智能控制（第二版） (2008 年度畅销榜NO.14430 )

本书介绍智能控制的基本概念、工作原理、控制方法与应用。全书共10章。第1章概述人类的认知过程、各种认知观及人工智能和智能控制的产生背景、起源与发展，讨论人工智能和智能控制的定义，以及智能控制的特点和结构，尤其是智能控制的四元交集结构理论。第2~3章概述传统人工智能的知识表示方法和搜索推理技术。第4~8章逐一讨论递阶控制系统、专家控制系统、模糊控制系统、神经控制系统和学习控制系统的作用机理、类型结构、设计方法、控制特性和应用示例。第9章简介其他几种智能控制系统，包括拟人控制、进化控制和免疫控制等。第10章综合智能控制的应用研究领域和存在问题，并展望智能控制的发展方向及其与相关技术的关系。 \r\n 本书可作为高等院校自动化、机电工程等电子信息类专业高年级本科生及研究生的教材，也可供从事智能控制与智能系统研究、设计和应用的科技工作者参考使用。 \r\n

第1章 概论\r\n 1.1 人工智能\r\n 1.2 智能控制的进展\r\n 1.3 智能控制的定义、特点与结构理论\r\n 1.4 智能控制的结构理论\r\n 1.5 本书概要\r\n 习题1\r\n第2章 知识表示方法\r\n 2.1 状态空间法\r\n 2.2 问题归约法\r\n 2.3 谓词逻辑法\r\n 2.4 语义网络法\r\n 2.5 框架表示\r\n 2.6 剧本表示\r\n 2.7 过程表示\r\n 2.8 小结\r\n 习题2\r\n第3章 搜索推理技术\r\n 3.1 图搜索策略\r\n 3.2 盲目搜索\r\n 3.3 启发式搜索\r\n 3.4 消解原理\r\n 3.5 规则演绎系统\r\n 3.6 产生式系统\r\n 3.7 系统组织技术\r\n 3.8 不确定性推理\r\n 3.9 非单调推理\r\n 3.10 小结\r\n 习题3\r\n第4章 递阶控制系统\r\n第5章 专家控制系统\r\n第6章 模糊控制系统\r\n第7章 神经控制系统\r\n第8章 学习控制系统\r\n第9章 其他智能控制\r\n第10章 智能控制的应用与研究展望\r\n参考文献\r\n

蔡自兴，1962年毕业于西安交通大学电机工程系工业电气自动化专业。1983年至1985年为美国普渡大学和内华达大学访问学者。1998年10月至1989年8月任中国科学院自动化研究所客座研究员。1989年9月至1990年8月任北京大学信息科学中心客座研究员。1992年至1993年为美国伦塞勒工学院客座教授。2004年5月至8月为俄罗斯科学院圣彼得堡信息学与自动化研究所客座研究员。现任中南大学信息科学与工程学院学位委员会主席、教授委员会主任、博士生导师、联合国专家、纽约科学院院士、国际导航与控制科学院院士、中国人工智能学会理事长、智能机器人分会名誉理事长、中国计算机学会人代智能与模式识别专业委员会委员，中国自动化学会理事，IEEE高级会员和全国政协委员等职，曾任湖南省政协副主席。

20世纪以来，科学技术的许多重大进展都是人类智慧、思维、幻想和拼搏的成果；同时，这些科技进步反过来又促进人们思想的解放，或者称为思想革命。人类历史上很少出现过像今天这样的思想大解放，关于宇宙、地球、生命、人类、时空、进化、智能的论点和著作，如雨后春笋般破土而出。 作为智能科学领域的一位探索者，我对地球这一自然界中的生命、进化与智能深感兴趣。据研究结果称：大约6亿年前，地球上发生过一次异乎寻常的大爆炸，生物学家把它称为寒武纪爆炸。这次爆炸的最重要意义在于发现了数量颇大和种类繁多的生物，这是地球生态史上任何一个时期都无法比拟的。 地球上早期生物是比较低级的，它们经历了长期的和不断的进化历程，并最终得到进化的最高级产品——人类。其中大脑是衡量进化水平的最重要标志。有了人类的大脑，我们就能够有思想、思维和规划，有发明、创造和革新，有艺术、音乐和诗歌，也才可能有“上天揽月”、火星探测、“下海捉鳖”，以及基因和克隆研究之壮举。 伴随着人类的进化，人类智慧逐步提高。人类已经发明了目前称之为计算机和自动机的高级机器，创建了能够为人类的进化和发展服务的智能系统，并应用机器智能来模仿人类智能，扩展了人脑的功能。在这一领域，形形色色的“智能制品”大放异彩，为经济、科技、教育、文化和人民生活服务。CAD、CAM、CAI、CAP、CIMS、因特网、数据挖掘、艾真体(Agent)、机器人、自动机器和智能软件包等，已成为我们学习、工作和生活的组成部分。智能自动化技术已成为高级决策的必不可少的得力工具。 对生命的进化也出现新的挑战。智能机器人与人工生命的结合，可能创造出具有生命现象的生物机器人。一个拟人机器人能够用它的眼睛跟踪人群通过人行横道；一台自主机器人车能够辨识道路的边缘，绕过障碍物，在探索中前进；我国研制的自主驾驶汽车无需人的帮助而能够以130km／h的速度在高速公路上稳速行驶。机器人打乒乓球和机器人辅助外科手术等例子，则是早已众所周知了。另一方面，某些不负责任的人或犯罪分子却利用智能技术进行罪恶活动，如制造计算机病毒和盗取银行存款等“智能犯罪”活动。面对机器的进化，我们且不可怠慢。作为机器的主人，我们要以新的成就和实力，继续赢得机器对我们的尊敬，使智能机器和智能系统永远听从智能人类的指挥，忠诚地为人类服务。 人类的进化归根结底是智能的进化，而智能反过来又为人类的进一步进步服务。我们学习与研究智能系统、人工智能、智能机器人和智能控制等，其目的就在于创造和应用智能技术和智能系统，从而为人类进步服务。因此，可以说，对智能控制的钟情、期待、开发和应用，是科技发展和人类进步的必然。 我有幸亲历了智能控制的研究和发展进程，深为珍惜。这是一种缘分，也是一种机遇。借此机会，略向大家汇报一二。1983～1985年，我在美国普渡(Purdue)大学等校留学期间，绝大部分时间是在美国国家工程科学院院士、国际智能控制的奠基者和开拓者傅京孙(KSFu)教授的指导和合作下，研究机器人规划专家系统——一种基于知识工程的智能机器人高层控制技术和方法，受到国际大师的熏陶和指点，开始踏上研究智能系统的征程。当我们结束首次访美后不久，我们的《人工智能及其应用》于1987年在清华大学出版社出版发行，该书为智能控制建立了重要基础。1985年和1987年国际智能控制研讨会(1SIC)之后，智能控制作为一门新学科在国际上建立起来，并开始讨论智能控制的教学问题。中国的智能控制研究差不多是与国际同步起动的。为适应自动控制学科发展和教学改革的需要，瞄准国际前沿学科，全国自动控制与计算机教材编审委员会和电子工业部教材办于1987年向全国发出《智能控制》等统编教材公开征稿的通知。尽管编写时间紧迫和参考资料奇缺，我还是大胆应征。我想，自己有自动控制的基础，又在美国研究过人工智能，二者在我身上的结合使我具有一定优势，因而满怀信心地进行准备，全力以赴地投入写作。经过一年多的艰苦努力，我于1988年写出书稿，呈交教材编审委员会评审。在教材编审委员会主任委员张钟俊院士、副主任委员兼该教材责任编委胡保生教授及全体委员的关怀和支持下，我编写的《智能控制》教材通过了教材编审委员会的审评，中标为全国统编教材，并于1990年由电子工业出版社出版，成为国内外公开出版的首部关于智能控制的教材和专著。该书于1996年获得第三届全国优秀教材(电子类)一等奖，并与其他著作一起于2001年获得全国高校自然科学奖二等奖。 1992～1993年，我第二次留学美国，到纽约州伦塞勒大学(RPl)的太空探索智能机器人系统研究中心(CIRSSE)，同国际著名智能控制专家GNSaridis和ACSanderson教授合作研究机器人的智能控制问题，得到不少启发，受益匪浅，为撰写智能控制新著打下基础。 随着智能控制研究的进一步发展，到20世纪90年代中期，智能控制学科和课程内容有了进一步充实的基础和更新的必要。我的另外两部著作《IntelligentControl：Principles，Tech—niquesandApplications》和《智能控制——基础与应用》于1997年底和1998年初分别在国外和国内问世。这些智能控制著作已具有比较充实的基础理论及比较明确的研究和应用方向。 进入2l世纪以来，智能控制学科又有了新的发展。为了及时反映智能控制研究和学科的最新发展，在电子工业出版社的大力支持下，我们修订了《智能控制》课程的教学大纲，进一步优化和更新教学内容。我们确定的内容是：介绍智能控制的基本概念、工作原理、控制方法与应用，涉及人类的认知观和认知过程，智能控制的发展过程、定义和结构原理，知识表示方法和推理技术，计算智能的基本知识，各种智能控制系统的作用机理、结构和应用，一些新的智能控制简介及智能控制的研究与应用展望等。这些就是本书第二版的主要内容。我们的期望目标是：编写出反映2l世纪智能控制学科发展水平和发展趋向的新一代智能控制课程教材，争取为我国智能控制课程建设、教材建设以至于学科建设做出新的贡献。 本书共10章。第1章概述人类的认知过程、各种认知观，以及人工智能和智能控制的产生背景、起源与发展，讨论人工智能和智能控制的定义及智能控制的特点和结构，尤其是智能控制的四元交集结构理论。第2～3章概括传统人工智能的知识表示方法和搜索推理技术。第4～8章逐一讨论递阶控制系统、专家控制系统、模糊控制系统、神经控制系统和学习控制系统的作用机理、类型结构、设计方法、控制特性和应用示例。第9章简介其他几种智能控制系统，包括拟人控制、进化控制和免疫控制等。第10章综合智能控制的应用研究领域和存在问题，并展望智能控制的发展方向及其与相关技术的关系。 综上所述可以看出，智能控制已初具学科体系，包括基础理论、技术方法和实际应用诸多方面。在基础理论方面，涉及传统人工智能的知识表示和推理、计算智能(如模糊计算、神经计算和进化计算等)和机器学习等。在技术方法上，从递阶控制、专家控制、模糊控制、神经控制、学习控制、仿人控制和进化控制等系统加以研究。在实际应用方面，则从十分广泛的领域举例剖析。各种不同人工智能学派的观点在智能控制学科上得到很好的包涵与融合，为不同学术派别的合作树立了典范。 本书相当大一部分内容是作者及其指导的博士研究生们近年来合作研究的成果。这些博士生已获得博士学位，并在科学研究上做出新的成绩，其中有的已在国内外科技学术界崭露头角。他们是蔡竞峰、赖旭芝、李枚毅、刘健勤、刘娟、刘巧光、马莉、蒙祖强、彭志红、单汨源、王晶、文敦伟、伍春华、肖晓明、谢光汉、郑金华、周翔、邹小兵等。本书的另一部分内容借鉴7国内外其他专家和作者的最新研究成果。因此，本书较好地反映出国内外智能控制研究和应用的最新进展。与第一版相比，大部分内容得到更新，水平也有明显提高。 本书可作为高等院校自动控制、机电工程等电子信息类专业高年级本科生和研究生的《智能控制》教材，也可供从事智能控制与智能系统研究、开发和应用的科技工作者参考使用。 本教材各版本的编写和本人的智能控制研究，一直得到众多专家的亲切关怀指导和广大读者的热情支持帮助。常迥、戴汝为、冯纯伯、KSFu、高为炳、郭雷、何继善、胡启恒、黄伯云、黄琳、李德毅、李衍达、石青云、宋健、唐稚松、吴澄、吴文俊、杨嘉墀、张钟俊、郑南宁和周宏鑫等院士曾以各种不同方式给作者以指导和支持。褚健、何华灿、贺汉根、胡保生、李春盛、梁天培、饶立昌、ACSanderson、施鹏飞、谭铁牛、ABTHMOdpeeB、涂序彦、王成红、王飞跃、王龙、王伟、王先来、魏世泽、吴启迪、席裕庚、徐孝涵、杨宜民、张钹、张良起、郑应平、钟义信和周其鉴等教授，用他们的智慧和友谊提供了诸多帮助。本书还从国内外许多智能控制和智能系统的高水平著作或与有关专家的讨论交流中吸取了新的营养。这些著作的作者和专家是J SAlbus、KJAstr0m、MBrown、KSFu、CJHarris、DKatic、李人厚、李世勇、李祖枢、陆汝钤、罗公亮、AMMeystel、莫宏伟、CGMoore、秦世引、GNSaridis、史忠植、宋健、孙增圻、王立新、王耀南、NWiener、徐丽娜、阎平凡、杨汝清、易继锴、LAZadeh、MJamshidi、张钹、张乃尧和诸静等教授。 谨向上列各位院士、教授、专家和朋友表示诚挚的感谢! 中南大学及其信息科学与工程学院的有关领导和师生对本书写作提供了宽松的环境和多方协助。我主持的国家级研究课题组成员和我所指导的研究生们为本书做出了特别贡献。高平安、龚涛、李仪、王勇、于金霞、章慧团、郑敏捷等精心打印了部分书稿。电子工业出版社的有关领导和责任编辑凌毅也为本书的编辑出版付出了辛勤劳动。在此，也向他们深表谢忱。 最后，特别感谢国家自然科学基金委员会及国家教育部新世纪网络课程建设工程和国家精品课程工程对本项研究的支持。 智能控制是一门十分年轻的学科，仍处于蓬勃发展时期，对许多问题作者并未深入研究，一些有价值的新内容也来不及收入本书。加上修订时间很紧，作者知识和水平有限，书中可能存在一些错误之处，敬请各位专家、教授和广大读者一如既往地批评指正。