地铁施工安全风险自动识别与预警的推理引擎概述

现在有许多不同的推理引擎可以对规则进行推理，本书采用的是Jess（Java Expert Systems Shell）推理引擎。1995年美国Sandia国家实验室分布式系统计算机组用Java语言开发了Jess，Jess是在CLIPS（开源的用C语言开发的专家系统开发工具）的基础上开发的，继承了CLIPS的优点，并具有自己的特征。Jess支持前向和逆向推理，并使用了Rete匹配算法提供的非常高效的前向和逆向推理效率。该算法将分离的匹配项根据内容动态构造匹配树，降低计算量，过程中用空间换取速度，因此Jess消耗内存比较大，但是速度快，运行效率高，甚至比许多以C语言为开发工具的引擎运行速度快。

1）Jess事实库

Jess事实库存储着Jess处理的所有信息，包括条件规则和结论，这些信息称为事实（Fact），所有的事实都存放在工作存储器中。Jess应用自定义的索引来快速检索和管理信息，与关系数据库非常相似，每一个事实可以类比数据库中的一条记录。

2）Jess规则

Jess规则存储在知识库中，用defru1e关键字来定义规则。Jess具有前向和逆向推理规则，前向推理规则与CLIPS相同，表达式为：if...then...，“if...”部分得到相应的匹配，便可推断出“then...”部分。逆向推理规则表达式也是：if...then...，推理规则相同。如果规则“if...”部分只是部分匹配，那么推理引擎将激活执行能够与该规则完全匹配的其他相应规则，这称为“目标搜索”，逆向推理经常用于从数据库中搜索出所需的相应数据加入Jess工作存储器中。

3）Rete算法

Jess使用Rete算法进行快速模式匹配。Jess是基于规则的推理引擎，运用“if...then...”推理规则和工作存储器中相应的数据进行快速匹配，得到相应结论。规则库存储着规则，工作存储器中存储着事实，Jess每次循环运行步骤：搜索与事实相匹配的规则，规则和事实库相关联形成规则激活记录，选择激活规则进行运行，从而完成规则和事实的匹配。Jess在规则和事实匹配的过程中使用了高效的Rete算法，Rete算法通过每次循环记忆已经匹配好的事实，只对其中发生变化的事实引起的变化对规则进行重新测试，在每次循环的过程中许多事实并未发生变化，只是有少数的事实出现增加或者删除的情况，所以许多事实仍能够与对应的规则相匹配，只用少部分改变的事实去与规则相匹配，这样循环运行效率得到了大幅度提高。如图3-12所示。

图3-12　事实规则匹配

4）Jess推理机制(www.xing528.com)

当系统为Jess提供特有的领域规则和事实信息时，Jess能够处理各种推理任务，以本体形式表示的知识和SWRL规则语言描述的规则经过相应的格式转换，将其转换为Jess理解和支持的规则和事实，就可以用Jess推理引擎实现领域相关问题推理，得到新的事实。其界面如图3-13所示。

图3-13　Jess界面

Jess推理引擎与Protégé集成，Jess推理将本体事实库和SWRL规则库转换成Jess事实和Jess规则，提供Jess推理的事实和规则基础。推理过程中主要进行4项工作活动［9］：

（1）将个体实例知识表示为Jess事实；

（2）将SWRL规则转换为Jess规则；

（3）基于事实和规则运行Jess推理引擎进行推理；

（4）推理得到新事实，进行知识库更新。

基于本体知识库的Jess推理过程如图3-14所示。