植保系统工程中的人工智能技术沈佐锐(北京农业大学植保系)一、导言人工智能(ArtifjcialIrite]ligenee，简称AI)是近30年发展起来的计算机科学与数学、物理学、哲学、心理学、生理学、语言学、逻辑学及其他各种应用性自然科学和社会科学交叉的一门综合性边缘科学。它有两个相辅相成的研究方向：(1)使计算机更“有理智"地工作，从而更大地发挥“人脑的延伸刀之功能；(2)探索人类智能的机制，从而更深入地了解那些使智能有可能优化实现的原理，诚所谓“使计算机更聪明的方法论可以用来使人变得更聪明”。在这两个大力向下，Al的研究主要分为四类课题：机器人学，人类自然语言的解释和翻译，计算机视觉，专家系统。有人把AI技术用空间技术和能源技术并列，喻为当代的三大尖端技术，实际上，AI技术研究的领域要宽广得多，几乎可以复盖任何行业，包括植保管理系统。关于植保系统工程(PPSE)的概念已有学者讨论(1，23。1988年4月在北京召开的全圈植保系统工程学术研讨会又集中了许多专家的意见。概括起来，”植保系统工程"可分解为“植保系统”和“系统工程”。植保系统是一个复杂的大系统，曾士迈教授曾勾划其轮廊为“横分四块、纵分四级，纵横交织，三大效益，软硬跨界”。这里，“四块”指植检、防治、测报、药械；“娌级”指国家、省市、区县、农户；这里要全面考虑生态、经济、社会效益，要综合应用软科学、软技术、硬科学、硬技术。系统工程则是是组织管理“系统"的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法，是一种对所有系统都具有普遍意义的科学(钱学森，1978)。无论是PPSE，还是AI，对我们都是新鲜事物，还谈不上已经获得了什么成功的经验。在PPSE中究竟有哪些问题更需AI技术来解决?我们认为，在农业病虫害的长期和超长期预测、植保风险估鲥、防治效益评估、高层战略决策等方面更需AI技术，这些方面单凭传统的数学模型方法是难以奏效的。为便于实施上述研究项目，并就教于更多的专家，在此对AI技术傲一个简略的综述，同时结合这一综述．谈谈本人对AI和PPSE的结合点的一些浅见。二、专家系统专家系统是人工智能的当前主要形式。有人说它是第五代计算机的核心技术、，至1987年，世界上已有1000多种专家系统得以报导。专家系统的定义具有3个要素：(1)是一种智能程序系统，(2)其内部具有大量专家水平的领域知识、技能和经验I(3)能利用人类专家的知识和方法解决该领域的问题。任何一个专家要持续不断地紧跟知识爆炸的形势是愈来愈困难了。这样，发展专家系统就成为迫切的任务。专家系统主要由5部分组成，(1)知识库，存放某专业领域里的有关事实、判据、规则，直感和经验等知识，它们主要收集自该领域的专家；(2)数据库，用于存放该领域的初始数据，做为利用知识库里的知识进行推理的依据，而推理过程中的中间结果亦可存放于其中；(3)推理机，它能解释知识库中的知识，实行逻辑演绎和知识库的操纵，(4)解释部分，负责对推理做出解释，以便用户了解推理过程，从而信服专家系统的撵理，并从中掌握系统学习和系统维修的知汉；(5)知识获取部分，为修改知识库中原有的知识和扩充新的知识提供手段，也是影响该专家系统性能指标的重要部分。专家系统在处理和解决问题时有三个特点t启发、透明、灵活。“启发"是指，在解决问题时，专家系统不仅用形式推理方法，而且用判断推理方法。“透明一是指专家系统具有解释和证实其推理思路的能力。“灵活力是指，在专家系统内部，知识库和推理机是相对独立的，专f-j化的领域知识是与普通性(非专门化)的推理程式分开处理的，因此，‘本文承业师瞳土迈教授审阅，并提出修改j毫I见，深表谢意．同传统的编程方法或数学规划方法相比，专家系统中知识的更新和积累就容易得多。在一个专家系统的知识库里，专门化的领域知识是大量的，而舅在很大程度上决定了该专家系统n0性能和解，；。问题的有效性，所以，这种灵汪的特点九ji、童要。专家系统强调用符号法表达知识辅进行拄理，而不致传统的编程语言主要是用数箴方奠专家系统能把一个普通工作者解决问题的能力提高到一个综合的专家水平，这是研究专家磊彭：的主要圈日，J。此外，专家系统还具有其他优点。州如：(1)能够高效率、准确、闵密、迅速而不疲倦地工作，(2)解决问题时不受环境条件和自身“情绪”的影响，(3)发挥专家的专长是不受时间和空间限制的，(4)研制专家系统时，必须总结归纳出专家的经验、知识和思维方法，这就促使专家更好地总结经验，并把更多专家的经验汇总起来，从而促进领域的发展。已报导的专家系统中，著名者有：MYC—IN，一个诊断和治疗某些细菌感染性疾病的专家系统；PROS})ECTOR，一个矿藏开发的地质学咨询系统，它在1982年曾使美国一家勘探公司获利达几百万至1亿美元；DEN—DRAL，能鼻理解"质谱图，给出有机物的化学结构式，MAXIMA，可做微积分计算，并进行一些计算式的简化等工作。我国的专家系统研究是70年代束才起步的，但发展很快，已开发出关幼波肝病诊疗系统，中医内科诊断系统，子宫癌诊疗系统，运输调动专家系统，服装剪裁专家系统，航空物探专家系统，台风路经预报专家系统等。目前，农业、植保方面的专家系统还不多，国内报导的有：COil]ax，一个棉花作物管理专家系统，它尚未顾及病虫害防治问题；COTF—LEX，一个棉花害虫防治专家系统，但实用化程度还不高，樱小蜂分类的专家系统也己幽美国TexasA&M大学研制，日本千叶大学研制的MICCS，是番茄病诊断系统，可就两种病害进行诊断和提供防治方法。可喜的是，我国现在已开始考虑和着手研制植保应用的专家系统。兰、决策支持系统决策支持系统是从管理信息系统的概念发展而来的。管理信息系统的特点是有一台中央处理主机，在管理系统的不同部门有许。多终端来共用主机的数据库和数据处理软件。决策支持系统则是在镑理系统的不同部门使用了许多微机，每台微机都有其配套的专用数据库，而这些微机又_j做为主机的终端。这样，管理系统中的每一部门的每一种决策都具有更大的独立性，同时又能够从主机得到必要的服务。文策支持系统可以使管理者(用户)分享数据和信息处理『i勺功笼及其结果，而这些结果便被用来对鬃．曼复杂的闻题进行决策，特别是协助解决多样化和不确笼佳的问题决策支持系统是比专家系统起步略晚而平行发麟喾的人工智，指研究领域。它以0，知系统为基础：(1)数据库-谤理系统，主要管理决策所需的数掺资料，如植缣决策所需的气基数据，田闻调，砖跫据、市场诡轰数据等}(2)方法库管理系统，书要管理决策所需的方法，如统计学方法、数值方法、层次分析方法等’(3)模型库管理系统，主要管理决策所需的各种模型．如植屎决策中的作物生长发育模型、有害生物种群动态模型、天气和徽环境模拟模型等。专家系统和决策支持系统是可以相互利用和转型的。一个较大的知识领域里若干子领域的专家系统综合起来，加以改造，ij以发眨成以这个较大知识领域为基础的管理蠢，门的决策支持系统。如有害生物测报系统工程研究中的决策支持系统就_}=_j‘以这样由各种病虫草鼠害测报的专家系统组合改造成。这司’以是面向某地区的，也可以是面向某种作物的。一个初级的决策支持系统：加入逻辑托登和自学习等功能，就可以发『盖÷皎这个领燕的专家系统。如裁们可先针对某种作物上害虫防治问题研制其数掘h理系统，方托、库管理系统和模型库管理系统，组成一个初设决置支持系统，以看再利用一些专家系统工具(也是一翻；比较大型的软件)，建好知识库，因为专家系统工具的内部已定好了知汉表达方法，同时．≥效好了勇：发机翻接j理机。这样，这种作物上害虫翰治专家系统也就形成了。专家系统和决策支持系统都是比：主大型的软件，任何计算机语言，诸如BASIC、FORTRAN、Pascal、Fo!。th、C语言等，都可用来编瓢这些软件；而迄今最适于实施人工智能技术的语言是LISP和Prolog。但1959年3期植物保护PLANTPROTECTION是，用这些语言从头开发每一个专家系统，重复性工作就太多，研究周期也太长，不易普及推广，因而，专家系统工具的适当选择和使用是很，囱‘必委的。ADVISE，j～GE，AR．T．E^{YCIN．ESHELI．，EXf’Ef_i{T。K一!iS，KE_：f=二．J