人工智能技术在地铁施工中的应用

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摘要 专家系统对于地铁施工具有重要意义。本文讨论了人类智慧的特点，人们是如何运用智慧解决困难的，人们怎样以文字为载体进行思考。如何将这一思考的过程移植到机器上，让机器也具有人类的智慧。最后，讨论了如何用机器思考地铁施工中的一个实际问题。

关键词：智慧 性质 方法 机器思考 推演 公理

中图分类号：B848.5文献标识码： A文章编号：

1、引言

地铁施工专家系统就是根据地铁工程施工的知识、经验和技术而建立的解决问题和做决策的计算机软件系统，它能对复杂问题给出专家水平的结果。地铁工程具有投资大、工期长、工艺复杂的特点，所以施工过程必须十分谨慎。高度依赖于专家的知识和经验。如果在施工过程中不能得到专家的及时帮助，后果不堪设想。但少数人所掌握的知识是有限的。某一个具体的工程也很难集中人类世界的所有顶尖专家。那么，有什么方法可以低成本的应用专家的知识呢？制作专家系统便是一个很好的方法。

专家系统通常由人机交互界面、知识库、推理机、解释器、综合数据库、知识获取等6个部分构成。（见图1）

图1专家系统结构图

2、人类智慧实例与分析

下面，我们通过几个实例，分析一下智慧是什么。

2.1智伯赠钟灭仇由国

公元前5世纪中期，晋国统治着今天的山西省一带。晋国贵族智伯想征服居于西北的小国仇由国。但通往那里的道路是崎岖山径，仅能行人，大队兵马根本不能通行。要征服仇由国，必须拓展道路。

智伯心生一计，命人铸造了一口大钟，并派人去仇由国请求国君接受此赠物。仇由国国君十分高兴地接纳了这口大钟，可是必须拓宽道路，才能搬运大钟，于是，他下令召民工加紧修路。7个月后，道路拓展了，仇由国国君刚刚见到大钟，智伯的兵车就开进城来，灭了仇由国。

分析：接受大钟需要拓宽道路，这是一件同时存在有利方面和有害方面的事，而且利小而害大，智伯利用敌人的糊涂，成功的诱使敌人犯下了因小失大的错误。

2.2 少年智救祖父

春秋时,陈留(今河南开封市东)有个少年叫孙元党,从小孝顺父母,尊敬师长.而他的父亲对祖父却很不孝顺,嫌他年老体弱,给自己添麻烦,巴不得他早死..

一天,孙元党的父亲把病弱的祖父装在大竹筐里，想把他仍进深山。元党舍不得祖父，求父亲把祖父留在家里，父亲不理，把竹筐用车推进深山，将老夫扔在地上，转身就走。元党却拾起竹筐对父亲说：“我要把筐带回家，等你老了，也要用它送你到这里。”

元党的父亲听了大吃一惊，气呼呼地问元党：“不懂规矩，你怎么说出这种话？”元党说：“父亲怎样教育孩子，孩子就怎样做。”元党的父亲顿时悔悟，忙把老人家接回家，从此十分孝敬。

分析：父亲丢弃祖父有对自己方便的一面，这是立马见效的。同时也有不利的一面，即教育了孩子可以不孝顺父母。这一面可能不存在，取决于孩子的态度，当时还不那么肯定。但孩子把这一种结果用语言演绎出来，警醒了父亲。

2.3 丁谓一举而三得

宋真宗大中祥符年间，皇宫着了大火。朝廷命令丁渭（公元962-1033年）修复皇宫。修复皇宫需用很多土，丁渭考虑从京城外取土路太远，费工费力，耗资巨大。就下令在城里街道开挖取土，节省了大量工时，不几天的工夫，原来的街道就成了深沟。丁渭又命令决通汴河官堤，引汴河水流入沟中。从外地调来的运载建筑材料的竹筏木船，都经过这条大沟运进，十分便捷。皇宫竣工，立即把废弃的砖瓦灰土填满沟中，大道恢复如故。挖土、运材、处理废物，一举而三得。最后算总账，节省费用何止千万。

分析：京城道路开挖后，一来就近为皇宫的修筑提供泥土，二来挖出的沟壑可以用于运输；皇宫建好后的废料有用处，那就是回填沟壑。一件事往往有多个产物，若这些产物都能充分利用，就能发挥事半功倍的效果。

智慧是什么？智慧就是对事物能认识、辨析、判断处理和发明创造的能力。人们在遇到难题的时候，就要对阻碍自己的客观对象加以分析，发现该客观对象的诸多属性，判断哪些属性是可资利用的，并找出可以让这些有利于自己的属性发挥作用的方法。（见图2）

图2 事物性质与方法对应示意图

事情之所以难，是因为，客观对象的有利于我的属性，即可以让困难消解的属性，是隐蔽的。只有当我引入了别的事物，通过某种方法，使事物自身的消极属性发挥主导作用，导致事物逐步消亡，这种事物内部的消极属性才暴露出来。这往往要通过耐心的搜索、仔细观察，产生联想，所谓“灵机一动”，才能得到。知识越渊博，越容易得到事物的诸多属性，越容易懂得如何利用这些属性。“智慧”，是对人的高度赞扬。

3、人类的思考与机器的思考

人类是怎样进行思考的呢？首先，将客观的情况在大脑中描述一遍，然后，针对若干性状，施以某种方法，然后，根据已掌握的对事物规律的认识，推演出使用这种方法后，事物的变化。最后判断这一变化是否符合自己的目标。

大脑中的世界先于真实的世界发生变化。如果这个变化是有害的，我们阻止它发生；如果是有利的，我们会促成它发生。我们做的事情总是在心中有了蓝图，才在真实世界中发生的。这一蓝图的载体，就是我们的文字。

文字的基本单位是词，通过一定的文法组成短语和句子，再将描述同一事物的句子组成段落，通过无数的段落，便可以穷尽大千世界的一切事物。所以，只要机器记录了所有汉字（以汉字为例，也可以是其他发达文明的文字），他便可以像人类的大脑一样，描摹出世界上的一切事物以及这些事物的变化。

计算机中的文字分为两部分，一部分是已经确认为正确的公理系统，另一部分，是通过一定的规则，从公理系统中推导出来的结论。

当人们向计算机提出问题时，

（1）计算机首先在公理系统中寻找与问题的主语一致的描述，如果找得到，则输出描述；

如果找不到，则

（2）在近义词列表中，选取一个主语的近义词，重复步骤（1），直至所有近义词搜索完毕； （3）分解出主语的若干性质，从公理系统中寻找作用于这些性质的方法，如找到可以导致问题答案的方法，或所有性质搜索完毕，均找不到方法，则结束过程。

假设 K(P)为问题，其中，P为问题的主语，若公理系统中有表述K’(P)，则结束过程。答案为K’(P)。若找不到，则分解P=p1^p2^p3^…^pn, 其中，pn为事物的一个性质，寻找 K(pn)，使得K(pn)=>问题答案。

但计算机对世界的知识，跟人类有所不同。人类的知识，是以从外界接受的信息为标杆，通过视觉、听觉、触觉等途径，感受事物的变化，随时修正大脑中的认识。但目前，电脑没有感官，与外界是隔绝的。所有知识，都要靠人类输入。是否错误，要靠人类感知。如果错了，要靠人类改正。它认知的标杆，只能是人类的感知。

4、机器思考实例

设机器中有如下文字描述：

（1） “盾构掘进时，盾构外径大于管片衬砌外径，因盾构厚度及拖带泥皮产生建筑间隙，上部土体坍塌造成地表下沉。”

（2）“注浆填充可加固土体。”

问题：怎样防止盾构机推进引起地表沉降？

盾构掘进含性质“间隙”。方法“注浆”可作用于“间隙”，导致土体加固。所以问题答案为：“在衬砌背后注浆，防止地面沉降。”

5、结语

机器中如果存储完整的某一语言的文字，又懂得了人类世界的语法规则，则可以像人类的大脑一样，描摹出世界上的所有事物，以及这些事物的相互关系、相对地位、相互作用等等。如果机器描摹的是已经发生的事，那么它是在记录历史，如果它描摹的是还没发生的事，那么，它是在预测未来。它的“预测”，就是专家系统提出的解决问题的方法。

参考文献：

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