人工智能的概況及實現方法

姚　根

摘要:本文在總結人工智能在電氣設備領域取得成果的基礎上,對存在問題提出一些看法并對今后的發展趨勢作一展望。

關鍵詞:人工智能 電氣設備 優化設計 智能

中圖分類號:T927文獻標識碼:A文章編號:1006-8937(2009)03-0108-01

隨著電力系統容量的不斷擴大,電網中電氣設備的種類及數量也大量增加,使供電可靠性與用戶要求之間的矛盾日益突出,用傳統方法解決此矛盾已顯得無能為力。因此尋找新的途徑提高電氣設備的質量及其在電網中運行的可靠性已是當務之急。人工智能是與傳統學科完全不同的一門新興前沿學科,由于它是利用計算機來模擬人類的智能活動,因此完全擺脫了傳統方法的束縛,能解決傳統方法難以解決甚至根本無法解決的問題。自50年代開始發展到現在,人工智能技術在理論研究方面取得了突破性進展,而且取得了明顯的社會和經濟效益,已被廣泛應用于國防、航空、醫療、電力等領域。

1人工智能概況

1956年,麥卡錫等人第一次使用人工智能這一術語,標志著人工智能正式誕生。人工智能是控制論、信息論、系統論、計算機科學、神經生理學、心理學、數學、哲學等學科相互交叉滲透的產物,它與空間技術、能源技術一起被稱為世界三大尖端技術。各領域的專家學者將人工智能與本專業技術相結合,取得了一個又一個令人注目的成果。雖然人工智能的發展經歷了風風雨雨,但它已取得的成就不得不令人驚嘆。人工智能的不斷發展,已產生許多分支,模糊邏輯、專家系統、神經網絡、遺傳算法是其中最為活躍的四大分支。

2人工智能的實現

為了將人工智能的理論研究成果應用于實際,人們發明了多種方法。目前大部分的人工智能應用系統是在馮·諾依曼結構的通用數字計算機或通用算機上運行求得結果。這種用軟件實現的方法靈活性強但速度較慢。從原理上講,幾乎所有的編程語言均可用于解決人工智能算法,但從編程的便捷性和運行效率考慮,最好選用“人工智能語言”。常用的人工智能語言有傳統的函數型語言Lisp、邏輯型語言Prolog及面向對象語言Smalltalk、VC++及VB等。

為了縮短人工智能應用程序的開發周期,人們還研制出了多種專用開發工具,如MathWorks公司推出的高性能數值計算可視化軟件Matlab中包含有神經網絡工具箱,提供了許多Matlab函數。另外,還有多種專家系統工具用于開發特定領域的專家系統,如INSIGHT、GURU、CLIPS、ART等。這些實用工具為開發人工智能應用程序提供了便利條件。在硬件方面,隨著微電子技術的發展,出現了非馮諾依曼結構微處理器,給人工智能信息處理帶來了新的生機和活力。DSP是其中的典型產品,它放棄了馮諾依曼結構而采用了哈佛結構,即將程序指令與數據的存儲空間分開,各有自己的數據與地址總線,使得處理數據和指令可以同時進行,大大提高了運行速度。在那些因受傳統微處理器速度和結構限制而難以實現復雜算法及難以達到要求速度的場合,可考慮選用DSP。高速DSP芯片已被認為是模擬神經特性的理想工具,并可直接用在將來的神經網絡計算機中。同時,各大芯片生產廠商已研制出各種專用模糊芯片和神經網絡芯片,用專用芯片比用軟件方法實現速度快得多,當系統較復雜或速度要求較高時,可選用這些專用芯片,但專用芯片的價格較昂貴。

3存在問題及對未來的展望

①從上述國內外人工智能在電氣設備方面的應用現狀可看到,雖然這方面的研究工作已全面展開,并已取得了一定成績,有些經實踐檢驗是可行的,但整體來說應用水平仍較低,大部分的工作僅停留在理論探索或仿真實驗上,實際應用遠遠落后于理論研究,即使少數形成產品也只是對人工智能技術簡單初級的應用。因此,對電氣科技工作者而言,當務之急是解決科研成果向實用轉化的問題,形成產品,將科學技術真正轉化為現實生產力,充分利用人工智能當前已取得的研究成果為電力系統安全可靠運行服務。

②同屬電氣領域,各行業的發展也不平衡。從以上綜述的內容來看,人工智能技術在變壓器、發電機、電動機等電機行業的研究較深較廣,而在斷路器、接觸器、繼電器等電器行業的研究水平較低。實際上,電器是電力系統中將電能輸送到用戶的重要環節,以低壓電器為例,發電機發出的電能約80%是通過低壓電器分配的。

③人工智能與其它新技術一樣,受實際應用的推動,不斷發展和完善。其中最令人矚目的是“人工智能混合技術”。實踐已證明,混合式人工智能技術可彌補單一技術存在的缺陷,獲取較優的性能,為我們的實際應用開辟更為廣闊的空間。以神經網絡為例,神經網絡與模糊邏輯、生物細胞學、概率論相融合而產生了模糊神經網絡、細胞神經網絡、隨機神經網絡等。目前,人們又建立了與混沌有關的神經網絡模型——智能模擬神經網絡。小波分析與神經網絡相結合的混合式神經網絡在電氣設備優化設計及故障診斷中已取得成效。在一些復雜場合,還用到組合技術,針對大型汽輪發電機組故障診斷問題,提出了多層次多分布式混合智能診斷方法,即用模糊邏輯進行數據預處理,用模糊神經網絡等進行故障分類,用專家系統尋找故障原因和進行故障驗證。可以預見,這種混合技術及組合技術的應用將是今后的發展方向。

④人工智能應用水平的不斷提高,將為電氣設備從設計、制造、銷售、運行到維護提供一條龍服務,并且人工智能型電氣設備將具有通信功能,在電力系統中不再是孤立的單元,電氣設備與電氣設備之間、電氣設備與上位計算機之間可以進行雙向數據通信。這樣,將從整體上提高整個電網的運行品質。

⑤隨著微電子技術、軟件技術的不斷進步,人工智能的實現在相當長時期內仍應保持兩條腿走路。軟件方面,新的開發工具不斷出現,使人工智能越來越方便地運用于各種領域。硬件方面,性能更好、價格更低的人工智能芯片,如模糊芯片、神經網絡芯片甚至“知識芯片”將不斷涌現,模糊計算機、神經計算機等新一代計算機將出現,以代替在該領域的數字計算機,這無疑又將給人工智能的實際應用帶來徹底革命。

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