人工智能與專家系統(tǒng)實(shí)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 溫度濕度（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^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言和實(shí)用工具，不采用人工智能語言和工具 ，這樣能夠使你更加了解專家系統(tǒng)。2.推薦使用語言 ：C、 java、php 、javascript 、 delphi 。也可以使用其他語言

2、。3 如果使用數(shù)據(jù)庫做后臺(tái) ，要求使用最簡(jiǎn)單的Access。4.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.專業(yè)整理 .式系統(tǒng) 。 知識(shí)庫與控制系統(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)庫中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)說明 ；產(chǎn)生式通過滿足前件，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)生式的前提或語言變量使用 ，進(jìn)一

3、步可構(gòu)成產(chǎn)生式系統(tǒng)。因此在通過有關(guān)特征識(shí)別動(dòng)物的特征中規(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: 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: 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)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30. 信天翁于是在綜合數(shù)據(jù)庫中 ，將設(shè)定 int 型數(shù)組 facts30 ，數(shù)組的

4、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)說明 ；. 學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .每條規(guī)則都擁有前件與后件，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int condition6 ；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int condition6;/ 條件int outcome; / 結(jié)論Rule;將 15 條規(guī)則轉(zhuǎn)化為符號(hào)

5、 ：0,20,/ 有毛發(fā) 哺乳動(dòng)物1,20,/ 有奶 哺乳動(dòng)物2,21,/ 有羽毛 鳥3,4,21,/ 會(huì)飛 & 會(huì)生蛋鳥5,22,/ 吃肉 食肉動(dòng)物6,7,8,22,/ 有鋒利牙齒 & 有爪 & 眼向前方 食肉動(dòng)物20,8,23,/ 哺乳動(dòng)物 & 有蹄 有蹄類動(dòng)物20,9,23,/ 哺乳動(dòng)物 & 反芻 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) 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 虎23,14

6、,15,12,27,/ 有蹄類動(dòng)物 & 長(zhǎng)脖子 & 長(zhǎng)腿 & 有暗斑點(diǎn) 長(zhǎng)頸鹿. 學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .23,13,26,/ 有蹄類動(dòng)物 & 有黑色條紋 斑馬21,16,14,15,18,29,/ 鳥& 不會(huì)飛 & 長(zhǎng)脖子 & 長(zhǎng)腿 & 黑白兩色 鴕鳥21,16,17,18,28,/ 鳥 & 不會(huì)飛 & 會(huì)游泳 & 黑白兩色 企鵝21,19,24;/ 鳥& 善飛 信天翁3. 推理機(jī)（包括正向和反向推理 ）過程。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

7、推理。在建立規(guī)則庫時(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)則庫從前到后遍歷下來看是否能由給定規(guī)則推出相應(yīng)結(jié)果即可 。通過判斷每次與規(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 ，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

8、規(guī)則 。擴(kuò)充 facts ，重復(fù) b 步驟 。c. 在無可擴(kuò)充時(shí) ，檢查 facts ，若其中沒有結(jié)果是動(dòng)物 ，則推理失??；若其中推理出超過兩個(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 。. 學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .(2) 反向推理 ：反向推理的思路是從事實(shí)庫的動(dòng)物開始從前向后進(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。具體步驟如下 ：a. 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

9、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 。否則若沒有可用規(guī)則 ，則識(shí)別失敗 。（ 四）開發(fā)環(huán)境1.工具： C-free 5.02.語言： C+3.OS 平臺(tái)說明 ：win10. 學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .（五）綜合數(shù)據(jù)庫與推理機(jī)1. 綜合數(shù)據(jù)庫cha

10、r *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 ","1

11、4.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 ","20. 哺乳動(dòng)物 " ,"21. 鳥","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 ",&q

12、uot;29. 鴕鳥 ","30. 信天翁 " ;對(duì)應(yīng)以上特征 ，設(shè)定整型數(shù)組存儲(chǔ)求解過程中產(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 。int facts30 = 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)；a

13、nimal 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 ，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)j = 0;. 學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .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)

14、則中所需的條件序號(hào)if (f = -1)/ 若經(jīng)過上一個(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);/ 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 << "=> "&l

15、t;< animalBaseout1<< endl; / 輸出規(guī)則所用結(jié)果. 學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .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 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)行過程中使用的規(guī)則。遍歷完 15 條規(guī)則后 ，facts 數(shù)組中就存放了推理得出的全部事實(shí)。接下來就將 facts 數(shù)組傳入 animal 函數(shù)，從綜合數(shù)據(jù)庫中遴選最終結(jié)論：int animal( int facts) / 判斷知識(shí)庫中是否有符合描述的動(dòng)物int i = 24, a =

16、 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 ( facts i = 1)b = i;a+;i+;if (a = 1)return b; / 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)else return 0;/ 否則返回 0，記為推理失敗利用變量 a 累計(jì)最終結(jié)果的數(shù)目 ，如果 a=0 ，說明知識(shí)庫中沒有滿足描述的動(dòng)物；如果 a2，說明有多個(gè)動(dòng)物滿足描述條件，仍然不能確定最終結(jié)果。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. 學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .輸出。（六）實(shí)驗(yàn)結(jié)果1.輸入 0 5 11 12 -1

17、（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2.輸入 0 2 3 14 17 -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 ：3.輸入 20 22 11 12 13 -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 。 因此也無法推理出正確的結(jié)果。. 學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .（七）實(shí)驗(yàn)體會(huì)通過本次實(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

18、本方式的原理和步驟都加深了理解。尤其是通過設(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)和推理來求解問題的，這種模式與普通程序完全不同，就像我平日里處理問題時(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，在寫這次實(shí)驗(yàn)的過程中帶來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>usingnamespace std;char *results = "虎 "," 豹 "," 斑馬 ","長(zhǎng)頸鹿 ",&qu

19、ot; 企鵝 ","鴕鳥 "," 信天翁 " ;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

20、","12. 有暗斑點(diǎn) ","13. 有. 學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .黑色條紋 ","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 " ,"20. 哺乳動(dòng)物 ","21. 鳥 ","22. 食肉動(dòng)物 ","23. 有蹄類動(dòng)物 ","24. 虎" ,&q

21、uot;25. 豹 ","26. 斑馬 ","27. 長(zhǎng)頸鹿 ","28. 企鵝 ","29. 鴕鳥 ","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int condition6;/ 條件，末尾用 -1 表示結(jié)束int outcome; / 結(jié)論Rule ;Rule rule15 = / 定義 15 個(gè)規(guī)則 0,-1 ,20 , / 有毛發(fā) 哺乳動(dòng)物 1,-1 ,20 , / 有奶 哺乳動(dòng)物 2,-1 ,21 , /

22、有羽毛 鳥 3,4,-1 ,21 ,/ 會(huì)飛 & 會(huì)生蛋鳥 5,-1 ,22 ,/ 吃肉 食肉動(dòng)物 6,7,8,-1 ,22 ,/ 有鋒利牙齒 & 有爪 & 眼向前方 食肉動(dòng)物 20,8,-1 ,23 ,/ 哺乳動(dòng)物 & 有蹄 有蹄類動(dòng)物 20,9,-1 ,23 ,/ 哺乳動(dòng)物 & 反芻 有蹄類動(dòng)物 20,22,11,12,-1 ,25 ,/ 哺乳動(dòng)物 & 食肉動(dòng)物 & 有黃褐色皮毛 & 有暗斑點(diǎn) 豹 20,22,11,13,-1 ,24 ,/ 哺乳動(dòng)物 & 食肉動(dòng)物 & 有黃褐色皮毛 & 有黑色條紋 虎

23、23,14,15,12,-1 ,27 ,/ 有蹄類動(dòng)物 & 長(zhǎng)脖子 & 長(zhǎng)腿 & 有暗斑點(diǎn) 長(zhǎng)頸鹿 23,13,-1 ,26 ,/ 有蹄類動(dòng)物 & 有黑色條紋 斑馬. 學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 . 21,16,14,15,18,-1 ,29 ,/ 鳥 & 不會(huì)飛 & 長(zhǎng)脖子 & 長(zhǎng)腿 & 黑白兩色 鴕鳥 21,16,17,18,-1 ,28 ,/ 鳥 & 不會(huì)飛 & 會(huì)游泳 & 黑白兩色 企鵝 21,19,-1 ,24 ;/ 鳥 & 善飛 信天翁int facts30 = 0 ;/ 記錄被選擇的事實(shí)，初

24、始化都為0，被選擇后賦值為1void list(); /列出事實(shí)可供描述者選擇void input(); / 描述者輸入特征事實(shí)int deduce();/ 推理機(jī)根據(jù)既得事實(shí)推理int animal( int facts );/ 判斷知識(shí)庫中是否有符合描述的動(dòng)物void list() /列出事實(shí)可供描述者選擇int i;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. 學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .p

25、rintf( "%-15s" , animalBasei);/ 列出前 24 個(gè)事實(shí)void input() / 描述者輸入特征事實(shí)int f = 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)（ -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0else if (f != -1

26、)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();. 學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .int deduce() / 推理機(jī)根據(jù)既得事實(shí)推理int f;int i, j;int out1;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). 學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .printf( "RULE(%d) : "