用于污水处理系统的判断规则处理方法、装置和系统与流程

本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种用于污水处理系统的判断规则处理方法、装置和系统。

背景技术：

专家系统可以应用于各行业工艺流程和设备等的故障诊断，使运维技术人员利用包含知识库的专家经验解决实际问题，弥补新员工故障处置实践经验的不足。另外，包含动态知识库的专家系统还能实现知识和经验的积累与更新，使运维技术人员及时掌握与所在污水处理厂的情况最符合并且最新的专家知识。

基于动态知识库的专家系统随着时间的增加，知识库中的知识会越来越多，这会增加查询与检索的工作量，降低专家系统的工作效率；并且新增的知识可能与原有推理规则间存在逻辑冲突，逻辑冲突若不能有效地处理，会影响到运行结果的正确性，甚至造成专家系统无法正常运行。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种用于污水处理系统的判断规则处理方法、装置、和系统，可以优化污水处理系统的知识库中规则库的存储空间，提高专家系统的工作效率和运行结果的正确性。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种用于污水处理系统的判断规则处理方法，包括：

确定具有标准形式的第一规则，标准形式包括前提集合和结论集合，其中，前提集合是利用第一规则的前提条件之间的析取得到的，前提集合与结论集合中每个结论均具有推理关系；

获取污水处理系统的知识库中一条已有规则，检测第一规则的结论集合是否为已有规则结论集合的子集；

第一规则的结论集合为已有规则结论集合的子集时，检测第一规则的前提集合是否蕴含已有规则的前提集合；

如果第一规则的前提集合蕴含已有规则的前提集合，确定第一规则为知识库中已有规则的冗余规则，拒绝在知识库的已有规则中加入第一规则。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种用于污水处理系统的判断规则处理装置，包括：

标准形式确定模块，用于确定具有标准形式的第一规则，标准形式包括前提集合和结论集合，其中，前提集合是利用第一规则的前提条件之间的析取得到的，前提集合与结论集合中每个结论均具有推理关系；

结论相容性检测模块，用于获取污水处理系统的知识库中一条已有规则，检测第一规则的结论集合是否为已有规则结论集合的子集；

前提相容性检测模块，用于如果第一规则的结论集合为已有规则结论集合的子集，检测第一规则的前提集合是否蕴含已有规则的前提集合；

冗余规则处理模块，用于如果第一规则的前提集合蕴含已有规则的前提集合，确定第一规则为知识库中已有规则的冗余规则，拒绝在知识库的已有规则中加入第一规则。

根据本发明实施例的第三方面，提供一种用于污水处理系统的判断规则处理系统，包括：存储器和处理器；该存储器用于存储程序；该处理器用于读取存储器中存储的可执行程序代码以执行上述的用于污水处理系统的判断规则处理方法。

根据本发明实施例的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有指令，当指令在计算机上运行时，使得计算机执行上述各方面的用于污水处理系统的判断规则处理方法。

根据本发明实施例的第五方面，提供一种判断规则处理方法，包括：

确定具有标准形式的第一规则，所述标准形式包括前提集合和结论集合，其中，所述前提集合是利用所述第一规则的前提条件之间的析取得到的，所述前提集合与所述结论集合中每个结论均具有推理关系；

获取知识库中一条已有规则，检测所述第一规则的结论集合是否为所述已有规则结论集合的子集；

所述第一规则的结论集合为所述已有规则结论集合的子集时，检测所述第一规则的前提集合是否蕴含所述已有规则的前提集合；

如果所述第一规则的前提集合蕴含所述已有规则的前提集合，确定所述第一规则为所述知识库中已有规则的冗余规则，拒绝在所述知识库的已有规则中加入所述第一规则。

根据本发明实施例的第六方面，提供一种判断规则处理装置，包括：

标准形式确定模块，用于确定具有标准形式的第一规则，所述标准形式包括前提集合和结论集合，其中，所述前提集合是利用所述第一规则的前提条件之间的析取得到的，所述前提集合与所述结论集合中每个结论均具有推理关系；

结论相容性检测模块，用于获取知识库中一条已有规则，检测所述第一规则的结论集合是否为所述已有规则结论集合的子集；

前提相容性检测模块，用于如果所述第一规则的结论集合为所述已有规则结论集合的子集，检测所述第一规则的前提集合是否蕴含所述已有规则的前提集合；

冗余规则处理模块，用于如果所述第一规则的前提集合蕴含所述已有规则的前提集合，确定所述第一规则为所述知识库中已有规则的冗余规则，拒绝在所述知识库的已有规则中加入所述第一规则。

根据本发明实施例中的用于污水处理系统的判断规则处理方法、装置、系统和存储介质，定义污水处理系统的知识库中规则的标准形式，进而规定了冗余规则的判定方法，在优化存储空间同时提高推理效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是示出根据本发明一实施例的污水处理系统的判断规则处理方法的流程图；

图2是示出根据本发明实施例的冗余规则和矛盾规则的判定过程流程示意图；

图3是示出根据本发明实施例的新规则增加流程示意图；

图4示出了根据本发明一实施例提供的判断规则处理方法的流程图；

图5示出了根据本发明一实施例提供的污水处理系统的判断规则处理装置的结构示意图；

图6示出了根据本发明一个实施例的判断规则处理装置的结构示意图；

图7是示出能够实现根据本发明实施例的判断规则处理方法和装置的计算设备的示例性硬件架构的结构图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

通常，专家系统中的知识包括数据和推理规则两类。产生式表示法是一种知识表示模式，包括前提和结论。前提也称为产生式的前件，为产生式可否使用的先决条件，结论也称为产生式的后件，为前提满足时，应该推出的结论或应该执行的动作。因此，本发明实施例中的规则也可以称为是产生式规则。

针对通用的专家系统知识库中推理规则的删除、修改和补充问题，可以通过产生式规则库的求精算法，以提高规则库的推理效率和正确性。作为示例，该求精算法假定规则库中存储的所有规则为horn子句，horn子句是一种逻辑规则的表示形式。horn子句中的每条规则的形式都满足：1)规则的前提是若干个文字的合取，且相同的文字在一条规则的前提中只能出现一次；2)规则的结论是一个文字。其中，一个文字是指一个原子命题或一个原子命题的否定。

但是，由于该产生式规则库的求精算法需要限制相同的文字在一条规则的前提中只能出现一次，且规则的结论只能是一个文字，过于严格，导致该求精算法无法直接应用于推理规则众多，但推理次数较少的大多数专家系统。

本发明实施例提供一种用于污水处理系统的判断规则处理方法、装置、系统和存储介质，通过建立新的知识表示标准形式，并以知识表示标准形式为基础，通过逻辑演算给出冗余规则的检测与消除方法，以及矛盾规则的检测与处理方法，可以缩小推理规则所占用的存储空间，提高专家系统的工作效率和运行结果的正确性。在下面实施例的描述中，可以将产生式规则的标准形式，简称为产生式规则标准型。

下面首先通过具体实施例描述本发明中的知识表示标准形式。为了便于理解，下面对本发明实施例中使用的技术术语和符号含义进行说明。

举例来说，在下述实施例的描述中：

(1)m、n和i表示自然数；

(2)p或者q表示原子命题，原子命题即不包含其他命题作为组成部分的命题，即在结构上不能再分解出其他命题的命题。作为示例，原子命题中不带有非、或、且、如果、那么等逻辑关系联结词。

(3)text＝p或者即text表示命题或命题的否定。

(4)clause＝text1∧text2∧…∧texti，即clause表示一个规则前提，该规则前提可以表示为一个或多个命题的合取。

根据上述定义和描述，在本发明实施例中，可以通过下面的表达式(1)描述知识库中产生式规则r的标准形式。为了方便描述，将产生式规则r的标准形式简称为产生式规则标准型r。例如产生式规则标准型r1，产生式规则标准型r2等。

在一个实施例中，产生式规则标准型r可以表示为下述表达式(1)：

(clause1∨clause2∨…∨clausem)→{q1，q2，…，qn}(1)

在本发明实施例中，表达式(1)等价于：

(clause1∨clause2∨…∨clausem)→q1，

(clause1∨clause2∨…∨clausem)→q2，

……，以及(clause1∨clause2∨…∨clausem)→qn同时成立。

通过上述表达式(1)可知，本发明实施例的产生式规则标准形式中，前提条件可以是一个或多个规则中前提条件的析取，该前提条件与结论集合中每个结论均具有推理关系。

为了描述方便，在下面实施例中的描述中，使用技术术语前提集合，来描述产生式规则标准形式中前提条件，即前提集合是利用一个或多个规则的前提条件之间的析取得到的。

为了更好的理解本发明，下面将结合附图，详细描述根据本发明实施例的判断规则处理方法，应注意，这些实施例并不是用来限制本发明公开的范围。

图1是示出根据本发明实施例的用于污水处理系统的判断判断规则处理方法的流程图。如图1所示，本发明实施例中的用于污水处理系统的判断规则处理方法100包括以下步骤：

步骤s110，确定具有标准形式的第一规则，标准形式包括前提集合和结论集合，其中，前提集合是利用第一规则的前提条件之间的析取得到的，前提集合与结论集合中每个结论均具有推理关系。

在该步骤中，第一规则可以表示待进入知识库的一条逻辑规则。在一个实施例中，步骤s110具体可以包括：

步骤s111，根据第一规则的命题公式，得到第一规则的前提集合和第一规则的结论集合，每个第一规则的前提条件包括一个或多个原子命题。

步骤s112，建立第一规则的前提集合对应的主析取范式表达式。

步骤s113，利用第一规则的前提集合对应的主析取范式表达式和第一规则的结论集合中每个结论的推理关系，构成具有标准形式的第一规则。

在该实施例中，将待进入知识库的逻辑规则表示为主析取范式的形式，便于后续判断待进入知识库的逻辑规则与知识库中已有规则的相容性，使得前提条件具有可比性，提高处理效率和准确性。

步骤s120，获取污水处理系统的知识库中一条已有规则，检测第一规则的结论集合是否为已有规则结论集合的子集。

步骤s130，如果第一规则的结论集合为已有规则结论集合的子集，检测第一规则的前提集合是否蕴含已有规则的前提集合。

步骤s140，如果第一规则的前提集合蕴含已有规则的前提集合，确定第一规则为知识库中已有规则的冗余规则，拒绝在知识库的已有规则中加入第一规则。

在该步骤中，如果第一规则的结论集合为已有规则结论集合的子集，且第一规则的前提集合蕴含已有规则的前提集合，确定该第一规则为知识库中已有规则的冗余规则。

根据本发明实施例的判断规则处理方法，可以以逻辑演算为基础，实现冗余推理规则的检测与消除。如果待进入知识库的一条新规则是冗余规则，可以拒绝该规则进入知识库，以节省存储空间；并且，如果存在于知识库中的已有规则，经上述实施例的判断规则处理方法判定为是冗余规则，可以通过执行知识库中对规则的优化处理而删除该条冗余规则，以节省存储空间。

本发明实施例的判断规则处理方法中，还可以以逻辑演算为基础，实现矛盾推理规则的检测与消除。

在一个实施例中，污水处理系统的判断规则处理方法100还可以包括：

步骤s150，基于已有规则与第一规则之间是否结论相容，以及已有规则与第一规则之间是否前提相容，确定第一规则与知识库中的已有规则是否为矛盾规则。

在该步骤中，对于知识库中一条已有规则，可以利用已有规则的结论集合和第一规则的结论集合，确定已有规则与第一规则之间是否结论相容。

具体地，如果已有规则的结论集合与第一规则的结论集合之间存在包含关系，可以确定已有规则与第一规则之间结论相容；如果已有规则的结论集合与第一规则的结论集合之间不存在包含关系，则可以确定已有规则与第一规则之间结论不相容。

在一个实施例中，已有规则的结论集合与第一规则的结论集合之间存在包含关系，包括：已有规则的结论集合包含第一规则的结论集合，或者第一规则的结论集合包含已有规则的结论集合。

作为一个示例，在本发明实施例中，假设q11，q12，…，q1m为产生式规则标准型r1的结论，q21，q22，…，q2n为产生式规则标准型r2的结论。如果r1的结论和r2的结论满足：

或者满足：

则表示：

r1结论集合与r2的结论集合之间存在包含关系，r1的结论和r2的结论是相容的。

在该示例中，如果r1的结论和r2的结论是不相容的，则可以称r1的结论和r2的结论是矛盾的。

在该步骤中，如果已有规则与第一规则之间结论相容，利用已有规则的前提集合和第一规则的前提集合，检测已有规则与第一规则之间是否前提相容。

在该步骤中，检测已有规则与第一规则之间是否前提相容的步骤，具体可以包括：

如果已有规则与第一规则之间结论相容，确定具有标准形式的已有规则，获取具有标识标准形式的已有规则的前提集合。

如果已有规则的前提集合与第一规则的前提集合之间存在蕴含关系，判定已有规则的前提集合与第一规则的前提集合之间前提相容。

如果已有规则的前提集合与第一规则的前提集合之间不存在蕴含关系，判定已有规则的前提集合与第一规则的前提集合之间前提不相容。

具体地，已有规则的前提集合与第一规则的前提集合之间存在蕴含关系，可以包括：

在已有规则的前提集合与第一规则的前提集合构成的第一蕴含式中，已有规则的前提集合为第一蕴含式的前件，第一规则的前提集合为第一蕴含式的后件，或者，

在第一规则的前提集合和已有规则的前提集合构成的第二蕴含式中，第一规则的前提集合为第二蕴含式的前件，已有规则的前提集合为第二蕴含式的后件。

作为一个示例，假设clause11∨clause12∨…∨clause1m为产生式规则标准型r1的前提，clause11∨clause12∨…∨clause1n为产生式规则标准型r2的前提。如果r1的前提和r2的前提满足如下蕴含式所表达的蕴含关系：

clause11∨clause12∨…∨clause1m→clause11∨clause12∨…∨clause1n；或者r1的前提和r2的前提满足如下蕴含式所表达的蕴含关系：

clause11∨clause12∨…∨clause1n→clause11∨clause12∨…∨clause1m，则表示：

产生式规则标准型r1和r2的前提是相容的。

在一个实施例中，如果r1的前提和r2的前提是不相容的，则可以称r1的前提和r2的前提是矛盾的。

在一个实施例中，如果产生式规则标准型r1的结论和产生式规则标准型r2的结论是不相容的，则称r1和r2的结论是矛盾的。

在一个实施例中，如果产生式规则标准型r1的前提和r2的前提是不相容的，则称r1和r2的前提是矛盾的。

作为一个示例，如果r1和r2的前提是矛盾的，那么如下推理规则：

clause1i→(clause21∨clause22∨…∨clause2n)，1≤i≤m和

clause2j→(clause11∨clause12∨…∨clause1m)，1≤j≤n中，

至少有一个不成立。

在本发明实施例中，如果产生式规则标准型r1的结论和产生式规则标准型r2的结论不相容，或者产生式规则标准型r1的前提和r2的前提不相容，则r1和r2是相互矛盾的规则。

在一个实施例中，步骤s150具体可以包括：

如果已有规则与第一规则之间结论不相容，或者已有规则与第一规则之间结论相容但前提不相容，则重新获取知识库的一条已有规则，直到获取的次数超过知识库中已有规则的数量，确定第一规则与知识库中的已有规则为矛盾规则。

在本发明实施例中，任意逻辑关系的推理规则前提都可以通过逻辑演算转化为本发明实施例中规则的标准形式。产生式规则知识表示的标准形式，同时也是一种产生式规则知识表示的简化形式，可以实现专家知识的优化存储，减小存储空间。

在一个实施例中，根据逻辑学的相关理论，任意命题公式都存在等价于它的主析取范式且唯一，主析取范式可以通过逻辑化简，减少规则中包含的命题数。因此，为了利于推理规则之间的命题的比较，上述实施例中进行规则的冗余性判定之前，可以先通过逻辑演算转化，将待处理的第一规则的标准形式和规则库中的已有规则的标准形式，转化为第一规则的标准形式的主析取范式，和已有规则的标准形式的主析取范式。

在本发明实施例中，根据冗余规则和矛盾规则的定义，两者具有互斥性，即如果r1不是r1和r2中的冗余规则，则r1和r2为矛盾规则。因此，无论本发明实施例中，选取的第一规则已经存在于专家系统的知识库中，还是有待进入知识库的一条新规则，推理规则间的相容性与矛盾性问题都可以归结为冗余规则判定问题。

步骤s160，如果第一规则与知识库中的已有规则为矛盾规则，获取知识库的一条已有规则，检测第一规则的前提集合和已有规则的前提集合是否相同，基于检测结果，在知识库的已有规则中添加第一规则。

在一个实施例中，步骤s160具体可以包括：

步骤s1601，当检测结果为第一规则的前提集合与已有规则的前提集合不同，检测第一规则的结论集合与已有规则的结论集合是否相同；

步骤s1602，如果第一规则的结论集合与已有规则的结论集合相同，利用第一规则生成新规则，新规则的前提集合是利用第一规则的前提集合和已有规则的前提集合的析取得到的，并且新规则的结论集合为第一规则的结论集合；

步骤s1603，对新规则的前提集合进行化简，在知识库的已有规则中添加化简后的新规则。

在一个实施例中，步骤s160具体可以包括：

步骤s1604，当检测结果为第一规则的前提集合与已有规则的前提集合不同，检测第一规则的结论集合与已有规则的结论集合是否相同；

步骤s1605，如果第一规则的结论集合与已有规则的结论集合不同，获取知识库的下一条已有规则，直到获取的次数超过知识库中已有规则的数量；

步骤s1606，对新规则的前提集合进行化简，在知识库的已有规则中添加化简后的新规则。

在一个实施例中，步骤s160具体可以包括：

步骤s1607，当检测结果为第一规则的前提集合与已有规则的前提集合相同，获取第一规则的结论集合和已有规则的结论集合的结论并集；

步骤s1608，如果结论并集同时包括命题和命题的否定命题，确定第一规则与已有规则之间的矛盾情况为前提相同和结论矛盾；

步骤s1609，生成矛盾情况对应的提示信息，以及显示矛盾情况对应的已有规则。

在一个实施例中，步骤s160具体可以包括：

步骤s1610，当检测结果为第一规则的前提集合与已有规则的前提集合相同，获取第一规则的结论集合和已有规则的结论集合的结论并集；

步骤s1611，如果结论并集不同时包括命题和命题的否定命题，利用第一规则生成新规则，新规则的前提集合为第一规则的前提集合，新规则的结论集合为结论并集；

步骤s1612，对新规则的前提集合进行化简，在知识库的已有规则中添加化简后的新规则。

在本发明实施例中，由于实际上任一专家系统内的推理规则都不是被平均使用的。也就是说，并非某个推理规则使用次数较多，在将来的一段时间内，该推理规则的使用次数自然会减少。在专家系统的实际应用中，使用越多的推理规则，越容易被再次使用。

现有技术中，很多专家系统知识库的规则库求精方法并未考虑不同推理规则的使用频次。如果在存储推理规则时，仅考虑不同推理规则的逻辑关系而不考虑它们的使用频次，将导致在应用专家系统时执行相当数量的无关搜索与查询，这既浪费了计算资源又降低了推理效率。

在本发明实施例中，污水处理系统的判断规则处理方法100还可以包括：

步骤s170，当调用知识库的已有规则，记录被调用的已有规则的被调用次数和被调用的已有规则中每个结论的被调用次数。

步骤s171，基于已有规则的被调用次数，对知识库的已有规则进行排序。

步骤s172，基于被调用的已有规则中每个结论的被调用次数，对已排序的知识库的已有规则的结论集合中的结论排序。

在本发明实施例中，产生式规则标准型在存储空间的存储顺序不影响逻辑结果。但其存储位置会影响检索和查询的效率，因此需要优化其存储顺序，在执行专家系统推理时，记录每条规则的被调用次数和每条规则的结论的被调用次数；将每条规则按照被调用次数的降序排序，将每条规则内的各个结论按照被调用次数的降序排序。

在本发明实施例中，考虑到专家系统中大多数推理规则使用频次不均匀问题，提出对推理规则及其结论进行排序，以实现进一步存储优化。并可以减少无关搜索与查询的计算量，提高推理的效率。

为了便于理解，下面结合图2和图3，详细描述本发明实施例的冗余规则的判定过程以及矛盾规则的判定和处理过程。图2示出了根据本发明实施例的冗余规则和矛盾规则的判定过程流程示意图；图3示出了根据本发明实施例的新规则增加流程示意图。

在该实施例中，以本发明实施例定义的产生式规则标准形式为基础，通过检验所选规则(即待判定的规则)与专家系统知识库中规则的前提和结论的相容性，来判断该所选规则是否为冗余规则。

如图2所示，在一个实施例中，在确定所选规则是否为知识库中已有规则的冗余规则时，规则处理方法可以包括如下处理步骤：

步骤s201，将所选规则前提转化为主析取范式，即确定所选规则的标准形式中前提条件的主析取范式表达式。

步骤s202，遍历专家系统知识库中的所有规则，判断规则遍历过程是否已经结束。若规则遍历过程已经结束，则所选规则与知识库中规则为矛盾规则。

步骤s203，如果规则遍历过程没有结束，判断所选规则结论是否为当前规则结论的子集。如果所选规则结论不是当前规则结论的子集，则将已有规则中的下一条规则作为当前规则。

步骤s204，如果所选规则结论是当前规则结论的子集，将当前规则前提转化为主析取范式，即确定当前规则的标准形式中前提条件的主析取范式表达式。

步骤s205，判断所选规则前提是否蕴含当前规则前提，若是，则所选规则为冗余规则。

步骤s206，如果所选规则前提并未蕴含当前规则前提，则将已有规则中的下一条规则作为当前规则。

通过上述步骤s201-s206，如果所选规则与专家系统知识库中的规则为矛盾规则且需要进入知识库，执行新规则增加算法。

如图3所示，以本发明实施例定义的产生式规则标准形式为基础，如果判定所选规则(即待判定的规则)与专家系统知识库中规则为矛盾规则，根据所选规则与知识库中规则的前提与结论的矛盾情况，该所选规则可能有不同的新规则生成方法。

在一个实施例中，在知识库的已有规则中添加所选规则的方法，具体可以包括：

步骤s301，将所选产生式规则的前提转化为主析取范式，即确定所选规则的标准形式中前提条件的主析取范式表达式。

步骤s302，遍历专家系统知识库中的所有规则。判断规则遍历过程是否结束。若是，则执行步骤s301；否则，执行步骤s303；

步骤s303，将知识库中当前规则的前提转化为主析取范式。

步骤s304，判断所选规则前提与当前规则前提是否相同。若是，执行步骤s305；否则，执行步骤s308。

步骤s305，求取所选规则结论与当前规则结论的并集。

步骤s306，判断新生成的结论并集是否同时存在某一命题及其否命题。若是，提示所选规则结论与当前规则结论矛盾，并显示当前规则；否则，执行步骤s307。

步骤s307，将所选规则的前提作为新规则的前提，并将新生成的结论并集作为新规则的结论。

步骤s308，判断所选规则结论与当前规则结论是否相同。若是，执行步骤s309；否则，执行步骤s302。

步骤s309，求所选规则前提与当前规则前提的析取作为新规则的前提，并将所选规则的结论作为新规则的结论。

步骤s310，化简新规则的前提，并将新规则存入知识库。

在本发明实施例中，定义一种新的产生式规则的标准形式，通过冗余规则判定和矛盾规则的判定，针对冗余规则，如果已存在于知识库中，可以通过执行优化计算而删除，如果是有待进入知识库的一条新规则，可以拒绝其进入知识库，以节省存储空间。

针对矛盾规则，如果矛盾规则存在于知识库中，且无特殊处理，说明该专家系统知识库内部的推理规则不一致，执行该系统可能得到错误的结果，可以采取措施，消除内部的逻辑冲突；如果是有待进入知识库的一条新规则，且与知识库内的某条规则相矛盾，则需要人为判断确定对该新的规则的处理方法或者拒绝该新的规则进入知识库，经人为判断，处理方法可以包括：由该规则代替知识库中与其矛盾的规则，或者矛盾规则同时共存与知识库中。上述人为判断的处理方法中，可以作特殊处理例如加标识以示区别该同时共存的矛盾规则，以实现专家系统知识库内部的存储优化。

并且，本发明实施例针对大多数专家系统中的推理规则使用频次不均匀问题(即有些推理规则经常被使用，而另一些推理规则较少被使用)的实际情况，基于知识库中现有推理规则被使用次数的多少，对现有推理规则进行两种排序以实现优化存储。从而减少无关搜索与查询的计算量，提高推理的效率。

在本发明实施例的判断规则处理方法中，针对专家系统知识库的规则库中规则众多，但推理次数较少的情况，通过定义新的知识表示标准形式，并以此为基础通过逻辑演算给出冗余规则的检测与消除方法，以及矛盾规则的检测与处理方法。

下面以污水处理专家系统为例，介绍污水处理专家系统知识库中规则库的判断规则处理方法。

在一个实施例中，污水处理专家系统知识库中存有关于初沉池故障的知识，例如下述表达式(2)：

所选对象为初沉池∧排泥困难→沉沙未净(2)

假设知识库中在该一条规则的基础上，以及增加下述表达式描述的规则：

所选对象为初沉池∧排泥困难→污泥泵故障(3)

所选对象为初沉池∧固体溢流→泥龄老化(4)

所选对象为初沉池∧固体溢流→流动短路(5)

所选对象为初沉池∧固体溢流→工业废水(6)

所选对象为初沉池∧污泥上浮→泥龄老化(7)

经上述实施例描述的冗余规则判定方法和新规则增加方法，上述规则将转变为如下表达式所描述的规则的表示形式：

所选对象为初沉池∧排泥困难→{沉沙未净，污泥泵故障}(8)

所选对象为初沉池∧固体溢流→{泥龄老化，流动短路，工业废水}

(9)

所选对象为初沉池∧污泥上浮→{泥龄老化}(10)

若知识库再增加如下表达式(11)和(12)描述的两条新规则：

所选对象为初沉池∧固体溢流→流量过大(11)

所选对象为初沉池∧固体溢流→泥龄老化(12)

经判定，表达式(11)描述的规则与知识库中表达式(9)描述的已有规则为矛盾规则，但表达式(11)描述的规则与表达式(9)描述的已有规则前提相同(均为：所选对象为初沉池∧固体溢流)，根据新规则增加方法，可以将表达式(11)描述的规则的结论加入到相应已有规则结论的集合中，得到如下表达式(13)描述的规则：

所选对象为初沉池∧固体溢流→

{泥龄老化，流动短路，工业废水，流量过大}(13)

经判定，表达式(12)描述的规则相对于知识库为冗余规则，因此为节省知识库存储空间可以拒绝该规则进入知识库。因此，对于上述表达式(11)和(12)描述的两条新规则，经本发明实施例的判断规则处理方法后，更新的知识库可以表示为如下表达式：

所选对象为初沉池∧排泥困难→{沉沙未净，污泥泵故障}(8)

所选对象为初沉池∧固体溢流→{泥龄老化，流动短路，工业废水，流量过大}(13)

所选对象为初沉池∧污泥上浮→{泥龄老化}(10)

在一个实施例中，如果在执行专家系统推理时，上述表达式(10)描述的规则被调用次数最多，而上述表达式(8)描述的规则被调用次数最少，且在上述表达式(13)描述的规则中，各故障出现次数的频次由多到少依次为流量过大、泥龄老化、流动短路和工业废水。

因此，在按照规则被调用次数对规则排序的基础上，对规则中结论按照结论的出现频次进行排序。该知识库经排序后的优化存储形式可以表示为下述表达式(10)、(13′)和(08)：

所选对象为初沉池∧污泥上浮→{泥龄老化}(10)

所选对象为初沉池∧固体溢流→{流量过大，泥龄老化，流动短路，工业废水}(13′)

所选对象为初沉池∧排泥困难→{沉沙未净，污泥泵故障}(8)

作为另一个具体实施例，某污水处理专家系统知识库中存有关于曝气池和二沉池故障的知识。假设这些规则已经按照产生式规则的标准形式存储，并表示为如下表达式(14)、(15)和(16)所示的规则：

((所选对象为曝气池∧出现泡沫∧泡沫黑色)∨(所选对象为曝气池∧臭鸡蛋气味)∨(所选对象为曝气池∧表面黑色))→{污泥腐化}(14)

所选对象为二沉池∧大块固体∧污泥上浮→反硝化故障(15)

((所选对象为二沉池∧离散颗粒∧表面粉尘状)∨(所选对象为二沉池∧离散颗粒)∨(全线针状絮体))→{泥龄老化}(16)

如果向知识库中增加如下规则：

按照上述实施例描述的冗余规则判定方法，表达式(17)表示的规则与知识库中已有的表达式(14)表示的规则为矛盾规则。

由于该表达式(17)所表示规则的结论为知识库中表达式(12)表示的规则结论的子集，由新规则增加方法，将表达式(17)中的规则前提与表达式(19)中的规则前提进行析取，得到下述表达式(14′)描述的规则；且考虑到表达式(15)表示的规则被调用次数最多，而表达式(16)表示的规则被调用次数最少，得到所有规则的优化存储形式为：

所选对象为二沉池∧大块固体∧污泥上浮→反硝化故障(15)

((所选对象为二沉池∧离散颗粒∧表面粉尘状)∨(所选对象为二沉池∧离散颗粒)∨(全线针状絮体))→{泥龄老化}

(16)

根据本发明实施例的判断规则处理方法，定义了知识库中存储产生式规则的标准形式，进而定义了相容规则、矛盾规则等概念，并提出了冗余规则判定算法和新规则增加算法以缩小存储空间同时提高推理效率。并且，考虑到对推理规则及其结论进行排序，保证使用次数多的规则优先被调用，以减少推理的计算量。

应理解，本发明实施例提出的污水处理系统的判断规则处理方法中规则优化存储的标准形式，冗余规则和矛盾规则的判定和处理方法具有通用性，其应用范围并不局限于某个具体领域。在任一领域中，凡是应用本发明实施例提出的存储形式和判断规则处理方法达到类似目的的，都在本发明保护范围之内。

图4示出了根据本发明一个实施例的判断规则处理方法的流程示意图。如图4所示，在一个实施例中，判断规则处理方法400可以包括：

步骤s410，确定具有标准形式的第一规则，标准形式包括前提集合和结论集合，其中，前提集合是利用第一规则的前提条件之间的析取得到的，前提集合与结论集合中每个结论均具有推理关系。

步骤s420，获取知识库中一条已有规则，检测第一规则的结论集合是否为已有规则结论集合的子集。

步骤s430，第一规则的结论集合为已有规则结论集合的子集时，检测第一规则的前提集合是否蕴含已有规则的前提集合。

步骤s440，如果第一规则的前提集合蕴含已有规则的前提集合，确定第一规则为知识库中已有规则的冗余规则，拒绝在知识库的已有规则中加入第一规则。

根据本发明实施例的判断规则处理方法，定义了知识库中规则的标准形式，利用该规则的标准形式进一步规定冗余规则的判定方法，以对知识库中的存储空间进行优化，同时提高推理效率。

为了更好的理解本发明，下面以电机故障诊断领域的专家系统和污水处理领域的专家系统为例，描述本发明实施例的判断规则处理方法。

在一个实施例中，以电机故障诊断专家系统为例，设某电机故障诊断专家系统的知识库中存有如下表达式(17)-(19)描述的规则：

电机∧绕组短路→{壳体过热}(17)

壳体过热∧持续十分钟以上→{电机停转}(18)

控制柜∧保险丝熔断→{通电指示灯灭，电机停转}(19)

如果有如下表达式(20)描述的一条新规则要加入该知识库中，

电机∧过载运行→{壳体过热}(20)

首先，应用冗余规则判定算法，判断上述表达式(20)描述的规则是否为冗余规则。经判定，虽然该规则结论为表达式(17)描述的规则结论的子集，但是，通过表达式(17)和表达式(20)描述的两个规则前提为矛盾规则。所以，上述表达式(20)描述的新规则不是冗余规则，可以加入到该知识库中。

然后，应用上述实施例描述的新规则增加方法，可以将上述表达式(20)描述的规则前提与表达式(17)描述的规则前提进行析取，得到如下表达式(21)描述的规则：

(电机∧绕组短路)∨(电机∧过载运行)→{壳体过热}(21)

此时，电机故障诊断专家系统的知识库中规则集可以表示为下述表达式：

(电机∧绕组短路)∨(电机∧过载运行)→{壳体过热}(21)

壳体过热∧持续十分钟以上→{电机停转}(18)

控制柜∧保险丝熔断→{通电指示灯灭，电机停转}(19)

最后，考虑“电机停转”故障比“通电指示灯灭”故障出现的次数多，在存储时，可以按照结论的出现频次对上述表达式(18)和表达式(19)表示规则中的结论排序，以调整规则结论中的每个结论的位置。作为示例，该知识库经排序后的优化存储形式可以表示为下述表达式(21)、(18)和(19′)：

(电机∧绕组短路)∨(电机∧过载运行)→{壳体过热}(21)

壳体过热∧持续十分钟以上→{电机停转}(18)

控制柜∧保险丝熔断→{电机停转，通电指示灯灭}(19′)

需要明确的是，该实施例中的判断规则处理方法，与上述实施例中用于污水处理系统的判断规则处理方法的具体步骤相同或等同，为了描述的方便和简洁，在此不再赘述。

下面结合附图，详细介绍根据本发明实施例的规则处理装置。图5示出了根据本发明一实施例提供的规则处理装置的结构示意图。如图5所示，污水处理系统的判断规则处理装置500可以包括：

标准形式确定模块510，用于确定具有标准形式的第一规则，标准形式包括前提集合和结论集合，其中，前提集合是利用第一规则的前提条件之间的析取得到的，前提集合与结论集合中每个结论均具有推理关系。

在一个实施例中，标准形式确定模块510具体可以包括：

前提和结论获取单元，用于根据第一规则的命题公式，得到第一规则的前提集合和第一规则的结论集合，每个第一规则的前提条件包括一个或多个原子命题。

范式表达式建立单元，用于建立第一规则的前提集合对应的主析取范式表达式。

规则标准形式构成单元，用于利用第一规则的前提集合对应的主析取范式表达式和第一规则的结论集合中每个结论的推理关系，构成具有标准形式的第一规则。

结论相容性检测模块520，用于获取污水处理系统的知识库中一条已有规则，检测第一规则的结论集合是否为已有规则结论集合的子集。

前提相容性检测模块530，用于如果第一规则的结论集合为已有规则结论集合的子集时，检测第一规则的前提集合是否蕴含已有规则的前提集合。

冗余规则处理模块540，用于如果第一规则的前提集合蕴含已有规则的前提集合，且第一规则的前提集合蕴含已有规则的前提集合，确定第一规则为知识库中已有规则的冗余规则，拒绝在知识库的已有规则中加入第一规则。

在冗余规则处理模块540中，如果第一规则的结论集合为已有规则结论集合的子集，且第一规则的前提集合蕴含已有规则的前提集合，确定该第一规则为知识库中已有规则的冗余规则。

在一个实施例中，用于污水处理系统的规则处理装置500，还可以包括：

矛盾规则确定模块，用于基于已有规则与第一规则之间是否结论相容，以及已有规则与第一规则之间是否前提相容，确定第一规则与知识库中的已有规则是否为矛盾规则；

矛盾规则处理模块，用于如果第一规则与知识库中的已有规则为矛盾规则，获取知识库的一条已有规则，检测第一规则的前提集合和已有规则的前提集合是否相同，基于检测结果，在知识库的已有规则中添加第一规则。

在一个实施例中，已有规则的结论集合与第一规则的结论集合之间存在包含关系时，已有规则与第一规则之间结论相容；已有规则的结论集合与第一规则的结论集合之间不存在包含关系时，已有规则与第一规则之间结论不相容。

在一个实施例中，已有规则的前提集合与第一规则的前提集合之间存在蕴含关系时，已有规则的前提集合与第一规则的前提集合之间前提相容。

在一个实施例中，已有规则的前提集合与第一规则的前提集合之间不存在蕴含关系时，已有规则的前提集合与第一规则的前提集合之间前提不相容。

在一个实施例中，矛盾规则确定模块，具体可以用于：

如果已有规则与第一规则之间结论不相容，或者已有规则与第一规则之间结论相容但前提不相容，重新获取知识库的一条已有规则，直到获取的次数超过知识库中已有规则的数量，确定第一规则与知识库中的已有规则为矛盾规则。

在一个实施例中，矛盾规则处理模块，具体可以用于：

当检测结果为第一规则的前提集合与已有规则的前提集合不同，检测第一规则的结论集合与已有规则的结论集合是否相同；

如果第一规则的结论集合与已有规则的结论集合相同，利用第一规则生成新规则，新规则的前提集合是利用第一规则的前提集合和已有规则的前提集合的析取得到的，并且新规则的结论集合为第一规则的结论集合；

对新规则的前提集合进行化简，在知识库的已有规则中添加化简后的新规则。

在一个实施例中，矛盾规则确定模块，具体可以用于：

当检测结果为第一规则的前提集合与已有规则的前提集合不同，检测第一规则的结论集合与已有规则的结论集合是否相同；

如果第一规则的结论集合与已有规则的结论集合不同，获取知识库的下一条已有规则，直到获取的次数超过知识库中已有规则的数量；

对新规则的前提集合进行化简，在知识库的已有规则中添加化简后的新规则。

在一个实施例中，矛盾规则确定模块，具体可以用于：

当检测结果为第一规则的前提集合与已有规则的前提集合相同，获取第一规则的结论集合和已有规则的结论集合的结论并集；

如果结论并集同时包括命题和命题的否定命题，确定第一规则与已有规则之间的矛盾情况为前提相同和结论矛盾；

生成矛盾情况对应的提示信息，以及显示矛盾情况对应的已有规则。

在一个实施例中，矛盾规则确定模块，具体可以用于：

当检测结果为第一规则的前提集合与已有规则的前提集合相同，获取第一规则的结论集合和已有规则的结论集合的结论并集；

如果结论并集不同时包括命题和命题的否定命题，利用第一规则生成新规则，新规则的前提集合为第一规则的前提集合，新规则的结论集合为结论并集；

对新规则的前提集合进行化简，在知识库的已有规则中添加化简后的新规则。

根据本发明实施例的规则处理装置，针对专家系统知识库中的推理规则众多，但推理次数较少的实际情况，面临日益增多的推理规则，提出了关于推理规则的优化存储方法。该规则处理方法以一种新的知识库中规则表示的标准形式为基础，给出冗余规则判定算法和新规则增加算法。其目的是缩小推理规则所占用的存储空间，提高专家系统的工作效率和运行结果的正确性。

在一个实施例中，用于污水处理系统的规则处理装置500，还可以包括：

调用次数记录模块，用于当调用知识库的已有规则，记录被调用的已有规则的被调用次数和被调用的已有规则中每个结论的被调用次数；

第一规则排序模块，用于基于已有规则的被调用次数，对知识库的已有规则进行排序；

第二规则排序模块，用于基于被调用的已有规则中每个结论的被调用次数，对已排序的知识库的已有规则的结论集合中的结论排序。

在本发明实施例中，考虑到专家系统中大多数推理规则使用频次不均匀问题，提出对推理规则及其结论进行排序，以实现进一步存储优化。其目的是减少无关搜索与查询的计算量，提高推理的效率。

需要明确的是，本发明并不局限于上文实施例中所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了描述的方便和简洁，这里省略了对已知方法的详细描述，并且上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

图6示出了根据本发明一个实施例的判断规则处理装置的结构示意图。如图6所示，在一个实施例中，判断规则处理装置600可以包括：

标准形式确定模块610，用于确定具有标准形式的第一规则，所述标准形式包括前提集合和结论集合，其中，所述前提集合是利用所述第一规则的前提条件之间的析取得到的，所述前提集合与所述结论集合中每个结论均具有推理关系；

结论相容性检测模块620，用于获取知识库中一条已有规则，检测所述第一规则的结论集合是否为所述已有规则结论集合的子集；

前提相容性检测模块630，用于如果所述第一规则的结论集合为所述已有规则结论集合的子集，检测所述第一规则的前提集合是否蕴含所述已有规则的前提集合；

冗余规则处理模块640，用于如果所述第一规则的前提集合蕴含所述已有规则的前提集合，确定所述第一规则为所述知识库中已有规则的冗余规则，拒绝在所述知识库的已有规则中加入所述第一规则。

根据本发明实施例的判断规则处理装置，通过定义知识库中规则的标准形式，对知识库中的存储空间进行优化，并规定冗余规则的判定方法，在对知识库中的存储空间进行优化的同时，提高利用知识库中规则的推理效率。

需要明确的是，本发明实施例中的判断规则处理装置，与上述实施例中用于污水处理系统的判断规则处理装置中的模块，具有相同或等同的配置和处理。为了描述的方便和简洁，这里省略了对判断规则处理装置中模块的工作过程的详细描述，并且上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

图7是示出能够实现根据本发明实施例的判断规则处理方法和装置的计算设备的示例性硬件架构的结构图。

如图7所示，计算设备700包括输入设备701、输入接口702、中央处理器703、存储器704、输出接口705、以及输出设备706。其中，输入接口702、中央处理器703、存储器704、以及输出接口705通过总线710相互连接，输入设备701和输出设备706分别通过输入接口702和输出接口705与总线510连接，进而与计算设备700的其他组件连接。具体地，输入设备701接收来自外部(例如，图像采集设备)的输入信息，并通过输入接口702将输入信息传送到中央处理器703；中央处理器703基于存储器704中存储的计算机可执行指令对输入信息进行处理以生成输出信息，将输出信息临时或者永久地存储在存储器704中，然后通过输出接口705将输出信息传送到输出设备706；输出设备706将输出信息输出到计算设备700的外部供用户使用。

在一个实施例中，图7所示的计算设备700可以被实现为一种用于污水处理系统的判断规则处理系统，该用于污水处理系统的判断规则处理系统可以包括：存储器，被配置为存储程序；处理器，被配置为运行存储器中存储的程序，以执行上述实施例描述的用于污水处理系统的判断规则处理方法。

在一个实施例中，图7所示的计算设备700还可以被实现为一种判断规则处理系统，该判断规则处理系统可以包括：存储器，被配置为存储程序；处理器，被配置为运行存储器中存储的程序，以执行上述实施例描述的判断规则处理方法。

根据本发明的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本发明的实施例包括一种计算机程序产品，其包括有形地包含在机器可读介质上的计算机程序，所述计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸存储介质被安装。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述各个实施例中描述的方法。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(dsl))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如固态硬盘)等。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使对应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。