人工智能-基于規(guī)則的動(dòng)物識(shí)別專(zhuān)家系統(tǒng)

人工智能實(shí)驗(yàn)二一．題目：基于規(guī)則的動(dòng)物識(shí)別專(zhuān)家系統(tǒng)二．實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜ぎa(chǎn)生式的特點(diǎn)，基本結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)思想；掌握基于規(guī)則推理的基本過(guò)程和方法；學(xué)會(huì)用高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)基于規(guī)則的動(dòng)物識(shí)別系統(tǒng)。三．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容動(dòng)物識(shí)別專(zhuān)家系統(tǒng)是流行的專(zhuān)家系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，它用產(chǎn)生式規(guī)則來(lái)表示知識(shí)，共15條規(guī)則、可以識(shí)別七種動(dòng)物，這些規(guī)則既少又簡(jiǎn)單，可以改造他們，也可以加進(jìn)新的規(guī)則，還可以用來(lái)識(shí)別其他東西的新規(guī)則來(lái)取代這些規(guī)則。動(dòng)物識(shí)別15條規(guī)則:r1毛發(fā)哺乳動(dòng)物r2奶哺乳動(dòng)物r3羽毛鳥(niǎo)r4會(huì)飛|下蛋鳥(niǎo)r5吃肉食肉動(dòng)物r6犬齒|爪|眼睛盯著前方食肉動(dòng)物r7哺乳動(dòng)物|蹄有蹄類(lèi)動(dòng)物r8哺乳動(dòng)物|反芻有蹄類(lèi)動(dòng)物r9哺乳動(dòng)物|食肉動(dòng)物|黃褐色|暗斑點(diǎn)金錢(qián)豹r10哺乳動(dòng)物|食肉動(dòng)物|黃褐色|黑色條紋虎r11有蹄類(lèi)動(dòng)物|長(zhǎng)脖子|長(zhǎng)腿|暗斑點(diǎn)長(zhǎng)頸鹿r12有蹄類(lèi)動(dòng)物|黑條紋斑馬r13鳥(niǎo)|不會(huì)飛|長(zhǎng)脖子|長(zhǎng)腿|黑白色鴕鳥(niǎo)r14鳥(niǎo)|不會(huì)飛|游泳|黑白色企鵝r15鳥(niǎo)|善飛信天翁四．實(shí)驗(yàn)要求1、確定推理方法（正向還是反向），并根據(jù)問(wèn)題設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的不通用推理機(jī)（匹配、沖突消解）；2、規(guī)則庫(kù)要求至少包含15條規(guī)則；3、初始事實(shí)可以任意給定，輸入初始事實(shí)后能夠得到推理結(jié)果；4、設(shè)計(jì)人機(jī)界面，解釋模塊提供查詢規(guī)則的功能；5、可以不考慮知識(shí)庫(kù)管理模塊；6、提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，以word文檔形式“學(xué)號(hào)+姓名”命名；報(bào)告中要有程序源代碼；有程序運(yùn)行結(jié)果截圖；要有推理樹(shù)；報(bào)告提交到：53/xstjzy/任建平/人工智能五.實(shí)驗(yàn)原理1.基于規(guī)則產(chǎn)生式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基于規(guī)則的產(chǎn)生式系統(tǒng)一般由規(guī)則庫(kù)（知識(shí)庫(kù)）、綜合數(shù)據(jù)庫(kù)和推理引擎（推理機(jī)）三部分組成，規(guī)則庫(kù)中它的基本組成框架如下圖1所示。知識(shí)庫(kù)由謂詞演算事實(shí)和有關(guān)討論主題的規(guī)則構(gòu)成，綜合庫(kù)又稱(chēng)為上下文，用來(lái)暫時(shí)存儲(chǔ)推理過(guò)程中的結(jié)論和數(shù)據(jù)。推理機(jī)是用規(guī)則進(jìn)行推理的過(guò)程和行為。知識(shí)采集系統(tǒng)是領(lǐng)域?qū)＜野严嚓P(guān)領(lǐng)域的知識(shí)表示成一定的形式，并輸入到知識(shí)庫(kù)中。解釋系統(tǒng)通過(guò)用戶輸入的條件來(lái)分析被系統(tǒng)執(zhí)行的推理結(jié)構(gòu)，并將專(zhuān)家知識(shí)以易理解的方式并把知識(shí)解釋給用戶。圖1規(guī)則產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)2.簡(jiǎn)單動(dòng)物識(shí)別產(chǎn)生式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：⑴知識(shí)庫(kù)ANIMAL的知識(shí)庫(kù)非常小，僅僅包含15條規(guī)則（一般說(shuō)來(lái)，一個(gè)產(chǎn)生式系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)應(yīng)包含三幾百條規(guī)則）；⑵解空間很小，在一個(gè)特定的動(dòng)物園里，共有虎、金錢(qián)豹、長(zhǎng)頸鹿、斑馬、鴕鳥(niǎo)、企鵝和信天翁等7種動(dòng)物；⑶初始事實(shí)集合很小，僅僅包含30個(gè)事實(shí)，cha⑷數(shù)據(jù)（即事實(shí)、證據(jù)、斷言），知識(shí)（即淺層知識(shí)，規(guī)則）和推理都是精確的，即確定性的；⑸知識(shí)庫(kù)。正向推理過(guò)程分析：下面以一個(gè)具體的動(dòng)物識(shí)別產(chǎn)生式系統(tǒng)模型來(lái)說(shuō)明其原理。初始事實(shí)集：動(dòng)物身上有暗斑點(diǎn)、有長(zhǎng)脖子、有長(zhǎng)腿、有奶、有蹄要求解的問(wèn)題是判斷滿足該事實(shí)集的是何種動(dòng)物？推理過(guò)程：首先從規(guī)則庫(kù)取出第一條規(guī)則r1,將r1中的前提部分與初始事實(shí)集中的事實(shí)相比較，匹配失?。挥谑抢^續(xù)取第二條規(guī)則再試，匹配成功！將此規(guī)則的結(jié)論部分作為新事實(shí)加入到綜合數(shù)據(jù)庫(kù)的初始事實(shí)集中。于是初始事實(shí)集變?yōu)椋涸搫?dòng)物身上有暗斑點(diǎn)、有長(zhǎng)脖子、有長(zhǎng)腿、有奶、有蹄、是哺乳動(dòng)物。接著依次取r3、r4、r5、r6與初始事實(shí)集匹配、均不成功，當(dāng)執(zhí)行到r7時(shí)再次獲得匹配，于是事實(shí)集中以增加一條事實(shí)：該動(dòng)物身上有暗斑點(diǎn)、有長(zhǎng)脖子、有長(zhǎng)腿、有奶、有蹄、是哺乳動(dòng)物、是有蹄類(lèi)動(dòng)物。此后，當(dāng)搜索到rll時(shí)又一次匹配成功，事實(shí)集變?yōu)椋涸搫?dòng)物身上有暗斑點(diǎn)、有長(zhǎng)脖子、有長(zhǎng)腿、有奶、有蹄、是哺乳動(dòng)物、是有蹄類(lèi)動(dòng)物、該動(dòng)物是長(zhǎng)頸鹿。于是得到最終結(jié)論---該動(dòng)物是長(zhǎng)頸鹿。上述問(wèn)題的求解過(guò)程是一個(gè)不斷地從規(guī)則庫(kù)中選取可用規(guī)則與綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中的已知事實(shí)進(jìn)行匹配的過(guò)程，規(guī)則的每一次匹配都會(huì)使綜合數(shù)據(jù)庫(kù)增加新的內(nèi)容，并朝著問(wèn)題的解決前進(jìn)了一步。這就是一個(gè)推理過(guò)程。逆向推理過(guò)程分析：初始事實(shí)集：動(dòng)物身上有暗斑點(diǎn)、有長(zhǎng)脖子、有長(zhǎng)腿、有奶、有蹄要求解的問(wèn)題是判斷滿足該事實(shí)集的是何種動(dòng)物？推理過(guò)程：我們假設(shè)這個(gè)動(dòng)物是長(zhǎng)頸鹿的話，為了檢驗(yàn)這個(gè)假設(shè)，根據(jù)規(guī)則rll，要求這個(gè)動(dòng)物是長(zhǎng)脖子，長(zhǎng)腿，暗斑點(diǎn)且是有蹄類(lèi)動(dòng)物。這時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中已經(jīng)有了長(zhǎng)脖子，長(zhǎng)腿，暗斑點(diǎn)事實(shí)，為此我們還要驗(yàn)證“動(dòng)物是有蹄類(lèi)動(dòng)物，根據(jù)規(guī)則r8要求動(dòng)物反芻，且是哺乳動(dòng)物，而事實(shí)庫(kù)中沒(méi)有反芻，根據(jù)規(guī)則r7要求動(dòng)物有蹄，且是哺乳動(dòng)物，事實(shí)中動(dòng)物有蹄。為此我們要驗(yàn)證動(dòng)物是哺乳動(dòng)物我們要驗(yàn)證動(dòng)物是哺乳動(dòng)物，根據(jù)規(guī)則r2知道，要求動(dòng)物有奶，事實(shí)中動(dòng)物有奶，此時(shí)各個(gè)子目標(biāo)都是已知事實(shí)，所以逆向推理成功。上述問(wèn)題的求解過(guò)程是從目標(biāo)的（作為假設(shè)）狀態(tài)出發(fā)，朝著出事?tīng)顟B(tài)前進(jìn)，逆向適用規(guī)則的一種方法。六．推理樹(shù)

老虎金錢(qián)豹長(zhǎng)頸鹿，企鵝老虎金錢(qián)豹長(zhǎng)頸鹿，企鵝0鴕鳥(niǎo)七．具體代碼如下#include<string.h>#include<math.h>#include<stdio.h>#include<iostream.h>#defineTrue1#defineFalse0#defineDontKnow-1char*str[]={"chew_cud反芻動(dòng)物","hooves蹄類(lèi)動(dòng)物","mammal哺乳動(dòng)物","forward_eyes眼盯前方","claws有爪"，”pointed_teeth有犬齒","eat_meat吃肉","lay_eggs會(huì)下蛋","fly會(huì)飛"，"feathers有羽毛"，”ungulate有蹄"，”carnivore食肉動(dòng)物"，”bird鳥(niǎo)","give_milk能產(chǎn)奶"，"has_hair有毛發(fā)","fly_well善飛"，”black&white_color黑白色","can_swim會(huì)游泳"，"long_legs長(zhǎng)腿","long_neck長(zhǎng)脖子","black_stripes黑條紋","dark_spots黑斑點(diǎn)"，"tawny_color黃褐色","albatross信天翁","penguin企鵝","ostrich駝鳥(niǎo)","zebra斑馬"，"giraffe長(zhǎng)頸鹿”,"tiger老虎”,"cheetah獵豹",0};intrulep[][6]={{22,23,12,3,0,0},{21,23,12,3,0,0},{22,19,20,11,0,0},{21,11,0,0,0,0},{17,19,20,13,-9,0},{17,18,13,-9,0,0},{16,13,0,0,0,0},{15,0,0,0,0,0},{14,0,0,0,0,0},{10,0,0,0,0,0},{8,7,0,0,0,0},{7,0,0,0,0,0},{4,5,6,0,0,0},{2,3,0,0,0,0},{1,3,0,0,0,0}};intrulec[]={30,29,28,27,26,25,24,3,3,13,13,12,12,11,11,0};classfact{private:intNumber;charName[21];intActive;intSucc;public:fact*Next;fact(intNum,char*L){strcpy(Name,L);Number=Num;Active=False;//-1是已經(jīng)推理，不符合。1是已經(jīng)推理，符合。Succ=DontKnow;//0是無(wú)，-1是不知道，1是有Next=NULL;}char*GetName(){char*L;L=newchar[21];strcpy(L,Name);returnL;}intGetNumber(){returnNumber;}intGetAct(){returnActive;}intGetSucc(){returnSucc;}}}}voidPutAct(constintAct0,intSuc0){Active=Act0;Succ=Suc0;}};fact*Fact;classlist{private:intNumber;public:list*Next;list(intNum){Number=Num;Next=NULL;}intGetNumber(){returnNumber;}};classrule{char*Name;list*Pre;intConc;public:rule*Next;rule(char*N,intP[],intC);~rule();intQuery();voidGetName(){cout<<Name;}};rule::~rule(){list*L;while(Pre){L=Pre->Next;deletePre;Pre=L;}deleteName;}rule::rule(char*N,intP[],intC){inti;list*L;Pre=NULL;Next=NULL;Name=newchar[strlen(N)+1];strcpy(Name,N);i=0;while(P[i]!=0){L=newlist(P[i++]);L->Next=Pre;Pre=L;}Conc=C;}intrule::Query(){charc;intTag=0;list*L;fact*F;F=Fact;L=Pre;if(L==NULL)cout<<"\nError";while(L!=NULL){F=Fact;for(;;){if(abs(L->GetNumber())==F->GetNumber())break;F=F->Next;〃查找與規(guī)則前提鏈中前提號(hào)相同的事實(shí)}}}}}}}}if(L->GetNumber()>0){if((F->GetSucc())==true){L=L->Next;continue;}if((F->GetSucc())==false)returnfalse;}//如果事實(shí)的斷言為真則判斷下一個(gè)前提，為假，則表示該規(guī)則不適合else{if((F->GetSucc())==True)returnFalse;if((F->GetSucc())==False){L=L->Next;continue;}}cout<<F->GetName()<<"(Y/N)"<<endl;c=getchar();〃事實(shí)斷言為不知道的時(shí)候，向用戶詢問(wèn)flushall();if((c=='Y')||(c=='y')){if(L->GetNumber()>0)F->PutAct(l,True);〃設(shè)置事實(shí)的斷言和激活標(biāo)志if(L->GetNumber()<0){F->PutAct(l,True);Tag=-l;returnFalse;}}else{if(L->GetNumber()<0)F->PutAct(-l,False);else{F->PutAct(-l,False);Tag=-l;//已經(jīng)推理，不符合。returnFalse;}}L=L->Next;i++;i++;}}F=Fact;for(;;){if(Conc==F->GetNumber())break;//查找結(jié)論斷言對(duì)應(yīng)的事實(shí)F=F->Next;}if(Conc<24){F->PutAct(1,True);returnFalse;}if(Tag!=-1){F=Fact;for(;;){if(Conc==F->GetNumber())break;F=F->Next;}if(Conc<24){F->PutAct(1,True);returnFalse;}cout<<"\nThisaniamalis"<<F->GetName()<<endl;returnTrue;}returnFalse;}intmain(){fact*F,*T;rule*Rule,*R;charch[8];inti=1;Fact=NULL;printf("請(qǐng)按提示選擇:(Y:是N:不是ENTER:確認(rèn))\n");while(str[i-1])//初始化事實(shí)庫(kù)，倒序排列。{F=newfact(i,str[i-1]);F->Next=Fact;Fact=F;}F=Fact;Fact=NULL;while(F)//把倒序排列正過(guò)來(lái)。{T=F;F=F->Next;T->Next=Fact;Fact=T;}i=0;ch[0]='R';ch[1]='U';ch[2]='L';ch[3]='E';ch[4]='_';ch[5]='a';ch[6]='\0';Rule=NULL;for(i=0;i<15;i++)//初始化規(guī)則庫(kù)。{R=newrule(ch,rulep[i],rulec[i]);R->Next=Rule;Rule=R;ch[5]++;}R=Rule;for(;;){i=R->Query();if((i==1)||(i==-1))break;R=R->Next;if(!R)break;}if(!R)cout<<"Idon'tknow."<<endl;cout<<"pressanykeytoexit."<<endl;getchar();returnTrue;八．程序截圖口II-|rr±niHRt:吃肉<V/N)nfeathers<^|^<￥/N>c：r*C：\Anii?al\De!biiig\AjiiB.al-exeThisaniama1isalhatt'oss天希匕蕓苫dnykeytoiex±t?贋按提于選舜心=是N=不是EbOEM礁認(rèn)〉”mnEBil哺乳動(dòng)物MhDnnointed_teeth^穴齒＜￥/N)^iue_nilk能產(chǎn)如nliasjiair-^-毛發(fā)/Y/N〉nfly_^cll:§:_^J<y^N>□the