基于產(chǎn)生式動(dòng)物識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、.人工智能及其應(yīng)用課程報(bào)告 基于產(chǎn)生式動(dòng)物識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué) 生：學(xué) 號(hào)：教 師：專 業(yè)：XX大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院二O*年十一月目錄 TOC o h z u HYPERLINK l _Toc405113231 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?PAGEREF _Toc405113231 h 3 HYPERLINK l _Toc405113232 二、實(shí)驗(yàn)原理 PAGEREF _Toc405113232 h 3 HYPERLINK l _Toc405113233 三、設(shè)計(jì)過(guò)程 PAGEREF _Toc405113233 h 4 HYPERLINK l _Toc405113234 1、設(shè)計(jì)思路 PAGEREF _Toc405

2、113234 h 4 HYPERLINK l _Toc405113237 2、設(shè)計(jì)過(guò)程 PAGEREF _Toc405113237 h 4 HYPERLINK l _Toc405113238 1建立規(guī)則庫(kù) PAGEREF _Toc405113238 h 4 HYPERLINK l _Toc405113239 2輸入數(shù)據(jù)庫(kù) PAGEREF _Toc405113239 h 5 HYPERLINK l _Toc405113240 3推理過(guò)程 PAGEREF _Toc405113240 h 5 HYPERLINK l _Toc405113241 3問(wèn)題求解基本過(guò)程 PAGEREF _Toc405113

3、241 h 5 HYPERLINK l _Toc405113242 四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果7 HYPERLINK l _Toc405113243 五、實(shí)驗(yàn)心得7 HYPERLINK l _Toc405113244 附 錄8實(shí)驗(yàn)?zāi)康睦斫夂驼莆债a(chǎn)生式知識(shí)表示方法及產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本過(guò)程,能夠利用編程技術(shù)建立一個(gè)基于產(chǎn)生式知識(shí)表示的簡(jiǎn)單的智能系統(tǒng)。建立一個(gè)動(dòng)物識(shí)別系統(tǒng)的規(guī)則庫(kù),用以識(shí)別虎、豹、斑馬、長(zhǎng)頸鹿、企鵝、鴕鳥、信天翁等7種動(dòng)物。二、實(shí)驗(yàn)原理推理機(jī)的功能是根據(jù)一定的推理策略,從知識(shí)庫(kù)中選擇有關(guān)知識(shí),對(duì)用戶提供的證據(jù)進(jìn)行推理,直到得出相應(yīng)的結(jié)論為止。推理分為精確和不精確兩種。精確推理是把相關(guān)領(lǐng)域的知識(shí)表示成

4、必然的因果關(guān)系,推理的結(jié)論或是肯定的,或是否定的。而不精確推理是在公理的基礎(chǔ)上,定義一組函數(shù),求出定理的不確定性量度。常用的不確定推理模型有：帶可信度的不確定推理、主觀Bayes方法、模糊集理論。而此次課題動(dòng)物分類專家系統(tǒng)可采用正向推理策略,用戶給系統(tǒng)提供關(guān)于屬性的原始信息,如給出鳥、不會(huì)飛、會(huì)游泳、黑白色幾個(gè)屬性。系統(tǒng)搜索知識(shí)庫(kù),找到這些屬性,然后進(jìn)一步搜索這些屬性的相關(guān)整合屬性,得到最后的結(jié)論。產(chǎn)生式系統(tǒng)是把一組產(chǎn)生式放在一起,并讓它們相互配合,協(xié)同作用,一個(gè)產(chǎn)生式的結(jié)論可以供另一個(gè)產(chǎn)生式作為已知事實(shí)使用,以求得問(wèn)題的解決。產(chǎn)生式的基本形式為PQ或者IF P THEN Q。動(dòng)物識(shí)別系統(tǒng)的產(chǎn)

5、生式規(guī)則分析如下：圖1 動(dòng)物識(shí)別系統(tǒng)的部分推理網(wǎng)絡(luò)三、設(shè)計(jì)過(guò)程1、設(shè)計(jì)思路根據(jù)上課老師的思路,本系統(tǒng)分為三個(gè)功能模塊,分別是規(guī)則庫(kù)、綜合數(shù)據(jù)庫(kù)和控制系統(tǒng)。根據(jù)產(chǎn)生式系統(tǒng)的三部分可以搭建動(dòng)物識(shí)別系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)思想主要分為條件表和規(guī)則表。在推理過(guò)程中,當(dāng)規(guī)則表中某條規(guī)則的前提可以和綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中的已知事實(shí)相匹配時(shí),該規(guī)則被激活。由它推出的結(jié)論將被作為新的事實(shí)放入數(shù)據(jù)庫(kù),稱為后面推理的已知事實(shí)。所以數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下： 條件表 條件表規(guī)則表 數(shù)據(jù)庫(kù)圖2 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)此外,還需要包括連接數(shù)據(jù)庫(kù)程序,添加規(guī)則和刪除規(guī)則的規(guī)則庫(kù)代碼,整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)跟自己所掌握的編程代碼有所區(qū)別,所以沒(méi)有采用老師的設(shè)計(jì)思

6、路。2、設(shè)計(jì)過(guò)程1建立規(guī)則庫(kù)為了識(shí)別這些動(dòng)物,可以根據(jù)動(dòng)物識(shí)別的特征,建立下述規(guī)則的規(guī)則庫(kù)： R1：if 動(dòng)物有毛發(fā) then 動(dòng)物是哺乳動(dòng)物R2：if 動(dòng)物有奶 then 動(dòng)物是哺乳動(dòng)物R3：if 動(dòng)物有羽毛 then 動(dòng)物是鳥R4：if 動(dòng)物會(huì)飛 and 會(huì)生蛋 then 動(dòng)物是鳥R5：if 動(dòng)物吃肉 then 動(dòng)物是食肉動(dòng)物R6：if 動(dòng)物有犀利牙齒 and 有爪 and 眼向前方then 動(dòng)物是食肉動(dòng)物R7：if 動(dòng)物是哺乳動(dòng)物and有蹄then動(dòng)物是有蹄類動(dòng)物R8：if 動(dòng)物是哺乳動(dòng)物and反芻then動(dòng)物是有蹄類動(dòng)物R9：if 動(dòng)物是哺乳動(dòng)物and是食肉動(dòng)物and有黃褐色and 有

7、暗斑點(diǎn) then 動(dòng)物是豹R10：if 動(dòng)物是哺乳動(dòng)物 and是食肉動(dòng)物and有黃褐色 and有黑色條紋 then 動(dòng)物是虎R11：if動(dòng)物是有蹄類動(dòng)物and 有長(zhǎng)脖子and有長(zhǎng)腿and有暗斑點(diǎn) then 動(dòng)物是長(zhǎng)頸鹿R12：if 動(dòng)物是有蹄類動(dòng)物 and有黑色條紋 then 動(dòng)物是斑馬R13：if 動(dòng)物是鳥and不會(huì)飛 and有長(zhǎng)脖子and有長(zhǎng)腿 and有黑白二色 then 動(dòng)物是鴕鳥R14：if 動(dòng)物是鳥 and不會(huì)飛 and會(huì)游泳 and有黑白二色then 動(dòng)物是企鵝R15：if 動(dòng)物是鳥 and善飛 then 動(dòng)物是信天翁根據(jù)課本中規(guī)則庫(kù)中的15條規(guī)則,每一個(gè)規(guī)則會(huì)有一個(gè)結(jié)論,從而得到

8、結(jié)論編號(hào)庫(kù)數(shù)組為30,29,28,27,26,25,24,3,3,13,12,12,11,11,0。2輸入數(shù)據(jù)庫(kù)假設(shè)數(shù)據(jù)庫(kù)中放入一下事實(shí)：有暗斑點(diǎn),有長(zhǎng)脖子,有長(zhǎng)腿,有奶,有蹄。求解目標(biāo)：該動(dòng)物是什么動(dòng)物？3推理過(guò)程先從規(guī)則庫(kù)中取出第一條規(guī)則r1,檢查其前提是否可與綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中的已知事實(shí)相匹配。r1的前提是有毛發(fā),但事實(shí)庫(kù)中無(wú)此事實(shí),故匹配失敗。然后取r2,該前提與已知事實(shí)有奶相匹配,r2被執(zhí)行,并將其結(jié)論該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物作為新的事實(shí)加入到綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中。此時(shí),綜合數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容變?yōu)椋簞?dòng)物有暗斑,有長(zhǎng)脖子,有長(zhǎng)腿,有奶,有蹄,是哺乳動(dòng)物。再?gòu)囊?guī)則庫(kù)中取r3,r4,r5,r6進(jìn)行匹配,均失敗。接著取

9、r7,該前提與已知事實(shí)是哺乳動(dòng)物相匹配,r7被執(zhí)行,并將其結(jié)論該動(dòng)物是有蹄類動(dòng)物作為新的事實(shí)加入到綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中。此時(shí),綜合數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容變?yōu)椋簞?dòng)物有暗斑,有長(zhǎng)脖子,有長(zhǎng)腿,有奶,有蹄,是哺乳動(dòng)物,是有蹄類動(dòng)物。此后,r8,r9,r10均匹配失敗。接著取r11,該前提該動(dòng)物是有蹄類動(dòng)物 AND 有長(zhǎng)脖子 AND 有長(zhǎng)腿 AND 身上有暗斑 與已知事實(shí)相匹配,r11被執(zhí)行,并推出該動(dòng)物是長(zhǎng)頸鹿。由于長(zhǎng)頸鹿已是目標(biāo)集合中的一個(gè)結(jié)論,即已推出最終結(jié)果,故問(wèn)題求解過(guò)程結(jié)束。4問(wèn)題求解基本過(guò)程 初始化綜合數(shù)據(jù)庫(kù),即把欲解決問(wèn)題的已知事實(shí)送入綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中； 檢查規(guī)則庫(kù)中是否有未使用過(guò)的規(guī)則,若無(wú)轉(zhuǎn) ； 檢查規(guī)

10、則庫(kù)的未使用規(guī)則中是否有其前提可與綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中已知事實(shí)相匹配的規(guī)則,若有,形成當(dāng)前可用規(guī)則集；否則轉(zhuǎn)； 按照沖突消解策略,從當(dāng)前可用規(guī)則集中選擇一個(gè)規(guī)則執(zhí)行,并對(duì)該規(guī)則作上標(biāo)記。把執(zhí)行該規(guī)則后所得到的結(jié)論作為新的事實(shí)放入綜合數(shù)據(jù)庫(kù)；如果該規(guī)則的結(jié)論是一些操作,則執(zhí)行這些操作； 檢查綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中是否包含了該問(wèn)題的解,若已包含,說(shuō)明解已求出,問(wèn)題求解過(guò)程結(jié)束；否則,轉(zhuǎn)； 當(dāng)規(guī)則庫(kù)中還有未使用規(guī)則,但均不能與綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中的已有事實(shí)相匹配時(shí),要求用戶進(jìn)一步提供關(guān)于該問(wèn)題的已知事實(shí),若能提供,則轉(zhuǎn)；否則,執(zhí)行下一步； 若知識(shí)庫(kù)中不再有未使用規(guī)則,也說(shuō)明該問(wèn)題無(wú)解,終止問(wèn)題求解過(guò)程。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果本實(shí)驗(yàn)基于

11、VS 2010進(jìn)行編程實(shí)驗(yàn),基本程序框架如下圖所示圖3實(shí)驗(yàn)框架按照數(shù)據(jù)庫(kù)中存入的事實(shí),在本系統(tǒng)中采用正向推理,得出結(jié)果,下面是長(zhǎng)頸鹿的運(yùn)行結(jié)果：圖4運(yùn)行結(jié)果五、實(shí)驗(yàn)心得通過(guò)此次實(shí)驗(yàn)理解了產(chǎn)生式知識(shí)表示方法,并體會(huì)到產(chǎn)生式表示法的自然性、模塊性、有效性和清晰性的優(yōu)點(diǎn)。掌握了構(gòu)建產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本過(guò)程,并能夠利用編程建立一個(gè)基于產(chǎn)生式知識(shí)表示的簡(jiǎn)單的智能系統(tǒng)。附錄：#include #include #include StdAfx.husing namespace std;char *facts=,反芻,有蹄,哺乳類,眼向前方,有爪, 犬齒,吃肉,下蛋,能飛,有羽毛,蹄類,食肉類,鳥類,有奶,毛發(fā),

12、善飛,黑色白條紋,游泳,長(zhǎng)腿,長(zhǎng)脖子,黑條紋,暗斑點(diǎn),黃褐色;char *resultSet=,信天翁,企鵝,鴕鳥,斑馬,長(zhǎng)頸鹿,虎,豹 ;struct factDB /綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中的已知事實(shí) int curNum; int fact30; int initNum;factDb;struct Rule /規(guī)則 結(jié)構(gòu)體int factNum; int fact5;bool endResult; /是否為結(jié)果集int resultID; /推出的結(jié)果IDbool used;/已使用過(guò)標(biāo)志bool possible; /是否可能標(biāo)志,針對(duì)-9不能飛若Rule中有9,而綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中有-9 則該規(guī)則標(biāo)記

13、不可能int needFactPos; /通過(guò)事實(shí)比較,記錄下一個(gè)需要的事實(shí)位置,方便下次比較開(kāi)始點(diǎn)后移和首先尋找該位置值是否新增即可*rule;bool findNeedFact /尋找needFactPos位置值是否存在于綜合事實(shí)庫(kù)中int i=pos;for;i ifreturn true;iffactIDreturn false;return false;bool cmpArray /兩個(gè)數(shù)組的事實(shí)比較int i,j;i=r.needFactPos;j=i;whileiwhilejifi+;ifreturn true;else ifr.factiifr.facti0 & findNee

14、dFactr.possible=false; /當(dāng)存在相反情況時(shí),標(biāo)記不可能r.needFactPos=i;return false;j+;ifir.needFactPos=i;return false;return true;int cmpFactiffactDb.curNumreturn 0; /已知事實(shí)還沒(méi)有該規(guī)則事實(shí)多ifif!findNeedFactreturn 0; /需要的值還不存在else r.needFactPos+;ifcmpArrayr.used=true;ifreturn 1; /得到了最終結(jié)果else return 2; /得到中間結(jié)果else return 0;in

15、t mainfreopen;int n;cinn;rule=mallocsizeof*n;int i,j;fori=0;icinrulei.factNum;forj=0;jcinrulei.factj;sort;cinrulei.endResultrulei.resultID;rulei.used=false;rulei.possible=true;rulei.needFactPos=0;cinfactDb.initNum;factDb.curNum=factDb.initNum;cout原始事實(shí)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)：endl;fori=0;icinfactDb.facti;coutfactsfactDb.factit;coutendlendl;sort;int res;bool isEnd=false;whileisEnd=true;fori=0;i ifcontinue;res=cmpFact; ifcontinue;/不匹配else if /匹配成功,得到最終結(jié)果cout得到最終結(jié)果：r