用ｐ【］。表示。
若Ｐ譬Ｒ，且Ｐ≠中，则Ｐ中全部等价关系的交集也是一
的，可以去掉。
（３）为了去掉表中的条件属性的冗余值（即决策规则的简化），首先计算出每条规则的核值，形成决策表的核值表。
（２．１）
（４）根据核值表按协调性原则进行核值简化之后，同样去掉冗余项，即可得到去除冗余的核值简化表，根据该表即可求躜最小决策规则。
下面给出利用ｍａｔｌａｂ实现该生产系统简化及决策控制规律推理的部分程序。
ｆｕｎｃｔｉｏｎ
种等价关系，称为Ｐ上的不可分辨关系，且记为ｉｎｄ∽：
ＩＸｌｉｎｄ（Ｐ）＝ｆ３ｐ【１。
Ｐ∈Ｒ
不可分辨关系是物种由属性集Ｐ表达时，在论域Ｕ中的等价关系。且ｒ∈Ｒ，当不可分辨关系ｉｎｄ（Ｒ）＝ｉｎｄ（Ｒ一｛ｒ｝）称ｒ为Ｒ中可省略的．否则ｒ为Ｒ中不可省略的。Ｐ中所有不可省略关系的集合，称为Ｐ的核．记作ｃｏｒｅ（Ｐ）。即
ｙ＝ｓａｍ＿ｄｅｌ（ｘ）％其中Ｘ为原始决策表矩阵
ｃｏｒｅ∽＝ｎｒｅｄ∽（２．２）ｙ（１，：）＝Ｘ（１，：）；［ｎ，ｐ］＝ｓｉｚｅ（ｘ（１，：））；
ｋ＝２：
ｆｏｒｉ＝２：ｎ
这里ｒｅｄ（Ｐ）是Ｐ的所有简化族。
仅由这些有用属性表达的系统就是一种简化的知识表达系统。化简后的知识表达系统具有与化简前的知识表达系统相同的功能，化简后的知识表达系统所描述的条件属性和决策属性之间的关系就是控制决策规则。因此，这种方法的步骤如下：
ｆ１１首先把智能数据进行归一化处理，然后将数据用知识表达属性表的表格来实现。
（２１去掉重复信息，即消去知识表达属性表的重复的行。ｆ３）利用不可分辨性或数据协调性，计算每一控制规则的核，进行条件属性的简化、即从知识表达属性值表中消去某些列。
（４１对于消去冗余的属性值后。得到的全部有用属性或特征，再针对每一决策规则，同样利用协调性进行控制规则的简化。
ｆ５１根据简化后的知识表达属性值表，得到对应的最小控制决策算法。
ｎｕｍ＝０；ｆｏｒｊ＝１５－１
ｓ＝ｘ（ｉ，：）＝＝ｘ（ｉ，：）；［ｕ，ｖｌ＝ｓｉｚｅ（ｓ）；ｌ＝ｏｎｅｓ（ｕ，ｖ）；
ｓ＝ｓ水ｌ’：ｉｆｓ＝＝ｐ
ｒｅａｋ；ｅｎｄ
ｎｕｍ＝ｎｕｍ＋ｌ；
ｅｎｄ
ｉｆＢｕｍ＝＝ｉ－１
３利用Ｍａｔｌａｂ实现一个水泥窑生产
专家控制决策系统
研究对象及目的：我们将对司炉控制转炉进行决策分析，提出水泥窑生产控制算法。
实验工具：适合于科学计算、数据处理的面向对象程序语言ＭＡｌｌ．ＡＢ．
系统分析：司炉的任务就是保持转炉处于适当的状态，什么是适当的状态取决于司炉的经验。为此，司炉必须控制两个参数，即转炉的旋转速度（ＫＲ）及烧煤速度（ＣＷＲ），而这两个参数又取决于司炉对转炉的四个参数的观测，即燃烧区的温度（ＢＺＴ）。燃烧区的颜色ｆＢＺＣ），烧结颗粒（ＣＧ）及炉内矿物颜色（ＫＩＣｏ司炉的工作可以用决策表描述，其中ＢＺＴ、ＢＺＣ、ＣＧ和ＫＩＣ是条件属性，ＫＲ和ＣＷＲ是决策属性。
根据司炉记录的一张原始数据表我们组成决策表，该表表达了一个有经验的司炉工对转炉操作的知识总结，这个知识不是总结司炉的经验．而是通过观测司炉控制转炉的操作获得的记录数据。则Ｃ＝｛ａ，ｂ，ｃ，ｄ｝是条件属性，Ｄ＝ｆｅ，ｆ｝是决策属性。
由于许多决策是相同的，因此，相同的决策规则可以合并，当司炉观察到的条件满足指定的值时，他就根据决策表实施控制。
我们要从观测数据导出控制算法。即根据司炉的经验，利用他的知识获得转炉的控制算法，为此我们要分析司炉决策所采用的观测数据。即根据观测数据讨论司炉知识的控制性，并进行化简，然后产生控制算法。
实验过程：
ｆ１１首先将原始决策规则合并相同项。
ｆ２）再对以上得到的决策表进行条件属性的简化，即如果某条件属性去掉以后决策表仍旧保持协调，则该属性是冗余
ｙ（ｋ，：）＝ｘ（ｉ，：）；
ｋ＝ｋ＋１：ｅｎｄｅｎｄ
ｆｕｎｃｔｉｏｎ［ｙ，ａ］＝ａｔｔｒｚ＝ｚｅｒｏｓ（１，ｍ＋ｎ）；ｚ（ｍ＋ｌ，ｍ＋ｎ）＝ｌ；
ｆｏｒＩ＝ｌ：ｍ
ｒｅｄ
ｘ，ｉｎ，１１）％其中ｘ为决策表，Ｉｎ
为条件属性个数，ｎ为决策属性个数
ａ＝ｘ（１，：）；ａｆ０＝０；
ｆ－书ｎｄ（ａ＞０）；
踹ｘ（．＇ｏ；
ｂ＝ｓａｍｄｅｌ（ａ）；
［ｕ，ｖ］＝ｓｉｚｅ（ｂ）；
ｆｏｒｊ＝ｌ：ｕ－１ｆｏｒｋ＝ｊ＋ｌ：ｕ
ｓ＝ｂ（ｊ，ｌ：ｍ－１）＝＝ｂ（ｋ，ｌ：ｍ－１）；ｔ＝ｂ（ｊ，ｍ：ｖ）＝＝ｂ（ｋ，ｍ：ｖ）；［ｃｌ，ｄ１］＝ｓｉｚｅ（ｓ）；［ｃ２，ｄ２］＝ｓｉｚｅ（ｔ）；ｌｌ＝ｏｎｅｓ（ｃｌ，ｄ１）；１２＝ｏｎｅｓ（ｃ２，ｄ２）；
ｓ：ｓ８１１’：ｔ＝ｔ＊１２’；
ｉｆ（ｓ＝＝３）＆（ｔ一＝２）
ｚ①＝１；丌转第２７９页）
万方数据
＠啾期邮局订阮８２删３６０，Ｌ／＿２５９—
图像处理
３４
Ｃｈａｎｇ－ｓｈａ４１０２００，Ｃｈｉｎａ）ＬｉＸｉ－ｈｕｉ
３３
通讯地址：（４１０２００湖南湖南信息职业技术学院计算机系１李锡辉
（收稿日期：２００７．３．３）（修稿日期：２００７．４．５）
霜３２
皇：２
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３１
３０
（上接第２５９页）
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７ｉ
８ｌ
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ｊ＝ｕ－１；
ｂｒｅａｋ；ｅｎｄｅｎｄｅｎｄ
ｅｎｄ
Ｆｒａｍｅｌｌｍｎｂｅｒ
Ｆ地ｍｅｉｑ啪ｂｅｔ
（ｃ）Ｃｏａ啦ｕａｒｄ序列（０３Ｃａｎ３ｈｍ－ｌｅ序列
图１图像质量的变化曲线
５结束语
本文对Ｈ．２６４码率控制算法研究的基础上，分析了算法中基本单元层控制策略的不足，提出了宏块级的码率控制算法，该算法充分考虑了图像中不同宏块间的差异性．根据宏块的复杂度为其进行比特分配。实验结果表明，改进后的算法在有效控制码率的同时，视频质量也得到了提高。
本文作者创新点：根据编码帧中各宏块的复杂度不同，引入了宏块复杂度因子ＭＢｒａｔｉｏ。实现了宏块级的码率控制。参考文献
【１］ＩＳＯ／ＩＥＣＪＴＣｌ，ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ—ＣｏｄｉｎｇｏｆＡｕｄｉｏ－Ｖｉ—
ｓｕａｌＯｂｊｅｃｔｓ—Ｐａｒｔ１０：ＡｄｖａｎｃｅｄＶｉｄｅｏＣｏｄｉｎｇ，ＩＳＯｈＥＣＦＤＩＳ１４４９６—１０，２００３．
ａ－靠ｎｄ（ｚ＞０）；
ｃ＝ｆｉｎｄ（ｚ＝＝０）；ｘ（：，ｃ）＝０；ｙ＝ｓａｍ＿ｄｅｌ（ｘ）；
最后得到的最小化后的结果，与逻辑分析的结果是一致的，根据该结果就能得到最后的最小决策算法，可以用任何编程语言以及硬件实现，这里不再详述。我们以ｆｕｎｃｔｉｏｎｔ＝ｔｅｓｔｆｍ，ｎ，）表示，其中ｘ为最小化结果，ｍ为条件属性个数，ｎ为决策属性个数，ｔ为返回的决策结果。
ｘ’
［２］Ｔｅｓｔｍｏｄｅｌ５ｒＥＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｐｅｇ．ｏｒｇ／ＭＰＥＧ／ＭＳＳＧ／ｔｍ５／『３］ＣｏｒｂｅｒａＪ
Ｒｉｂａｓ，ＬｅｉＳ．Ｒａｔｅ
４结束语
开发一个成功的专家控制系统最重要的两个组成部分是知识表达和推理学习。本文提出的基予粗集理论方法的专家控制系统具有全新的知识表达方式和全新的规则推理方法．它为专家控制系统开劈了一条智能信息处理的新路。利用Ｍａｄａｂ实现一个水泥窑生产专家控制决策系统，对司炉控制转炉进行决策分析，提出水泥窑生产控制算法。其实验结果也证实了本文提出的方案的可行性。
创新点：基于粗集方法的专家控制系统新颖之处主要是，以对观察和测量所得数据进行分类的能力为基础。通过对不完整数据、不精确知识进行一种简化表达，并从数据中学习、归纳系统的某些特点，从中发现知识、推理系统的控制规则。从而使该系统具有了全新的知识表达方式和全新的规则推理方法。参考文献
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ＡｓｐｅｃｔｓｏｆＲｅａｓｏｎｉｎｇ
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Ｙ
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Ｚ
Ｇ，ＰａｎＦ，ＬｉｍＫＰ．ＡｄａｐｔｉｖｅＢａｓｉｃＵｎｉｔＬａｙｅｒＲａｔｅＣｏｎ—
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ＳｙｍｐｏｓｉｕｍＭａｖ
ｏｎ
ｉｎ：ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＩＥＥＥｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ
ＣｉｒｃｕｉｔｓａｎｄＳｙｓｔｅｍｓ，ｖ０１．Ｉｌｌ，ＶａｎｃｏｕｖｅＦ，Ｃａｎａｄａ，
ａｂｏｕｔ
２００４。ＰＰ．８１３—８１６．
［８］Ｉｉ２６４／ＡＶＣＳｏｆｔｅｗａｒｅＣｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ，ＪＭ８．６．ｈｔｔｐ‘．／／ｆｔｐ３．ｉｔｕ．ｃｈ／ａｖ－ａｒｃｈ／［９］白小燕，崔慧娟，唐昆．场景自适用码率控制算法研究［Ｊ］微计算机信息，２００５，１２—３：１１０—１１２
作者简介：李锡辉（１９７４一），女（汉族），湖南益阳人，讲师，硕士研究生，研究方向：视频压缩；季桂树，男，（１９６０一），辽宁人，副教授，博士，研究方向：数字图像处理和数据库技术。Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ：Ｌ［Ｘｉ—ｈｕｉ（１９７４－），ｆｅｍａｌｅ（Ｈａｎ），ｆｒｏｍ
ｎａｎ．Ｐｒｅｌｅｃｔｏｒ，Ｍａｓｔｅｒ，Ｍａｉｎｒｅｓｅａｒｃｈ
Ｙｉｙａｎｇ
ｏｆＨｕ－
Ｄａｔａ，Ｎｏｗｏｗｉｅｊｓｋａ１５／１９，Ｗａｒｓａｗ，Ｐｏｌａｎｄ，１９９０
［２】曾黄麟，一种基于粗集理论的新的机器学习方法，控制与决策，Ｎｏ．５，１９９７．１２
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Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ
Ｇｕｉｄｅ。ＴｈｅＭａｔｈＷｏｒｋｓＩｎ．，Ｍａｓｓ．ＵＳＡ，１９９５
ｆｉｅｌｄ：ｖｉｄｅｏｃｏｍｐｒｅｓｓ．Ｊｉ
［７ｌｅｅ荣杰等，基于知识的故障诊断方法的发展现状与展望［Ｊ］微计算机信息，２００６．３—１：２１８—２２０
作者简介：梁洁（１９６８一），女（汉族），四川成都人，成都医学院副教授，主要从事计算机应用教学与科研。Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ：ＬｉａｎｇｊｉｅＴａｋｉｎｇ
ｒｅｓｅａｒｃｈ
Ｇｕｉ－ｓｈｕ（１９６０－），ｍａｌｅ，ｆｒｏｍＬｉａｏｎｉｎｇ，Ａｄｊｕｎｃｔｐｒｏｆｅｓｓｏｒ，Ｐｈ．
Ｄ，Ｍａｉｎｒｅｓｅａｒｃｈ
ｆｉｅｌｄｓ：ｄｉｇｉｔａｌｐｉｃｔｕｒｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄｄａｔａｂａｓｅ．
（４１００８３湖南湖南长沙中南大学信息学院）李锡辉季桂树（４１０２∞湖南湖南长沙湖南信息职业技术学院计算机系）李锡辉
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ＣｅｎｔｒａｌＳｏｕｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇ－ｓｈａ４１００８３．Ｃｈｉｎａ）Ｌｉ】！【ｉ—ｈｕｉＪｉＧｕｉ－ｓｈｕ
（Ｄｅｐｔ．ｏｆＣｏｍｐｕｔｅＳｃｉｅｎｃｅ，ＨｕｎａｎＣｏｌｌｅｇｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ
（Ｗａｓ
ｂｏｒｎｉｎｏｆ
１９６８），ｆｅｍａｌｅ
ｅｈｅｎｇｄｕ
ｍｅｄｉｃａｌ
ｏｆｃｏｍｐｕｔｅｒ
（ｈｕｎ），
ｃｏｌｌｅｇｅ．
ｓｉｅｈｕａｎｅｈｅｎｇｄｕ。鹊ｓｏｃｉａｔｅｐｒｏｆｅｓｓｏｒ
ｏｎ
ｏｎ
ｔｈｅ∞ｐｌｉｅａｔｉｏｎ
（６１∞８ｌ四川成都成都医学院）梁洁通讯地址：（６ｌｏ吣１四川成都医学院）梁洁
（收稿日期：２００７．４．０３）（修稿日期：２００７．５．０５）
万方数据
＠嘲同邮局订㈣８２删３６０，元－，／牟－－２７９一