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摘要：阐述了专家系统的基本概念及结构，介绍了中国奶牛专家系统的构成、现状、作用，对未来奶牛专家系统发展前景进行了展望。
关键词：人工智能；奶牛；专家系统；知识库；推理
中图分类号：S126文献标识码：ADOI编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2010.06.041
Dairy Cow Research and Application of Expert System
MAXue
(Tianjin Information Institute，Tianjin Academy of Agricultural Sciences， Tianjin 300192， China)
Abstract：Basic concepts of expert systems and structure of expert system were described in this paper， the composition of expert system for dairy cows, status, role were introduced,expert system for the future development of cow was prospected．
Key words: artificial intelligence; dairy cow; expert system; knowledge base; reasoning
专家系统是迅速发展起来的一个人工智能的应用领域，能够模拟专家的知识和经验来解决实际问题，被广泛应用于医疗诊断、化学分析、故障处理等方面，产生了较高的经济效益。实践证明，智能专家系统依托科技信息服务于“三农”、缩小农村“数字鸿沟”，是深受农民欢迎的“农村不走的专家”[1]。在中国畜牧业中，奶牛产业所占比重相当大，因此奶牛的饲养和管理技术十分重要。多年来，中国在奶牛管理与饲养等方面进行了深入研究，取得不少成绩，但是成果应用覆盖面窄，效果不明显，许多养殖户经验不足，缺乏相关专业知识，不利于奶牛业的健康发展。奶牛专家系统可以集成大量经验知识，提供日常饲养技术，诊断奶牛病情，帮助用户解决实际问题，节省人力、物力、财力，提高收入水平，具有广阔的应用前景。
1专家系统
专家系统是应用于某一专门领域，拥有该领域相当数量的专家级知识，能模拟专家的思维解决困难和复杂的实际问题，并能达到专家级水平的智能计算机软件系统。也就是说，专家系统拥有大量的专家级知识和实践经验，能够运用专家的独特思维方式分析和解决问题。奶牛专家系统就是利用奶牛生产技术专家的知识和经验，用专家思维对问题进行推理，得出正确结论的计算机知识系统。
专家系统是一种智能系统，能解决不确定性的、非结构化的、没有算法可解或者无法在计算机上实施的复杂难题，自我学习能力强，能不断扩充、完善、提炼自身知识，知识库与推理机分离，具有高度灵活性，不受环境、情绪、身体状况等因素的影响。
专家系统由知识库、推理机、动态数据库、人机界面、解释模块、知识库管理系统组成。通过人机界面用户向专家系统提出问题，推理机运用知识库的知识和推理程序对问题进行推理，并把事实和结果暂时保存在动态数据库中，通过解释模块向用户解释专家系统的行为和结果，并通过人机界面显示出问题的结果和做出解释。知识库管理系统主要负责知识库的建立、删除、修改；输入和编辑知识；检查知识的一致性、冗余性、完整性。
专家系统按用途分为诊断型、解释型、预测型、决策型、设计型、规划型、控制型、调度型；按知识性质分为确定型知识、不确定型知识；按结构方式分为集中式、分布式、单机型、网络型。
2国内外发展状况
国际上农业专家系统的研究是从20世纪70年代末期开始的[2]。随着计算机技术的飞速发展，农业专家系统的研究有了较快进展。从分布区域看，美国占绝大部分，几乎占80%；从应用领域看，涉及到作物栽培、施肥、病虫害防治、杂草控制、森林环保、家畜饲养、农业经济效益分析、储存管理、市场管理等方面[3]。随着技术的日趋成熟，专家系统中知识数量不断增长，层次多样化，功能日趋完善，各项性能均有所提高，智能化程度较高。目前，国际上有近百个农业专家系统，广泛应用于作物生产管理、灌溉、施肥、品种选择、病虫害控制、温室管理、畜禽饲料配方、水土保持、食品加工、财务分析、农业机械选择等方面，有些系统已成为商品进入市场[4]。
中国专家系统的研究起始于上世纪80年代。随着科技的发展及对专家系统的不懈研究，中国在农业专家系统开发方面取得了不少成果，如南京农业大学研发的小麦管理智能决策系统[5]、上海精准农业技术有限公司的精准农业管理决策支持系统的设计与实现[6]、苹果、梨病虫害及防治专家系统、小麦管理专家系统、节水灌溉专家系统等。同时，在开发工具和环境的研究方面，也取得了不少成果。专家系统正朝着功能集成、技术集成、智能集成方向发展，并运用Internet建立网络型咨询专家系统。中国奶牛饲养规模小而且分散、生产水平低、标准化管理差，影响奶牛的产量，增加养殖成本，原料奶和乳品质量不稳定，从而影响奶牛养殖业的综合竞争力[7]。用于奶牛的专家系统或决策支持系统还处于起步阶段，大多数奶牛场缺乏有效的监控管理体制，致使奶牛产量降低，影响中国奶牛业的经济效益。因此，我们需要大力开发具有丰富理论指导和实践经验的奶牛专家系统解决现实问题。
3专家系统在奶牛业上的应用
奶牛专家系统主要由奶牛品种、饲料技术、育种技术、繁殖技术、疾病防治构成。奶牛品种包括国内奶牛的产地、外貌、体重、身高、成熟年龄、单产、自身特点；饲料技术包括饲料生产与加工、不同阶段的饲养技术与管理技术、营养需求；育种技术包括选种方法、选配方法、外貌评定、生产性能测定；繁殖技术包括发情鉴定、妊娠诊断、人工受精、接产和助产、胚胎移植、诱发分娩、性别控制；疾病防治包括疾病病因、症状、措施，主要有传染病、寄生虫病、消化系统疾病、呼吸系统疾病、泌尿、神经系统疾病、产科疾病、 营养代谢病的诊断与治疗方案。
奶牛专家系统集成专家们的广博知识和宝贵经验，分析处理迅速，解决方案多样，提高了用户自身素质水平和经济效益。通过奶牛专家系统，使用者可以了解奶牛饲养、配种、接产、养殖等方面的知识，能够快速掌握并运用到生产中，节省大量时间。同时，奶牛专家系统提供疾病诊断服务，系统根据用户提供的各种疾病症状，通过自身储备的疾病知识库和推理机进行推理，得出病因、名称以及治疗和预防方法，使人们足不出户就能为奶牛诊断疾病，治愈率高，省时省力，方便高效。
4奶牛专家系统的特点
4.1智能化程度高
系统具有自我学习功能，可不断积累治疗经验和数据，使系统自身的经验、技术水平、自处理能力等功能不断提高，最终成为智能化较高的专家系统。
4.2技术先进，内容丰富，功能齐全
系统采用先进的计算机技术和开发工具，结合奶牛方面的专业理论知识和技术经验，生成先进的奶牛专家治疗和管理系统。系统包括饲养、繁殖、育种、疾病防治等方面，内容涵盖面广，功能强大。
4.3稳定可靠，高效优质
人类专家通常会因为身体不适、精神状态不好、环境因素等影响自己的判断能力，从而造成错误的判断。与人类专家不同，专家系统不存在精神状态、身体以及环境因素的影响，判断力稳定，可靠性高，能够根据用户提供的情况快速做出结论，工作效率高。
4.4使用方便，不受限制
专家系统集成许多知名专家的经验知识，通过计算机技术汇集到一起，形成巨大的知识库。系统不受时间和空间限制，人们随时随地可以使用专家系统中的知识，得出正确的结论，方便快捷，省心省力。
4.5提高社会效益和经济效益
通过奶牛专家系统，人们可以了解有关奶牛的一系列专业知识，增长养殖技能，提高奶牛质量。同时，专家系统能准确分析病情，及时给出治疗及管理措施，避免额外的经济损失，提高了奶牛业的经济效益。
5前景展望
5.1功能集成
大多数专家系统功能单一，专门性强，规模小。随着社会的不断发展，要求我们开发出集多学科、多专业、多专家的知识和经验，基于分布式、开发式软硬件及网络环境的综合性专家系统。
5.2技术集成
传统技术只能解决部分因素问题，而采用先进技术，例如人工神经网络、面向对象方法、模糊数学等代替以前的简单数学回归模型等传统模式，可解决复杂难题，从而使系统功能更强大。
5.3智能集成
将知识库、推理机和神经网络等同多媒体、超媒体等技术相结合，从而能够实现自学习、自组织、自适应、多媒体人机智能接口，声、图、文并茂的专家系统。
5.4系统网络化
与Internet结合，专家系统可以遍及网络所在的每个地方，实现数据共享，应用范围更广，受益人群更多；同时，系统可以通过网络搜集最新知识和经验，不断扩充自身知识库。
5.5面向对象层次多样性
系统服务对象文化程度差异不同，要求系统的难易程度也不同，界面和内容复杂程度也不同，所以应该开发面向多层次人群的专家系统，为不同对象服务。
6结束语
奶牛专家系统具有较强的实用性，在奶牛品种、育种、繁殖、疾病诊断等方面具有高智能、高效率、高技术的特点，将会在中国奶牛业发展中成为一种重要的智能化技术手段，促进奶牛产业更快发展。
参考文献：
[1] 姚玉霞,陈桂芬,司秀丽,等.多媒体人参生产智能专家系统在人参栽培中的应用[J].中草药,2004(5)：112-114.
[2] 张春叶,邱煜辉.龙眼专家系统中病虫害咨询子系统的实现[J].计算机与农业，1999(3):17-20.
[3]武向良,高聚林,赵于东,等.农业专家系统研究进展及发展方向[J].农机化研究，2008（1）：241-244.
[4] 吴玺,谭宏,夏建国,等.试论我国农业专家系统的应用及发展[J].计算机与农业，2000(8)：1-4.
[5] 李旭,曹卫星，罗卫红.小麦管理智能决策系统的设计与实现[J].南京农业大学学报，1999,22(3): 12-15.
[6] 张仰洪,杨星卫，陆贤，等.精准农业管理决策支持系统的设计与实现[J]. 遥感技术与应用，2003(2):11-14.
[7] 北方牧区、半牧区舍饲奶牛疾病诊断专家系统的研制[J].中国草食动物， 2009(3):69-71.
关键词：人工智能；奶牛；专家系统；知识库；推理
中图分类号：S126文献标识码：ADOI编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2010.06.041
Dairy Cow Research and Application of Expert System
MAXue
(Tianjin Information Institute，Tianjin Academy of Agricultural Sciences， Tianjin 300192， China)
Abstract：Basic concepts of expert systems and structure of expert system were described in this paper， the composition of expert system for dairy cows, status, role were introduced,expert system for the future development of cow was prospected．
Key words: artificial intelligence; dairy cow; expert system; knowledge base; reasoning
专家系统是迅速发展起来的一个人工智能的应用领域，能够模拟专家的知识和经验来解决实际问题，被广泛应用于医疗诊断、化学分析、故障处理等方面，产生了较高的经济效益。实践证明，智能专家系统依托科技信息服务于“三农”、缩小农村“数字鸿沟”，是深受农民欢迎的“农村不走的专家”[1]。在中国畜牧业中，奶牛产业所占比重相当大，因此奶牛的饲养和管理技术十分重要。多年来，中国在奶牛管理与饲养等方面进行了深入研究，取得不少成绩，但是成果应用覆盖面窄，效果不明显，许多养殖户经验不足，缺乏相关专业知识，不利于奶牛业的健康发展。奶牛专家系统可以集成大量经验知识，提供日常饲养技术，诊断奶牛病情，帮助用户解决实际问题，节省人力、物力、财力，提高收入水平，具有广阔的应用前景。
1专家系统
专家系统是应用于某一专门领域，拥有该领域相当数量的专家级知识，能模拟专家的思维解决困难和复杂的实际问题，并能达到专家级水平的智能计算机软件系统。也就是说，专家系统拥有大量的专家级知识和实践经验，能够运用专家的独特思维方式分析和解决问题。奶牛专家系统就是利用奶牛生产技术专家的知识和经验，用专家思维对问题进行推理，得出正确结论的计算机知识系统。
专家系统是一种智能系统，能解决不确定性的、非结构化的、没有算法可解或者无法在计算机上实施的复杂难题，自我学习能力强，能不断扩充、完善、提炼自身知识，知识库与推理机分离，具有高度灵活性，不受环境、情绪、身体状况等因素的影响。
专家系统由知识库、推理机、动态数据库、人机界面、解释模块、知识库管理系统组成。通过人机界面用户向专家系统提出问题，推理机运用知识库的知识和推理程序对问题进行推理，并把事实和结果暂时保存在动态数据库中，通过解释模块向用户解释专家系统的行为和结果，并通过人机界面显示出问题的结果和做出解释。知识库管理系统主要负责知识库的建立、删除、修改；输入和编辑知识；检查知识的一致性、冗余性、完整性。
专家系统按用途分为诊断型、解释型、预测型、决策型、设计型、规划型、控制型、调度型；按知识性质分为确定型知识、不确定型知识；按结构方式分为集中式、分布式、单机型、网络型。
2国内外发展状况
国际上农业专家系统的研究是从20世纪70年代末期开始的[2]。随着计算机技术的飞速发展，农业专家系统的研究有了较快进展。从分布区域看，美国占绝大部分，几乎占80%；从应用领域看，涉及到作物栽培、施肥、病虫害防治、杂草控制、森林环保、家畜饲养、农业经济效益分析、储存管理、市场管理等方面[3]。随着技术的日趋成熟，专家系统中知识数量不断增长，层次多样化，功能日趋完善，各项性能均有所提高，智能化程度较高。目前，国际上有近百个农业专家系统，广泛应用于作物生产管理、灌溉、施肥、品种选择、病虫害控制、温室管理、畜禽饲料配方、水土保持、食品加工、财务分析、农业机械选择等方面，有些系统已成为商品进入市场[4]。
中国专家系统的研究起始于上世纪80年代。随着科技的发展及对专家系统的不懈研究，中国在农业专家系统开发方面取得了不少成果，如南京农业大学研发的小麦管理智能决策系统[5]、上海精准农业技术有限公司的精准农业管理决策支持系统的设计与实现[6]、苹果、梨病虫害及防治专家系统、小麦管理专家系统、节水灌溉专家系统等。同时，在开发工具和环境的研究方面，也取得了不少成果。专家系统正朝着功能集成、技术集成、智能集成方向发展，并运用Internet建立网络型咨询专家系统。中国奶牛饲养规模小而且分散、生产水平低、标准化管理差，影响奶牛的产量，增加养殖成本，原料奶和乳品质量不稳定，从而影响奶牛养殖业的综合竞争力[7]。用于奶牛的专家系统或决策支持系统还处于起步阶段，大多数奶牛场缺乏有效的监控管理体制，致使奶牛产量降低，影响中国奶牛业的经济效益。因此，我们需要大力开发具有丰富理论指导和实践经验的奶牛专家系统解决现实问题。
3专家系统在奶牛业上的应用
奶牛专家系统主要由奶牛品种、饲料技术、育种技术、繁殖技术、疾病防治构成。奶牛品种包括国内奶牛的产地、外貌、体重、身高、成熟年龄、单产、自身特点；饲料技术包括饲料生产与加工、不同阶段的饲养技术与管理技术、营养需求；育种技术包括选种方法、选配方法、外貌评定、生产性能测定；繁殖技术包括发情鉴定、妊娠诊断、人工受精、接产和助产、胚胎移植、诱发分娩、性别控制；疾病防治包括疾病病因、症状、措施，主要有传染病、寄生虫病、消化系统疾病、呼吸系统疾病、泌尿、神经系统疾病、产科疾病、 营养代谢病的诊断与治疗方案。
奶牛专家系统集成专家们的广博知识和宝贵经验，分析处理迅速，解决方案多样，提高了用户自身素质水平和经济效益。通过奶牛专家系统，使用者可以了解奶牛饲养、配种、接产、养殖等方面的知识，能够快速掌握并运用到生产中，节省大量时间。同时，奶牛专家系统提供疾病诊断服务，系统根据用户提供的各种疾病症状，通过自身储备的疾病知识库和推理机进行推理，得出病因、名称以及治疗和预防方法，使人们足不出户就能为奶牛诊断疾病，治愈率高，省时省力，方便高效。
4奶牛专家系统的特点
4.1智能化程度高
系统具有自我学习功能，可不断积累治疗经验和数据，使系统自身的经验、技术水平、自处理能力等功能不断提高，最终成为智能化较高的专家系统。
4.2技术先进，内容丰富，功能齐全
系统采用先进的计算机技术和开发工具，结合奶牛方面的专业理论知识和技术经验，生成先进的奶牛专家治疗和管理系统。系统包括饲养、繁殖、育种、疾病防治等方面，内容涵盖面广，功能强大。
4.3稳定可靠，高效优质
人类专家通常会因为身体不适、精神状态不好、环境因素等影响自己的判断能力，从而造成错误的判断。与人类专家不同，专家系统不存在精神状态、身体以及环境因素的影响，判断力稳定，可靠性高，能够根据用户提供的情况快速做出结论，工作效率高。
4.4使用方便，不受限制
专家系统集成许多知名专家的经验知识，通过计算机技术汇集到一起，形成巨大的知识库。系统不受时间和空间限制，人们随时随地可以使用专家系统中的知识，得出正确的结论，方便快捷，省心省力。
4.5提高社会效益和经济效益
通过奶牛专家系统，人们可以了解有关奶牛的一系列专业知识，增长养殖技能，提高奶牛质量。同时，专家系统能准确分析病情，及时给出治疗及管理措施，避免额外的经济损失，提高了奶牛业的经济效益。
5前景展望
5.1功能集成
大多数专家系统功能单一，专门性强，规模小。随着社会的不断发展，要求我们开发出集多学科、多专业、多专家的知识和经验，基于分布式、开发式软硬件及网络环境的综合性专家系统。
5.2技术集成
传统技术只能解决部分因素问题，而采用先进技术，例如人工神经网络、面向对象方法、模糊数学等代替以前的简单数学回归模型等传统模式，可解决复杂难题，从而使系统功能更强大。
5.3智能集成
将知识库、推理机和神经网络等同多媒体、超媒体等技术相结合，从而能够实现自学习、自组织、自适应、多媒体人机智能接口，声、图、文并茂的专家系统。
5.4系统网络化
与Internet结合，专家系统可以遍及网络所在的每个地方，实现数据共享，应用范围更广，受益人群更多；同时，系统可以通过网络搜集最新知识和经验，不断扩充自身知识库。
5.5面向对象层次多样性
系统服务对象文化程度差异不同，要求系统的难易程度也不同，界面和内容复杂程度也不同，所以应该开发面向多层次人群的专家系统，为不同对象服务。
6结束语
奶牛专家系统具有较强的实用性，在奶牛品种、育种、繁殖、疾病诊断等方面具有高智能、高效率、高技术的特点，将会在中国奶牛业发展中成为一种重要的智能化技术手段，促进奶牛产业更快发展。
参考文献：
[1] 姚玉霞,陈桂芬,司秀丽,等.多媒体人参生产智能专家系统在人参栽培中的应用[J].中草药,2004(5)：112-114.
[2] 张春叶,邱煜辉.龙眼专家系统中病虫害咨询子系统的实现[J].计算机与农业，1999(3):17-20.
[3]武向良,高聚林,赵于东,等.农业专家系统研究进展及发展方向[J].农机化研究，2008（1）：241-244.
[4] 吴玺,谭宏,夏建国,等.试论我国农业专家系统的应用及发展[J].计算机与农业，2000(8)：1-4.
[5] 李旭,曹卫星，罗卫红.小麦管理智能决策系统的设计与实现[J].南京农业大学学报，1999,22(3): 12-15.
[6] 张仰洪,杨星卫，陆贤，等.精准农业管理决策支持系统的设计与实现[J]. 遥感技术与应用，2003(2):11-14.
[7] 北方牧区、半牧区舍饲奶牛疾病诊断专家系统的研制[J].中国草食动物， 2009(3):69-71.