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第 l 9卷 第 2期 有色冶垒设计与研究 1 9 9 8年 6 月 f 1 一 关于采矿方法选择的专家系统设想 蒋瑾瑜 南 昌有色冶金设计研究疏， 江西， 3 3 0 0 2 1 [ 摘要] 本文主要论述 了专家系统的设计原理与方法 以厦建立采矿方法选择专家系统的设想 [ 关 键 词 ] 计 算 机专 家 系 统房 拄 采 矿 法 对 1 概述 2 专家系统原理 采矿方 法选 择是采矿工程 设计 中的 重要 内容。影响采矿方法选 择的 因素有 很多 ， 如 矿床储 量、 矿石 品位 、 矿体厚度 与倾 角、 矿岩稳定性 、 水文地 质及地表允 许崩落情况等。这些 因素有 一个共 同特 点 ， 就是与采矿方法的关 系很难用确切 的 函数形 式表达 ， 且有 些 因素具 有模 糊性 ， 对于不 同的设计者， 判断 出的等级是不一 样的， 得出的结果差异 自然也 比较大。如 能引进计算 机人工智 能研究 手段建 立相应 的专家咨询 系统 ， 这些人工决策环 节便 可得到较好 的解 决。因为专 家系统 采用的方法是探索的方法 即所谓 的弱方 法对给定信息的要求 比较弱 ， 可以是 不完全 的、 模糊 的。另外 由于专家 系统具 有与领域专家同等解决问题的推理能力， 这样就使 得普通 人能够利用 系统 中多数 专家 的知识 ， 对问题 获得 专家 水平 的解 决； 对于专家们本身来说， 也可借助系统 的帮助 ， 获得更多 方面 的知识 ， 从 而以更 高水 平 、 更 高效率 的工作。因此 ， 建立 一 个适合我国 冶金矿 山采矿 方法选择 的专 家系统是非常有必要的。 专家系统是一种 具有大量专 门知识 ． 并能运用 这些 知识解决实 际问题 的智能 性计算 机程序 系统。需要人 类专 家与知 识工程师共同配合研制完成 ， 即人 类专 家 在知识工程师的引导和启发下 ， 提供解决 实际问题的基本知识和经验 ， 知识工程师 再按专家系统 的要求对其进行整理 ， 形成 专家知识库 ， 再编制推理 机及人机接 口等 模块， 从而形成特定 领域 的专家系统。专 家系统结构详见图 l 。 专家盈 知识工程师 用户 图 l 专家系统结构 专家系统的核心是知识库和推理机 。 其中知识库 、 知识获取方式与领域知识 密 切相关 ， 而推理 机、 人机 接 口与领 域知 识 联系不多。若将与专 业联 系不多 的推理 机、 人机接 口等部分事先开发 好， 并 提 供 l 7 维普资讯 第 1 9卷 有色冶金设计与研究 第 2期 一 定数量的空知识库和空数据库， 即形成 所谓的专家系统 工具 ， 便可大大简化特定 领域专家系统的开发进程。 3 专家系统工具简介及领域 专家系统的形成 专家系统 工具， 虽 因侧重面不 同， 形 式有所不同， 但基本 内容均为 支撑环境 、 推理机、 具有一知识表示形式 的空知识库 和空数据库等。 3 ． 1 支撑环境 支撑环境， 即知识编辑器 。主要包括 知识的编辑和编 泽、 知识库 维护、 人 机接 口、 解释机制等几大模块。 3 ． 2 空知识库与空数据库 空知识库与空数据 库主要用来 存放 推理规则和用户数据。提炼 推理规 则是 开发领域专家系统 的主要内容 ， 专家 系统 的成功与否 ， 即提供 的建议 最佳与否 ， 主 要取决于知识库建立的完善与否。 3 ． 3 推理机 推理机主要用来对 知识 库 中规 则表 达的求值与 数据 库 中的事实逐 一匹 配从而推理 出解决 问题的办法 ， 即给 出系 统的咨询建议。另外此 部分内容还 包括 结论可信度 C 值的计算。 3 ． 4 领域专家系统的形成 3 ． 4 ． 1 知识库中的知识表示 知识的表现形式有多种 ， 其 中以产生 式规则 I FT H E N结构 使 用最多 、 效果 最好。 另外 知识表示还 存在一个 “ 精 确度” 概念。即有 的属精确知识 如公式、 公理、 给定的确切数据等 ； 有的属不精 确知识 如经 验性知识 、 只能定性描述 的数据 ， 知识的精确性常用可信度 c 表示 C I 表示绝对肯定 ； C 表示绝对否定 ； C 0 ～1 表示肯定程度。 3 ． 4 ． 2 知识库的编辑 1 8 知识库的编辑 ， 就是将整理 出的人类 专家知识和经验按 规定 的表示形式 提炼 出推理规则 ， 建立源知识库 ， 一般用“ I F前 提 T H E N结论 c 可信度” 等 简单 、 易懂的 形式表示 ， 我们称其为外部表示形式。 3 ． 4 ． 3 知识库的编译 知识库的编译 ， 就是将源知识 库的外 部表示形式编译成 专家 系统要求 的 内部 形式， 从而提高推理过程 中对知识搜索的 速度。因为知识库容量很大 ， 推理 的时间 主要耗费在知识的搜索中。 3 ． 4 ． 4领域专家系统的形成 在建立 领 域知 识库 后 ， 对 其进 行编 译 ， 形成 目标 知识库 ， 再将 目标知识库装 人内存 ， 和 已做好的推理 机、 动 态数据库 连接在一起 ， 便可形成特定领域的专家咨 询系统 专家系统流程见图 2 支 掉 环 境 j 匝亟亘二卜 国 2 专家系统疵程 4 采矿方法选择的专家系统设 相 J L 1一 、 由上述专家系统原理及 其形 成过程 可知 ， 研制采矿方法选择专家系统 的重点 是 知识库 中推理规则的建 立以及推理过 程 中可信度的计算。 4 ． 1 推理规则的建立 众所周知 ， 采 矿方法 选择 的实质为 将矿体实际赋存 情况与各采 矿方 法的适 用条件逐一 比较后 ， 选出能满足要求 的那 些采矿方法 因此建立 采矿专家 系统 的 推理规则就是从各种采 矿方法适 用条件 维普资讯 第 l 9卷 关于采矿方法选择的々蒙系统设想 第 2 崩 的知识 片段 中提 炼 出推理该 种采矿 方法 的多条规则， 并将其存放到知识库中 这 是知识加 工的重要 一环 ， 也是难 点所在 ， 需要知识工程师与人类专家反复协商。 规则问一般都存 在某种联 系， 即某条 规则的前提 有可能是另一条规 则的结论。 因此编写推理规则的有效办法是 将某种 采矿方法 推理 的总 目标 作为根基点 ， 所 有适用条件按“ 与 A ND ” 、 “ 或 O R ” 关系 展开成一棵 推理 树 ， 称 为“ 与” 、 “ 或” 推理 树， 再根据树 中的逻辑 门编写一条条推理 规则。以房柱采矿法为例， 说 明其过程 房柱采矿法的适用条件 矿岩稳 固或 较稳固， 且矿体倾角 3 0 。 ， 矿体厚度 8～ 1 0 I n ； 价值不高或品位较低的矿石 根据以上描述 ， 可将其表示成图 3 所 示的“ 与” 、 “ 或” 推理树 根据 此树便 可编写 出如下 房柱采矿 法的推理规则 规则 l ， 如果 c 1 矿体倾 角 3 o 。 ； 2 矿体厚度 8 ～1 0 m； ￡ 矿 蔓 譬 耋 ； 墓 角 度 面 焦 8 1 0 m 高 图 3 房柱法。 与” “ 或” 推理耐 3 矿岩稳固。 那么， 完全可 以肯定 1 0 0 ％ 系统建议 的采矿方法是房柱法。 规则 2 ， 如果 1 矿体倾角 3 0 。 ； 2 矿体厚度 8 ～1 0 m； 3 矿石 品位不高。 那么， 有充分证据表 明 9 0 ％ 系统建议的 采矿方法是房柱法。 所有采矿方 法 见 附表 都需根据各 自的“ 与” 、 “ 或 推理树编写 出相应的推理 规则存放到知识库中。 附表采矿方法丹类表 分类 分 组 采矿方法 分类 分 组 采矿方法 全面采矿法 上向 分层充填法 分层空场法 房柱采矿法 上 向进路充填法 空 留矿 采矿法 分层充填法 点柱分层 充填法 场 下 向分层 充填法 分段采矿法 法 分段空场法 壁式充填 爆力运矿采矿法 充 阶段矿房法 阶段矿房法 填 分段充填法 分段充填法 壁式崩落法 法 分层崩落法 分层崩落法 分段空场事后 充填法 崩 无底 柱分段崩落法 阶段空场事后 充填法 落 分 殷崩落法 法 有底柱分殷崩落 法 阶段充填法 v { R事后充填 法 阶段强制崩落法 留矿采矿事后 充填法 阶段崩落法 房柱采矿事后充填法 酊段 自 然旃落法 4 ． 2 可信度的计算 4 ． 2 ． 1 事实的不确定性 事实即推理 规则 中的前提 ， 在采矿方 法选择专 家 系统 中即某一 矿体的具 体情 l 9 维普资讯 第 1 9卷 有色冶金设计与研究 第 2期 况， 这些情况的描述大多具有模糊性、 不确 定性。事实的不确定性 用可信度 c 值表 示 ， 它的取值范围为 0 ≤ C ≤1- ⋯’ ’ ’ ⋯⋯ ⋯- ⋯- - - - ⋯ ⋯ 1 式中 0表示绝对否定 ， 1 表示绝对肯定。 例 “ 矿岩稳固 C f 0 ． 8 ” 表示人们判断 矿岩稳固的肯定程度为 0 ． 8 。 4 ． 2 ． 2 规则的不确定性 除公式、 公理外 ， 人类专家掌握 的规则 太多具有经验 性、 不确定性 采矿方法选 择专家系统中根据适用条件提炼 的规则 同 样也不例外。规则的不确定性也 用可信度 值表示 例 如果矿岩稳定， 则采矿方法选择房 柱法 ， C 0 ． 2 ， 表示根据矿岩稳 固选择房 柱法的肯定程度只有 0 ． 2 。 4 ． 2 ． 3 ． 结论可信度计算 推理是将事实和规则逐一匹配得 出的 结论 由于事实 和规则 的不确定性 ， 产生 的结论 自然也具有不确定性。结论的不确 定性 同样也用可信度 c 值表示。 规则 中有“ 与 A N D ” 和“ 或 0 R ” 两种 连接方式 ， 它们传播 不确定 因素 的程度是 不一样的。其结论可信度 C 值 的计算方 法⋯ 自然也不相同， 分别为 1 “ 与 A N D ” 连接时可信度 的计算 为 C f 结 论C f 规则 C 埠宴 r n i n ’ ⋯’ ’ 2 式中 c 咄 表示结论可信度 c 啦 表示规则可信度 C f ,g 宜 n 一表示所有“ 与” 连接 的事实可信度的最小值。 例 设某一矿体 c F 倾 角1 ， c 悍度1 ， c 饴目0． 8 ， 则根 据规则 1推理 出房拄法 的可信度为 Lf L鼬 则 C 橱舟， C 僻度， C 嗨固 m i n l0． 8 2 0 0 ． 8 2 “ 或 O R ” 连接 时可信 度的计 算 为 F 牯 论c 啦则C 埠宴 】 C 鼬刚 Cf 2 ⋯ 一C嘲则 C坤宴】 X c 呻 2 ⋯⋯⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 3 即 C 结 论C 垭 { C 事 实 】 C 崞宴 2 ⋯ 一C 事 实 】 C 呻实 2 ⋯’ ⋯ ⋯- --- ⋯⋯⋯ ⋯- -- f 4 4 ． 3 专家系统咨询结果的特点 虽然每一种采矿方法都有若干具体明 确的适用条件 ， 但对某一特定条件的矿体 ， 却不一定有唯一 的采矿方法与之对应， 可 能存在带有优越性次序的若干方案。专家 系统给 出的咨询结果是 当输人某一具体 条件后 ， 给出带有可信度 ， 即明确优越性顺 序的几个不同方案供用户选择 。 5 结语 根据适用条件提炼的推理规则是否全 面、 正确 ， 直接关系到专家系统给出采矿方 法建议的最优性。因此 ， 此部分内容 应不 断完善 、 及时更新。 采矿工程设计中的人工决策环节不只 限于采矿方法的选择 ， 还有 诸如开拓 系统 选择、 通风系统选择等， 都可建立相应的专 家咨询系统 因此采矿方法选择专家系统 的研制， 也将有助于其它专家系统的研制 和开发。 参考文献 】 膝文伟 决策支持系统丑其开发 ． 北京 清华太学出版 社 ， 1 9 9 4 2 李卫华 ． 汤恰群， 周样和 专家系统 工具 ． 北京 气象出 版 社 ， 1 9 8 7 ． 3 豫竹 云 矿井通风系统优 化研究 沈 阳 东北工学 院 ， 1 9 9 0届博士论文 4 采矿设计 手 册编写 组 采 矿设 计 手册 矿床 开采 卷 下北京 中国建筑工业 出版杜 ， 1 蝴 维普资讯