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基于范例、规则推理的新型程序设计ICAI系统研究与实现

作　者: 刘晓瑢
导　师: 杨庆红；薛锦云
学　校: 江西师范大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: PAR方法问题分类可重用程序模板范例量词转换规则自动推理
分类号: TP311.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
下　载: 124次
引　用: 2次
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内容摘要

随着ICAI(Intelligence Computer Assisted Instruction)技术的不断发展，其在许多学科领域已得到了广泛的应用。比如，在数学方面有著名的Geometry Tutor、BUGGY系统、张景中的立体几何、解析几何智能教学软件等：在化学方面则有王晓京的基于自动推理的新型ICAI化学系统等。而在程序设计这一领域虽然也很早就引入了ICAI技术，但进展却很缓慢，究其原因在于，利用ICAI技术进行程序设计方面的教学相对于传统学科有以下难点：(1)程序设计理念还很不完善，如何进行程序设计教学尚存在许多有争议的问题。当前很多高级语言程序设计课件及教程，比较注重介绍“知识”，特别是语言的语法和语义，而忽略了程序设计能力的培养。(2)程序设计是一门具有创造性特征的学科，如何对程序设计问题进行自动求解，尚没有形成较规范的处理办法，这使得目前的大多数程序设计ICAI系统在智能性方面显得差强人意。因此，急需一个新型程序设计ICAI，这个ICAI是以一种普遍适用的程序设计方法作为教学基础，并且能够进行程序设计的自动推理。薛锦云教授及其梯队长期从事程序设计方法的研究，创造性地提出了算法程序设计和证明的PAR方法。该方法含算法设计语言Radl，抽象程序设计语言Apla和相关程序自动转换系统。应用PAR方法，可以给出从需求解问题，到可执行程序的具体设计过程。实践证明，用PAR方法进行程序设计教学，能显著提高学习者的程序设计能力。基于PAR方法，薛锦云教授提出了一种新的计算机程序设计课程体系结构。本文的研究是将这种新的课程体系结构引入ICAI实现一个带有自动推理功能的新型程序设计ICAI系统，该项研究以薛锦云教授主持承担的国家自然科学基会课题“基于PAR方法的算法设计形式化与自动化研究”为研究背景。本文主要工作如下： 1．分析研究自动推理理论及程序设计课程的特点，选择适合程序设计的自动推理方法——基于范例、规则自动推理。 2．对PAR方法进行研究与总结，收集已有PAR方法开发实例，并用PAR方法推导大量的典型算法程序，总结出其中规律：将适合用PAR方法开发的算法程序进行分类，并且构造相应的问题模板和解题模板，形成生成无限题库和基于范例推导自动推理的理论依据。 3．研究人工智能知识表示方法及PAR方法的量词变换规则，组织基于规则推导的规则库。 4．构建一个基于范例、规则推理的新型程序设计的ICAI系统。本文对程序设计的自动推理做了有意的探索；对PAR方法进行问题分类，将形成的，叮重丁月程序模板用于自动推理，这样不仅有利于PAR方法的进一步研究与深化，l(lJ’}」.大大增强了l，AI{方法对实现软件开发的形式化和自动化所起的作用，同时有助于现在正在进行的Radl一Apla转换器的研究;组织整理量词转换规则库，使算法设计的量词转换部分可丛于规则推理自动完成，这为将来用逻辑语言完成这部分工作奠定了基础;实现的新型程序设计ICAI具有无限题库、系统自动出题、用户自己出题、.自动求解、交互求解等新型特点，并且嵌入了Apla一Java，Apla一。++算法程序转换器，使Apla算法程序可以转换为相应语言的可执行程序，为教师和学生提供了一个很好的教与学程序设计的平台。

全文目录

第一章引言  8-11
  1.1 研究背景  8-9
  1.2 主要工作  9-10
  1.3 本文的组织  10-11
第二章 ICAI概述  11-16
  2.1 ICAI发展史  11
  2.2 ICAI主要研究内容  11-14
    2.2.1 理论基础  11-12
    2.2.2 组成结构  12-13
    2.2.3 知识表示  13-14
    2.2.4 主要特征  14
  2.3 发展方向  14-16
第三章自动推理  16-22
  3.1 基于规则的推理  16-18
  3.2 基于模型的推理  18-19
  3.3 基于范例(事例)的推理  19-22
第四章以PAR方法为基础的新型程序设计课程体系结构  22-28
  4.1 程序设计语言和程序设计方法  22
  4.2 PAR方法简介  22-27
    4.2.1 主要思想  22-23
    4.2.2 组成  23
    4.2.3 开发步骤  23-24
    4.2.4 开发实例  24-26
    4.2.5 特点  26-27
  4.3 以PAR为基础的新型程序设计课程体系结构  27-28
第五章 PAR方法问题的分类及可重用程序模板的构建  28-49
  5.1 问题的分类  28-43
    5.1.1 第一类简单问题类  28-34
    5.1.2 第二类复杂问题类  34-43
  5.2 可重用程序模板构建思想  43
  5.3 可重用程序模板的构建  43-49
第六章系统设计思想和方案  49-57
  6.1 系统的目标  49
  6.2 系统的总体结构  49-51
  6.3 系统的知识组织及自动推理机制  51-55
  6.4 系统的特点  55-57
    6.4.1 智能性  55-56
    6.4.2 开放性  56
    6.4.3 多媒体  56-57
第七章系统的实现及功能  57-66
  7.1 系统的实现  57-60
    7.1.1 系统实现的主要技术及工具  57-58
    7.1.2 系统面向对象建模及类实现  58-59
    7.1.3 系统数据库的实现  59-60
    7.1.4 系统界面的实现  60
  7.2 系统的功能  60-66
    7.2.1 专题学习  60-61
    7.2.2 实例学习  61
    7.2.3 添加专题  61-62
    7.2.4 添加实例  62
    7.2.5 系统自动出题  62-63
    7.2.6 用户自己出题  63
    7.2.7 自动解题  63-64
    7.2.8 交互解题(系统提示)  64
    7.2.9 纠错  64-65
    7.2.10 测试  65-66
总结与展望  66-67
参考文献  67-69

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