基于谓词逻辑的科学效应知识库系统开发

1 前言

1.1 创新的意义及本质

人类对事物本质及发展规律的认识与掌握，直接影响着人类实践活动的内容与方式。当我们迈入21世纪，科技创新进一步成为社会和经济发展的主导力量，世界各国综合国力的较量已经越来越体现在以知识服务和与技术创新为主要内容的竞争。创新已经成为我们当代的主旋律，他已成为影响一个国家与民族发展的决定性因素。

创新是一项系统的工程，随着经济时代的到来，社会的进步与经济的发展更加依赖于创新的实践，同时创新实践需要创新设计方法的指导。

1.2 课题概述

1.2.1 课题介绍

课题“基于谓词逻辑的科学效应知识库系统的开发”是在TRIZ理论效应模块的基础上，通过人工智能的Prolog语言来实现的。本课题在了解TRIZ的产品创新过程中，要学习科学效应的应用方法，并掌握基于谓词逻辑的知识表示方法，运用Prolog语言编制出支持效应查询的专家技术系统，便于发明者对效应的应用。 1.2.2 课题背景及意义

我们在21世纪这个特殊的背景下，中国共产党在十七大报告中明确指出：“提高自主创新能力，创建新型国家，这是国家发展战略的核心，是提高综合国力的关键。”我们中华民族在政治、经济领域显示出独具的创造力，但是我们在科学技术领域的创造力仍需要提高。并且我们知道，电脑是迄今为止最为有效的信息处理工具，但是普通的计算机系统的智能化还是相当低下的，事实上，如果计算机自身也具有一种智能的话，那么他的功效将会是发生质的飞跃，成为人脑更为有效的延伸和扩展。因此，研究本课题编制支持效应查询的专家系统也就越显重要。

TRIZ效应库的组织构建，便于发明者对效应的应用。TRIZ理论基于对世界专利库的大量专利分析，总结了大量的物理、化学、几何效应，每一个效应都可能用来解决一个问题。本课题编制支持效应查询的专家系统可以通过人工智能的Prolog语言，将这些效应写入到一个专家效应库中，使科学效应得到了更好的有效利用，提高了创新设计的效率。 1.2.3 前景展望

编制支持效应查询的专家系统是人工智能的一部分，也是TRIZ创新理论的一项重要内容，它们的前景是一片繁荣和光明，我们国家对它们的研究正方兴未艾，非常

活跃，虽然在通向其最终目标的道路上，还有不少困难、问题和挑战，但是前进和发展必是大势所趋的。

1.3 人工智能与专家系统概述

1.3.1人工智能简介

人工智能诞生于1956年，至今已有50多年的历史，其研究成果不断，并得到了广泛的应用。所谓“人工智能”是指用计算机模拟或实现的智能。作为一门学科，人工智能研究的是如何使机器（计算机）具有智能的科学和技术，特别是人类智能如何在计算机上实现或再现的技术【1】。在经典的人工智能研究中，人工智能的研究领域分为逻辑推理与定理证明、博弈、自然语言处理、专家系统、自动程序设计、机器学习、人工神经网络、机器人学、智能检索等多种方面【2】。 1.3.2 专家系统简介

专家系统（Expert System，ES）亦称专家咨询系统，它是一种具有大量专门知识与经验的智能计算机系统【1】。它也是人工智能的一个分支，产生于20世纪60年代中期，但其发展速度相当惊人，目前专家系统的应用已渗透到生物、数学、物理、化学、农业军事、法律等众多领域，它的应用几乎渗透到各个行业，凡是需要用专家知识解决问题的地方，都可以用专家系统。专家系统目前尚未有一个精确的、全面的定义，但是他以他的高性能和实用性引起了全世界的重视。

专家系统的研究致力于具体的专门领域内建立高性能的程序，其实质就是把与问题求解相关的知识有机地结合到程序设计之中，使程序能够像人类专家一样进行推理、学习、解释，从而实现该问题的求解。狭义地讲，专家系统就是人类专家智慧的结晶和拷贝，是人类专家的某种化身【1】。

本课题所要构建的专家系统是基于谓词逻辑的科学效应知识库系统开发，针对TRIZ创新理论中的效应模块，结合人工智能Prolog语言，运用PIE推理机使之成为“知识+推理=系统”的模式。他能运用领域专家多年积累的经验与知识模拟人类专家的思维过程，求解需要专家才能解决的困难问题。

2 科学效应知识库简介

2.1 科学效应库简介

2.1.1 科学效应库

传统的科学效应多为按照其所属领域进行组织和划分，侧重于效应的内容、推导和属性的说明。由于发明者对自身领域之外的其他的知识通常具有相当的局限性，造成了效应搜索的困难。TRIZ理论中，按照“从技术目标到实现方法”的方式组织效应库发明者可根据TRIZ的分析工具决定需要实现的“技术目标”，然后选择需要的“实现方法”，即相应的科学效应【3】。

人们在获取知识的过程中，多数是抱着“中性”的态度去对待这一过程，注重知识的学习，却很少从知识应用的角度去思考问题。在很多的情况下，科学效应的知识就被工程人员逐渐的遗忘。TRIZ科学效应库的组织结构，便于发明者对效应的应用。TRIZ理论基于对世界专利库的分析，总结了大量的物理、化学和几何效应，每一个效应都可能用来解决某一类的问题。 2.1.2 科学效应与功能实现

通过对250万件世界范围内的专利的分析，TRIZ理论总结出了高难度的问题解决所需要的常见的30种功能，.这里我们将效应实现的功能动作分为：产生，移动，分离，结合，变化，稳定，检测，保持，存取，消除。我们把这些称为功能动词。我们描述一个功能时，采用功能动作(动词)+名词(流)的动宾短语方式，如提高温度，稳定温度等等。如表2.1所示。

表2.1 功能原理分类

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

功能名称 测量温度 降低温度 增加温度 稳定温度

探测物体的位移和运动 控制物体的位移 控制液体及气体的运动

控制浮质(尘埃颗粒、雾、防排烟等。) 搅拌混合物，形成溶液 分解混合物 稳定物体位置 产生,控制力

13 序号 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

控制摩擦力 实现的功能 解体物体 积蓄机械能或热能 传递能量

建立移动的物体和固定的物体之间的交互作用 测量物体尺寸 改变物体尺寸 查表面状态和性质 改变表面性质

检查物体容量的状态和特征 改变物体空间性质

形成要求的结构,稳定物体结构 探测电场和磁场 探测辐射 产生辐射 控制电磁场 控制光

产生及加强化学反应

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