知識工程初探

摘要：隨著信息化的發展和知識的膨脹式增長，知識工程的發展也將進入突飛猛進的階段。近年來，不少科學家在進行模糊數學研究的基礎上，開展了知識工程和第五代計算機的研究，取得了一些成就，使得知識工程應用于各項工作之中，為我們的工作生活帶來了便利，比如知識工程與教育技術的結合，有效促進了教育的發展。

關鍵詞：知識工程 第五代計算機 模糊數學 教育技術

隨著人工智能研究的不斷深入，以知識為研究對象的知識工程得到迅速發展。與傳統的商品經濟向信息化商品經濟過渡相同，人類對知識工程的研究分析逐漸由“硬”工程時代轉向“軟”工程時代。隨著知識經濟的到來，人類對“知識”的理解逐漸深化。在日常生活中，人們逐漸意識到，人們的行為一方面受到某些確定性知識的影響和支配，另一方面模糊、不確定的知識也會對人的行為產生制約和影響。通過利用計算機來對人類的思維與推理機制進行模擬，這是知識工程的重要任務。目前，這一任務所帶來的困難，使得原有的計算機硬件在一定程度上難以適應，因此，研究開發第五代計算機成為一種歷史趨勢。通過新一代計算機進行模擬人類知識的積累、總結、運用等過程，人類模糊性思維的問題在新一代智能機中也同樣會出現。因此，人類通過研究分析模糊數學進而解決上述問題成為歷史發展的必然趨勢。模糊數學與第五代計算機進行緊密結合，共同研究，在一定程度上對計算機硬件系統的研究，以及對其相關數學理論的研究，進而在硬件和軟件兩方面構成知識工程系統。在當今知識工程發展中，模糊性思維具有重大的理論意義和現實意義。

1 知識工程的概述

斯坦福大學的費根鮑姆教授在1977年第五屆國際人工智能聯合大會上，便提出知識工程的概念。在費根鮑姆教授看來：人類在解決問題的過程中，利用到的知識和經驗都或多或少地涉及到人工智能方面的知識。在研究過程中，專家系統成為人工智能系統的重要組成部分，將專家積累的知識和經驗存儲在計算機系統中，在一定程度上便于普通人利用專家的知識和經驗。所以說，知識工程的建立從而揭開了人工智能應用的序幕。

通常情況下，對知識工程的研究主要包括：

第一，表示知識。在某一特定的領域內，通過形式化對教科書式的事實知識和特定專家所具有的經驗知識進行處理，這一處理過程被稱為表示知識。經過形式化處理的各種知識便于計算機認可和接受。第二，利用知識。所謂知識利用是指對存儲在知識庫中的、具有一定形式知識進行利用的過程，借助推理邏輯等得出相應的結論。在利用知識的過程中不斷地涉及研究和設計推理機。第三，獲取知識。在某一領域內，針對學習者關心的熱點、難點問題，提出相應的專家知識，同時對其進行形式化處理，進而對知識庫進行建立和完善，其課題是對知識進行研究和分析。

2 知識工程與第五代計算機

專家系統在知識工程中是最為重要的系統，在第五代計算機中，知識庫專家系統的人工智能是其中心組成部分。對第五代計算機的研究和應用，科技的發展和經濟活動等在一定程度上受到影響，甚至人類社會及整個人類的文明在一定程度上也會受到影響和制約。

在第五代計算機中，知識的推理、學習、聯想等共同組成其智能部分。受各種因素的影響和制約，推理機的研制有所突破，但是學習和聯想在目前階段還處于學術研究中。聽、看、學習等是第五代計算機必須具備的功能和特點，同時具有思維（理解、推理、決策等）能力，在一定程度上，第五代智能機能夠處理自然語言，以及識別相應的圖像等功能。與前四代計算機相比，前者都是并行，后者都是串行。借助程序設計語言直接處理知識，通過邏輯語言，同時結合并行方式設計新一代計算機，增加新一代計算機的存儲空間，使計算機具備推理運算的功能，運算時不用向主存存取數據，在一定程度上解決了馮·諾曼瓶頸的問題。

3 模糊數學在知識工程與第五代計算機中的應用

對于專家系統來說，通過使用計算機對專家的知識和經驗進行模擬，其中不確定性是最困難的地方之一。在模糊性范疇中包含部分人的知識和經驗。通常情況下，所謂模糊性是指事物的亦此亦彼性。模糊性在構造專家系統的過程中是遭遇的最主要困難。

目前，在第五代計算機的發展中，關于模糊數學以下兩方面值得注意：一方面是模糊關系推理語言系統FRIL（Fuzzy Relation Inference Language），另一方面是信息規則庫的自動檢索系統RuBRIC（Rule Based Retrieval of Information by Computer）。

在知識工程中，專家系統是其核心問題，通過計算機對人類思維的推理機制進行模擬是專家系統的技術性問題。進而在一定程度上導致計算機硬件與軟件之間的彼此不相適應。研制新一代智能機（第五代計算機）成為解決此矛盾的唯一途徑。受人類思維模糊性的影響和制約，在一定程度上使得模糊數學成為第五代計算機與知識工程進化的工具，只有提高對模糊集合理論的重視程度，才能對人類的推理與思維進行完善地描述和模擬，從而不斷推動新一代智能機硬、軟件的發展。作為數學的一個新分支，模糊數學將以嶄新的體系和方法展現在人們面前。

4 知識工程的應用

在現實生活中，知識工程的應用范圍非常廣，每年都有幾千種專家系統運行在歐美國家，同樣在我國，每年投入運行的專家系統或基于知識的系統也很多。知識工程在應用開發的過程中，需要注意：

4.1 選擇正確的開發工具。通常情況下，很多工具都可以用于知識工程，選擇工具時要結合應用的具體內容。目前，設計知識系統的總體趨勢是C或C++。通常情況下用C語言進行開發一方面用于基于規則的系統，另一方面用于基于語義網或框架的系統。

4.2 設計出系統原型（Prototyping）。一般情況下，原型是應用領域的最小平臺，盡快設計出原型的優點：盡快得到專家的認可，投入的費用較低。

4.3 及時規劃。專家系統的開發人員要適中，開發人員要具備合作和敬業的精神。在最短的時間內，控制系統的開發時間。

5 知識工程對教育技術的影響

5.1 知識工程影響教育技術創造。第一，對于教育技術領域最新的知識、方法、技術及發展趨勢等，通過知識工程的理念、原理與方法、通信網絡環境等可以進行跟蹤、識別和分析。第二，利用知識工程對知識的多模式處理，以及知識的傳輸和可視化的研究，進而引起學生對科學的興趣。第三，知識工程在交互式的廣域網平臺上對知識共享技術進行研究。

5.2 知識工程對教育技術管理的影響。首先，知識工程處理知識的功能，在一定程度上便于評價者獲取被評價事物的信息，以及學習者所需的知識。其次，借助專家系統，評價者或者學習者可以了解專家解決相關問題的方法。

5.3 知識工程對教學模式的影響。通常情況下，學生利用知識工程的各種功能進行自主式學習。因此，傳統的以教師為中心、以課堂為中心、以書本為中心的教學模式，在知識工程的影響下，必然被全新的教學模式所取代。

6 知識工程的前景

知識工程已在各個領域中顯示出年輕的生命力。它的前景可從三個方面來看：①降低成本，提高經濟效益；②提高計算機競爭能力；③最重要的效益——學習新的知識。

但是知識工程畢竟是一門年輕的科學，它還需要解決一系列問題。如：硬件設備不足、知識工程的方法和技術還不完善、研究人員不足、知識獲取問題仍然是個難題等。但是，隨著新的技術革命的出現，知識工程研究將會有新的突破。

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作者簡介：席攀鋒（1984-），男，甘肅鎮原人，現為甘肅建筑職業技術學院教師，研究方向：計算機應用與人工智能。