人工智能與專家系統(tǒng)試驗(yàn)報(bào)告

1、暨南大學(xué)本科實(shí)驗(yàn)報(bào)告專用紙課程名稱人工智能與專家系統(tǒng)成績(jī)?cè)u(píng)定0實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱動(dòng)物識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師0實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目編號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目類型綜合型0實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)南校區(qū)學(xué)生姓名學(xué)號(hào)0學(xué)院信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院系計(jì)算機(jī)科學(xué)系專業(yè)0實(shí)驗(yàn)時(shí)間2017年12月日-年月日溫度_C濕度（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)建立動(dòng)物識(shí)別產(chǎn)生式系統(tǒng)，理解并體會(huì)知識(shí)庫(kù)與控制系統(tǒng)相互獨(dú)立的智能產(chǎn)生式系統(tǒng)與一般程序的區(qū)別。（二）實(shí)驗(yàn)要求1 .系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和完成可以使用各種編程語(yǔ)言和實(shí)用工具，不采用人工智能語(yǔ)言和工具，這樣能夠使你更加了解專家系統(tǒng)。2 .推薦使用語(yǔ)言：C、java、php、javascript>delphi。也可以使用其他語(yǔ)言。3 如果使用數(shù)據(jù)

2、庫(kù)做后臺(tái)，要求使用最簡(jiǎn)單的Accesso4 .系統(tǒng)可以使用圖形界面，簡(jiǎn)單的也可以使用字符界面，不要求。（三）設(shè)計(jì)并完成知識(shí)庫(kù)本課程設(shè)計(jì)的主旨是設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)具有15條規(guī)則能自動(dòng)識(shí)別7種動(dòng)物的產(chǎn)生式系統(tǒng)。知識(shí)庫(kù)與控制系統(tǒng)相互獨(dú)立，系統(tǒng)完成后除了能識(shí)別已有的7種動(dòng)物外，按產(chǎn)生式知識(shí)表示方法向知識(shí)庫(kù)中添加、修改新的知識(shí)后，系統(tǒng)能在不修改控制系統(tǒng)程序的情況下仍然能正確識(shí)別。1 .綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)說(shuō)明；產(chǎn)生式通過(guò)滿足前件，得到后件的結(jié)論或者執(zhí)行后件的相應(yīng)動(dòng)作，即后件由前件來(lái)觸發(fā)。同時(shí)，一個(gè)產(chǎn)生式生成的結(jié)論可以作為另一個(gè)產(chǎn)生式的前提或語(yǔ)言變量使用，進(jìn)一步可構(gòu)成產(chǎn)生式系統(tǒng)。因此在通過(guò)有關(guān)特征識(shí)別動(dòng)物的特征中

3、規(guī)定:識(shí)別動(dòng)物的前件（即動(dòng)物的特征）：0:有毛發(fā)1:有奶2:4:會(huì)生蛋5:吃肉6:8:眼向前方9:有蹄10:12:有暗斑點(diǎn)13:有黑色條紋有羽毛3:會(huì)飛有鋒利牙齒7:有爪反芻11:黃褐色皮毛14:長(zhǎng)脖子15:長(zhǎng)腿16:不會(huì)飛17:會(huì)游泳18:黑白二色19:善飛產(chǎn)生的中間結(jié)果（即動(dòng)物的類別）20:哺乳動(dòng)物21.鳥(niǎo)22.食肉動(dòng)物23.有蹄類動(dòng)物最終結(jié)論:24.虎25.豹26.斑馬27.長(zhǎng)頸鹿28.企鵝29.鴕鳥(niǎo)30.信天翁于是在綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中，將設(shè)定int型數(shù)組facts30,數(shù)組的編號(hào)對(duì)應(yīng)著以上事實(shí)的編號(hào)，數(shù)組的值為1時(shí)，意味著對(duì)應(yīng)編號(hào)的事實(shí)為真，否則為假。2 .規(guī)則的格式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)說(shuō)明；每條規(guī)則

4、都擁有前件與后件，建立規(guī)則的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)將前件與后件定義即可。前件往往有一個(gè)或多個(gè)，而后件只有一個(gè)。為了方便采用序號(hào)代替前后件，因此定義前件為數(shù)組intcondition6;定義后件intoutcome;規(guī)則的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也隨之敲定。|typedefstruct/存放規(guī)則的結(jié)構(gòu)體，由條件和結(jié)果構(gòu)成皆用序號(hào)int型表示intcondition6;/條件intoutcome;/結(jié)論Rule;將15條規(guī)則轉(zhuǎn)化為符號(hào)：0,20,/有毛發(fā)一哺乳動(dòng)物1,20,/有奶一哺乳動(dòng)物2,21,/有羽毛一鳥(niǎo)3,4,21,/會(huì)飛&會(huì)生蛋一鳥(niǎo)5,22,/吃肉一食肉動(dòng)物6,7,8,22,/有鋒利牙齒&有爪&am

5、p;眼向前方一食肉動(dòng)物20,8,23,/哺乳動(dòng)物&有蹄一有蹄類動(dòng)物20,9,23,/哺乳動(dòng)物&反芻一有蹄類動(dòng)物20,22,11,12,25,/哺乳動(dòng)物&食肉動(dòng)物&有黃褐色皮毛&有暗斑點(diǎn)一豹20,22,11,13,24,/哺乳動(dòng)物&食肉動(dòng)物&有黃褐色皮毛&有黑色條紋一虎23,14,15,12,27,/有蹄類動(dòng)物&長(zhǎng)脖子&長(zhǎng)腿&有暗斑點(diǎn)一長(zhǎng)頸鹿23,13,26,/有蹄類動(dòng)物&有黑色條紋一斑馬21,16,14,15,18,29,/鳥(niǎo)&不會(huì)飛&長(zhǎng)脖子&長(zhǎng)腿&黑白兩色一鴕鳥(niǎo)21

6、,16,17,18,28,/鳥(niǎo)&不會(huì)飛&會(huì)游泳&黑白兩色一企鵝21,19,24;/鳥(niǎo)&善飛一信天翁3 .推理機(jī)（包括正向和反向推理）過(guò)程。在上述規(guī)則的基礎(chǔ)上，可以利用推理機(jī)對(duì)給出條件進(jìn)行推理：（1）正向推理：從下向上進(jìn)行推理。在建立規(guī)則庫(kù)時(shí)需要使子規(guī)則在父規(guī)則前。在進(jìn)行正向推理是只要將規(guī)則庫(kù)從前到后遍歷下來(lái)看是否能由給定規(guī)則推出相應(yīng)結(jié)果即可。通過(guò)判斷每次與規(guī)則匹配得到的結(jié)果，如果結(jié)果不是動(dòng)物，則更新事實(shí)庫(kù)，將此次結(jié)果作為前件匹配下一個(gè)規(guī)則。若有多條規(guī)則可用，則使用沖突消解策略，選取一條規(guī)則執(zhí)行。直到最終結(jié)果是動(dòng)物時(shí)，視為推理成功。具體步驟如下：a.輸入得到當(dāng)前事

7、實(shí)facts,針對(duì)15條rules輪流篩查可用規(guī)則。b.將rules所需的前件提取出來(lái)與facts中的事實(shí)進(jìn)行比對(duì)。若有多條規(guī)則可用時(shí)，沖突消解的方法是：選取規(guī)則表rules中順序最前的規(guī)則。找到可用規(guī)則。擴(kuò)充facts,重復(fù)b步驟。c.在無(wú)可擴(kuò)充時(shí)，檢查facts,若其中沒(méi)有結(jié)果是動(dòng)物，則推理失?。蝗羝渲型评沓龀^(guò)兩個(gè)動(dòng)物時(shí)，仍記為推理失敗。在只有一個(gè)結(jié)果是動(dòng)物時(shí)，則推理成功。（2）反向推理：反向推理的思路是從事實(shí)庫(kù)的動(dòng)物開(kāi)始從前向后進(jìn)行匹配，如果所有動(dòng)物都不能推出為識(shí)別失敗，若能推出其中一個(gè)，則識(shí)別成功。若有多條規(guī)則可用，則從中選出一條規(guī)則，將規(guī)則的前件添加到綜合數(shù)據(jù)庫(kù)。具體步驟如下：a,

8、假設(shè)有動(dòng)物m,若其已經(jīng)在facts中，則假設(shè)成立搜索終止。b.若該假設(shè)動(dòng)物不在facts中，則從rules中所有后件中含有該動(dòng)物m的規(guī)則組成表。若該表為空，則詢問(wèn)用戶fact的真假，若為真，則將fact添加到facts,搜索中止。c,若該表不為空，則逐個(gè)判斷表內(nèi)規(guī)則是否有規(guī)則的全部前件都包含在facts中，如果有，則證明假設(shè)可以直接被推出。識(shí)別成功。d,如果不能直接推出，則重新進(jìn)行步驟b,直至滿足步驟c。這時(shí),我們認(rèn)為假設(shè)可以被間接推出，識(shí)別成功。否則若沒(méi)有可用規(guī)則，則識(shí)別失敗。（四）開(kāi)發(fā)環(huán)境1 .工具：C-free5.02 .語(yǔ)言：C+3 .OS平臺(tái)說(shuō)明：win10（五）綜合數(shù)據(jù)庫(kù)與推理機(jī)1

9、 .綜合數(shù)據(jù)庫(kù)char*animalBase="0.有毛發(fā)"，"1.有奶"，"2,有羽毛"，"3.會(huì)飛"，"4.會(huì)生蛋"，"5.吃肉"，"6.有鋒利牙齒"，"7.有爪"，"8.眼向前方"，"9.有蹄"，"10.反芻"，"11.有黃褐色皮毛","12.有暗斑點(diǎn)"，"13.有黑色條紋"，"14.長(zhǎng)脖子"

10、，"15,長(zhǎng)腿"，"16.不會(huì)飛"，"17.會(huì)游泳"，”18.黑白二色"，"19.善飛"，"20.哺乳動(dòng)物"，"21.鳥(niǎo)"，"22.食肉動(dòng)物"，"23,有蹄類動(dòng)物"，"24.虎"，"25.豹"，"26,斑馬"，"27.長(zhǎng)頸鹿"，"28.企鵝"，"29,鴕鳥(niǎo)"，"30.信天翁"）;對(duì)應(yīng)以上特

11、征，設(shè)定整型數(shù)組存儲(chǔ)求解過(guò)程中產(chǎn)生的各種信息，包括初始事實(shí)、推理得到的中間結(jié)論，以及最終結(jié)論。intfacts30=0;/記錄被選擇的事實(shí)，初始化都為0,被選擇后賦值為1對(duì)三種不同的信息進(jìn)行區(qū)分的方法是利用序號(hào)區(qū)間進(jìn)行區(qū)分。0-19序號(hào)部分是存放原始信息，20-23存放的是中間結(jié)論，24-30存放了最后的結(jié)論。2 .推理機(jī)推理部分主要使用了兩個(gè)函數(shù)，分別是deduce函數(shù)和animal函數(shù)。Deduce函數(shù)是用于根據(jù)原始信息，進(jìn)行規(guī)則的遍歷，不斷正向推理的函數(shù)；animal函數(shù)是利用deduce函數(shù)推理得出的facts數(shù)組，即綜合數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行結(jié)果的判斷，如果推理得出的結(jié)果唯一，則返回推理成功的

12、信息，輸出最終的結(jié)果，否則判定為推理失敗。for(i=0;i<15;i+)/依次對(duì)15條規(guī)則進(jìn)行檢測(cè)3j=0;f=rulei.conditionj;while(f!=-1)/推理是否滿足第i條規(guī)則if(factsf=0)/第i條規(guī)則有一個(gè)條件不滿足，即為不滿足該條規(guī)則break;/從此次i規(guī)則檢驗(yàn)循環(huán)中跳出j+;f=rulei.conditionj;/取出i規(guī)則中所需的條件序號(hào)if(f=-1)/若經(jīng)過(guò)上一個(gè)循環(huán)有f=-1，則代表滿足第i條規(guī)則out1=rulei.outcome;factsout1=1;/將得出的結(jié)論加入已知事實(shí)printf("運(yùn)用了規(guī)則(d):",i

13、);/并輸出所用規(guī)則，以便查看j=0;while(rulei.conditionj!=-1)cout<<animalBaserulei.conditionj<<""輸出規(guī)則所用先決條件j+;cout<<"=>"<<animalBaseout1<<endl;/輸出規(guī)則所用結(jié)果上述就是Deduce函數(shù)的主要內(nèi)容，取出每一條規(guī)則的全部前件與事實(shí)庫(kù)facts中進(jìn)行比對(duì)，若滿足該規(guī)則，則該規(guī)則的后件將會(huì)被擴(kuò)充到facts數(shù)組中，同時(shí)也文字輸出，以便使用者確認(rèn)運(yùn)行過(guò)程中使用的規(guī)則。遍歷完15條規(guī)則后，

14、facts數(shù)組中就存放了推理得出的全部事實(shí)。接下來(lái)就將facts數(shù)組傳入animal函數(shù)，從綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中遴選最終結(jié)論：intanimal(intfacts)/判斷知識(shí)庫(kù)中是否有符合描述的動(dòng)物(inti=24,a=0,b=0;/判斷有多少結(jié)果滿足特定動(dòng)物區(qū)間while(i<=30)(if(factsi=1)(b=i;a+;i+;if(a=1)returnb;/恰巧有唯一動(dòng)物滿足給出條件時(shí)，返回該動(dòng)物編號(hào)elsereturn0;/否則返回0,記為推理失敗利用變量a累計(jì)最終結(jié)果白數(shù)目，如果a=0,說(shuō)明知識(shí)庫(kù)中沒(méi)有滿足描述的動(dòng)物；如果a>2,說(shuō)明有多個(gè)動(dòng)物滿足描述條件，仍然不能確定最終結(jié)果

15、。只有當(dāng)a=1時(shí)，有唯一的動(dòng)物符合描述，這時(shí)推理成功，返回該動(dòng)物的編號(hào)并輸出。(六)實(shí)驗(yàn)結(jié)果1.輸入051112-1(這里末尾輸入-1代表結(jié)束輸入)即輸入有毛發(fā)、吃肉、有黃褐色皮毛、有暗斑點(diǎn)這四個(gè)特點(diǎn)，讓系統(tǒng)進(jìn)行推理?？傻玫轿ㄒ坏慕Y(jié)果：豹3.會(huì)飛7.有爪11-有黃福色皮羌15.長(zhǎng)腿19善飛23：看蹄類動(dòng)物0.有空發(fā)。有羽毛4,會(huì)生蛋5,吃肉包有鑲利牙齒也眼向前方9.有蹄1。一反芻12.有暗斑點(diǎn)13.有黑色條就14.長(zhǎng)脖子時(shí)不會(huì)飛17.會(huì)游泳黑白二色20.哺乳動(dòng)物21.鳥(niǎo)22.食肉動(dòng)物請(qǐng)輸入動(dòng)物特征維號(hào)(-1結(jié)束):。51112TRULES)：。.有毛發(fā)一一>20.哺乳動(dòng)物RL1E(4):

16、5,吃肉>22.食肉動(dòng)物RULE(8):20.哺乳動(dòng)物22一食肉動(dòng)物1L有黃褐色皮毛12有暗斑點(diǎn)>25物最終推理出您所描述的動(dòng)物為：豹是否重新推理：(丫過(guò)2.輸入0231417-1即輸入有毛發(fā)、有羽毛、會(huì)飛、長(zhǎng)脖子、會(huì)游泳這五個(gè)特點(diǎn)交由程序進(jìn)行推理。由于不存在這樣的動(dòng)物，因此結(jié)果是:0.有毛發(fā)1.有奶2.有羽毛3.會(huì)飛4.會(huì)生蛋5.吃肉6.有鋒利牙齒7.有爪S.眼何刖方9.有躇10.反芻11.有黃碣色皮毛12.有暗斑點(diǎn)13.有黑色條較14.衣喙子15.長(zhǎng)腿16.而叁飛17.會(huì)游泳18.黑白二色19.善飛20.哺乳動(dòng)物21.鳥(niǎo)22.食肉動(dòng)物23.有騰類動(dòng)物情輸入動(dòng)物特征編號(hào)CT結(jié)束)

17、：0231417TRULE(O):0.有毛發(fā)>20,哺乳動(dòng)物RULE(2):Z有羽毛>21.4推理失??！沒(méi)有完全符合條件的動(dòng)物，是否重新推理：(YA)3.輸入2022111213-1即輸入哺乳動(dòng)物、食肉動(dòng)物、有黃褐色皮毛、有暗斑點(diǎn)、有黑色條紋，根據(jù)這五個(gè)特點(diǎn)可以推導(dǎo)出兩種動(dòng)物：豹和虎。因此也無(wú)法推理出正確的結(jié)果p.有毛發(fā)4一會(huì)生蛋8.眼向I前方12一有暗斑點(diǎn)16.不會(huì)飛20.哺乳動(dòng)物5一吃肉9.有躇13.有黑色條St17.會(huì)游泳21.If睛輸入動(dòng)物特征編號(hào)結(jié)束)；2.有羽毛6一有鋒利牙齒10.反芻14-長(zhǎng)脖子1民黑白二色2Z食肉動(dòng)物202211123.會(huì)飛7.有爪11.有黃祕(mì)色皮毛

18、15.長(zhǎng)腿19.善飛23.有牖類動(dòng)物13-1RULE缶)：加一哺乳動(dòng)物四一食肉動(dòng)物IL有黃褐色皮毛I(xiàn)工有暗斑點(diǎn)>25.豹RULE(9):20.哺乳動(dòng)物22.食肉動(dòng)物11.有黃褐色皮毛13.有黑色條紋>24.虎推理失敗！沒(méi)有完全符合條件的動(dòng)物，是否重新推理：(Y/2(七)實(shí)驗(yàn)體會(huì)通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)我對(duì)于人工智能的產(chǎn)生式系統(tǒng)有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，對(duì)于正向推理、反向推理兩種基本方式的原理和步驟都加深了理解。尤其是通過(guò)設(shè)計(jì)正向推理機(jī)，深切體會(huì)到了專家系統(tǒng)是根據(jù)知識(shí)和推理來(lái)求解問(wèn)題的，這種模式與普通程序完全不同，就像我平日里處理問(wèn)題時(shí)，是收集信息，而后根據(jù)常識(shí)與知識(shí)得出自己的結(jié)論這樣的模式，在寫(xiě)這次實(shí)

19、驗(yàn)的過(guò)程中帶來(lái)了很新奇的編程體驗(yàn)，讓我受益匪淺。(八)源代碼#include<stdio.h>#include<iostream>usingnamespacestd;char*results="虎"，"豹"，"斑馬","長(zhǎng)頸鹿","企鵝"，"鴕鳥(niǎo)","信天翁"char*animalBase口="0.有毛發(fā)"，"1.有奶"，"2.有羽毛"，"3.會(huì)飛"，&

20、quot;4.會(huì)生蛋"，"5.吃肉"，"6.有鋒利牙齒","7.有爪"，"8.眼向前方"，"9.有蹄","10.反芻","11.有黃褐色皮毛","12.有暗斑點(diǎn)","13.有黑色條紋","14.長(zhǎng)脖子","15.長(zhǎng)月退","16.不會(huì)飛","17.會(huì)游泳"，”18.黑白二色"，"19.善飛"，&qu

21、ot;20.哺乳動(dòng)物","21.鳥(niǎo)"，"22.食肉動(dòng)物"，"23.有蹄類動(dòng)物"，"24.虎"，"25.豹"，"26.斑馬"，"27.長(zhǎng)頸鹿"，"28.企鵝"，"29.鴕鳥(niǎo)"，"30.信天翁"typedefstruct/存放規(guī)則的結(jié)構(gòu)體，由條件和結(jié)果構(gòu)成皆用序號(hào)int型表示intcondition6;/條件，末尾用-1表示結(jié)束intoutcome;/結(jié)論Rule;Rulerule15=/定

22、義15個(gè)規(guī)則0,-1,20,1,-1，20,2,-1,21,3,4,-1,21,5,-1，22,/有毛發(fā)一哺乳動(dòng)物/有奶一哺乳動(dòng)物/有羽毛一鳥(niǎo)/會(huì)飛&會(huì)生蛋一鳥(niǎo)/吃肉一食肉動(dòng)物6,7,8,-1,22,20,8,-1,23,20,9,-1,23,/有鋒利牙齒&有爪&眼向前方一食肉動(dòng)物/哺乳動(dòng)物&有蹄一有蹄類動(dòng)物/哺乳動(dòng)物&反芻一有蹄類動(dòng)物20,22,11,12,-1,25,20,22,11,13,-1,2423,14,15,12,-1,27,哺乳動(dòng)物&食肉動(dòng)物&有黃褐色皮毛&W暗斑點(diǎn)一豹,/哺乳動(dòng)物&食肉動(dòng)物&W黃褐

23、色皮毛&有黑色條紋一虎/有蹄類動(dòng)物&長(zhǎng)脖子&長(zhǎng)月1&有暗斑點(diǎn)一長(zhǎng)頸鹿23,13,-1,26,/有蹄類動(dòng)物&有黑色條紋一斑馬21,16,14,15,18,-1,29,21,16,17,18,-1,28,21,19,-1,24;intfacts30=0;/鳥(niǎo)&不會(huì)飛&長(zhǎng)脖子&長(zhǎng)腿&黑白兩色一鴕鳥(niǎo)/鳥(niǎo)&不會(huì)飛&會(huì)游泳&黑白兩色一企鵝/鳥(niǎo)研飛一信天翁/記錄被選擇的事實(shí)，初始化都為0,被選擇后賦值為1voidlist();/列出事實(shí)可供描述者選擇voidinput();/描述者輸入特征事實(shí)intdeduce(

24、);/推理機(jī)根據(jù)既得事實(shí)推理intanimal(intfacts);/判斷知識(shí)庫(kù)中是否有符合描述的動(dòng)物voidlist()/列出事實(shí)可供描述者選擇inti;for(i=0;i<=30;i+)(factsi=0;)for(i=0;i<24;i+)(if(i%4=0&&i!=0)cout<<endl;/每列出4個(gè)事實(shí)換行printf("%-15s",animalBasei);列出前24個(gè)事實(shí))voidinput()/描述者輸入特征事實(shí)(intf=0;/f用于接收描述者輸入的特征編號(hào)cout<<"n請(qǐng)輸入動(dòng)物特征編號(hào)(

25、-1結(jié)束)："while(f!=-1)/當(dāng)f=-1時(shí)意味著輸入結(jié)束(cin>>f;if(f>=0&&f<=23)factsf=1;/接收描述者輸入的事實(shí),并在flag數(shù)組將其賦值為1/其余未接收的事實(shí)仍為0elseif(f!=-1)(cout<<"error!請(qǐng)輸入023之間的數(shù)字!"<<endl;/因?yàn)檫@里接收的事實(shí)僅限0-23區(qū)間內(nèi)cin.clear();cin.sync();)intdeduce()/推理機(jī)根據(jù)既得事實(shí)推理(intf;inti,j;intout1;cout<<endl;for(i=0;i<15;i+)/依次對(duì)15條規(guī)則進(jìn)行檢測(cè)(j=0;f=rulei.conditionj;while(f!=-1)/推理是否滿足第i條規(guī)則(if(factsf=0)/第i條規(guī)則有一個(gè)條件不滿足，即為不滿足該條規(guī)則break;/從此次i規(guī)則檢驗(yàn)循環(huán)中跳出j+；f=rulei.conditionj;/取出i規(guī)則中所需的條件序號(hào))if(f=-1)/若經(jīng)過(guò)上一個(gè)循環(huán)有f