用問題歸約法求解物體系統(tǒng)平衡問題

2017-04-13 20:33:12許英姿沈玉鳳

大學(xué)教育 2017年4期

許英姿+沈玉鳳

[摘要]規(guī)約法是人工智能所描述的知識表示的方法之一。運用逆向思維的思維方式，提出用問題規(guī)約法求解理論力學(xué)課程中物體系統(tǒng)平衡問題約束力的方法，并通過算例進行驗證。算例證明該方法是一種解決物體系統(tǒng)平衡問題的最優(yōu)化的方法。

[關(guān)鍵詞]問題規(guī)約；逆向思維；系統(tǒng)平衡

[中圖分類號] O312 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）04-0040-03

一、問題的提出

規(guī)約法是人工智能所描述的知識表示的方法之一。[1]所謂問題規(guī)約法就是已知一個問題的描述，通過一系列的變換，將此問題最終變?yōu)橐幌盗凶訂栴}的綜合，這些問題的解可以直接得到，從而解決了初始問題。問題規(guī)約法的實質(zhì)就是從目標（要解決的問題）出發(fā)，逆向推理，建立子問題，以及子問題的子問題，直至最后將初始問題規(guī)約為一個本原問題的集合。

物體系統(tǒng)平衡問題，是理論力學(xué)課程中靜力學(xué)問題的重點內(nèi)容[2-4]，主要是應(yīng)用物體的平衡方程，求解在主動力作用下，物體系統(tǒng)平衡時的約束力的問題。盡管學(xué)生在求解單個物體平衡問題時都有一定的物理基礎(chǔ)，但絕大部分同學(xué)感到對于由三個以上構(gòu)件組成的物體系統(tǒng)的平衡問題求約束力時，存在著一定的難度。根據(jù)這一情況，我們根據(jù)教育學(xué)的原理，將復(fù)雜問題簡單化，提出了用問題歸約法求解物體系統(tǒng)平衡問題，將初始問題最終變?yōu)橐幌盗凶訂栴}的組合，找出解決物體系統(tǒng)平衡問題的最優(yōu)化的方法。

二、應(yīng)用

（一）總結(jié)

要想靈活地應(yīng)用平衡方程求解物體系統(tǒng)的平衡問題，最主要的是要理解若物體系統(tǒng)平衡則組成物體系統(tǒng)的每一個物體都處于平衡狀態(tài)，因此對于每一個受平面任意力系作用的物體，均可以寫出三個平衡方程，如系統(tǒng)中有的物體受平面匯交力系或平面平行力系作用時，則平衡方程數(shù)目相應(yīng)減少。當系統(tǒng)中未知量數(shù)目等于獨立的平衡方程的數(shù)目時，則所有未知量都能由平衡方程求出，這樣的問題稱為靜定問題，當未知量的數(shù)目超過平衡方程的數(shù)目，此時為超靜定問題。用問題規(guī)約法解決的是靜定的物體系統(tǒng)求解約束力的問題。

（二）問題規(guī)約法應(yīng)用

分析求解問題的關(guān)鍵是選擇合適的研究對象，研究對象的選取一般是從所計算的約束力出發(fā)，逆向推理，建立子問題，以及子問題的子問題，最后找到解決問題的思路。

當找到解決問題的思路時，坐標系的建立和矩心的位置選取，對解決問題至關(guān)重要，原則是平衡方程中盡量僅包含一個未知量。

三、算例