利用專家系統(tǒng)構建智能家居的研究與設計

3.2 知識庫的設計

用戶通過友好的人機界面將大量規(guī)則存儲于知識庫中，例如，主人回家開門時，客廳里的電燈會因室內(nèi)的光線過暗自動打開；主人外出關門時，室內(nèi)的監(jiān)控系統(tǒng)會因家中無人而自動開啟。電燈的打開這個操作會與門打開、室內(nèi)亮度過低這兩個事件聯(lián)系在一起，我們用產(chǎn)生式規(guī)則來表示描述這條知識：

IF 門打開，室內(nèi)光線過暗> THEN 燈亮 >

產(chǎn)生式描述了事物之間的一種對應關系（包括因果關系和蘊含關系），這種基于規(guī)則的符號化模型特別適于反應人們對家電設備的調(diào)度，由一臺設備的某一事件或狀態(tài)作為條件，引發(fā)對另一設備的使用。此系統(tǒng)中的知識庫實際上是一個能夠表達用戶主觀意愿的產(chǎn)生式規(guī)則庫，在系統(tǒng)中以動態(tài)數(shù)據(jù)結構進行組織。

知識的表示是描述客觀事物的一組規(guī)定，是知識的符號化過程。規(guī)則主要包含規(guī)則的前提和規(guī)則結論部分，前提部分說明規(guī)則可以被引用的條件，而結論部分則說明當前提成立時可進行的操作或引起的領域行為。根據(jù)需要，一條規(guī)則可以有多個前提和多個結論。在具體用C語言實現(xiàn)時，直接以IF前提條件>THEN動作>語句形式編程是行不通的，為了實現(xiàn)事件的驅(qū)動，必須利用C語言強有力的字符串處理能力將抽象的符號變成一個個表單元。根據(jù)實際情況我們可以將智能家居監(jiān)控下的設備看成一個對象，C語言定義為：

struct object{
char *name； /*設備的名稱*/
float val； /*設備的特性值*/
enum events {high,middle,low,open,close}；USB2.0
/*事件類型的抽象*/
}；

這些對象通過規(guī)則聯(lián)系起來，每定義一條規(guī)則，都要把它們存放到規(guī)則庫Rule_Base中，以方便推理機獲取有用的規(guī)則。在規(guī)則表達中，通過rule()函數(shù)把規(guī)則的外部語言形式轉(zhuǎn)換成內(nèi)部的特性表的形式，它的Clause和Action特性分別存放了該規(guī)則的前提和結論。推理時若要用到某條規(guī)則rule_X（X＝1,2...n），就直接從它的特性表中取出相應的前提和結論，Clause和Action可以是一個函數(shù)調(diào)用、常量或變量，每條規(guī)則的特性表組織成如下形式：

（Clause（條件1 條件2…）Action (結論1 結論2…)）

3.3 推理機的設計

推理機設計采用事件驅(qū)動正向推理方式，其基本思想是：推理機通過網(wǎng)關管理模塊讀取信息家電的當前狀態(tài)，從中獲取由設備產(chǎn)生的事件，這些事件構成了基本事實；從基本事實出發(fā)引用規(guī)則庫中的規(guī)則，若某些規(guī)則的前提被滿足，則執(zhí)行這些規(guī)則的結論，若這些規(guī)則的結論部分形成新的事件，則用同樣的方法以這些邏輯結果為基礎再次進行正向推理。推理過程中的沖突消解采用最先匹配策略，將所有符合當前求解條件的知識放在一張表中，在問題求解過程中一旦找到匹配的規(guī)則即采用該規(guī)則。

事件驅(qū)動是數(shù)據(jù)驅(qū)動的發(fā)展形式，所謂事件驅(qū)動是指當事件集合中所有的事件都已發(fā)生，才能引發(fā)另一種操作。在產(chǎn)生式規(guī)則中，IF后面的條件便可當作一個事件集合，當用戶所設定的條件都滿足時，即可得出THEN后的結論或觸發(fā)相應的操作，本系統(tǒng)通過Event_driven()函數(shù)實現(xiàn)了基于事件驅(qū)動的正向推理。

Event_driven()算法：

Kbase-Load（） /*知識庫的裝載*/USB2.0
for(所有的事實fact)
{
event=fact中的事件；
for(所有在rulebase中的規(guī)則rule)
{
rule_event=出現(xiàn)在規(guī)則rule中的所有事件；
if(rule_event至少有一個變量沒有值)
continue； /*取規(guī)則庫中的下一條規(guī)則*/USB2.0
else
{
for（規(guī)則rule中每一前提clause）
match(clause)；/*匹配clause中的條件*/
if（match(clause)）
{
do(action)； /*執(zhí)行規(guī)則rule中所有action結論*/
value（action）； /*用value保存每一個操作結果*/
if（rule(action)）/* action產(chǎn)生的事件構成一個新的事實*/USB2.0
Add_Kbase(action) /*將產(chǎn)生的事件加入到知識庫中*/
}
}
}
}

4 結束語

本文作者創(chuàng)新點：從智能家居未來發(fā)展方向出發(fā)，分析了利用專家系統(tǒng)構建AI-IA智能控制模塊的必要性和合理性，建立了智能協(xié)作模型，并給出了設計專家系統(tǒng)的具體方法，為智能軟件的優(yōu)化以及在嵌入式開發(fā)板上的移植奠定了基礎。

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[4] Christos Douligeris,Intelligent Home Systems,IEEE Communications Magazine，1993.10