人工智能小型專家系統(tǒng)的設計分析實現

1、 人工智能技術基礎實驗報告指導老師：朱力任課教師：勇實驗三小型專家系統(tǒng)設計與實現一、實驗目的（1）增加學生對人工智能課程的興趣；（2）使學生進一步理解并掌握人工智能prolog語言；（3）使學生加強對專家系統(tǒng)課程容的理解和掌握，并培養(yǎng)學生綜合運用所學知識開發(fā)智能系統(tǒng)的初步能力。二、實驗要求（1）用產生式規(guī)則作為知識表示，用產生系統(tǒng)實現該專家系統(tǒng)。（2）可使用本實驗指導書中給出的示例程序，此時只需理解該程序，并增加自己感興趣的修改即可；也可以參考該程序，然后用PROLOG語言或其他語言另行編寫。（3）程序運行時，應能在屏幕上顯示程序運行結果。三、實驗環(huán)境在Turbo PROLOG或Visual

2、Prolog集成環(huán)境下調試運行簡單的PROLOG程序。四、實驗容建造一個小型專家系統(tǒng)（如分類、診斷、預測等類型），具體應用領域由學生自選，具體系統(tǒng)名稱由學生自定。五、實驗步驟1、專家系統(tǒng)：1.1建造一個完整的專家系統(tǒng)設計需完成的容：1用戶界面：可采用菜單方式或問答方式。2知識庫（規(guī)則庫）：存放產生式規(guī)則，庫中的規(guī)則可以增刪。3數據庫：用來存放用戶回答的問題、已知事實、推理得到的中間事實。4推理機：如何運用知識庫中的規(guī)則進行問題的推理控制，建議用正向推理。5知識庫中的規(guī)則可以隨意增減。1.2推理策略推理策略包括：正向（數據驅動），反向（目標驅動），雙向2、動物分類實驗規(guī)則集（1）若某動物有奶，則

3、它是哺乳動物。（2）若某動物有毛發(fā)，則它是哺乳動物。（3）若某動物有羽毛，則它是鳥。（4）若某動物會飛且生蛋，則它是鳥。（5）若某動物是哺乳動物且有爪且有犬齒且目盯前方，則它是食肉動物。（6）若某動物是哺乳動物且吃肉，則它是食肉動物。（7）若某動物是哺乳動物且有蹄，則它是有蹄動物。（8）若某動物是有蹄動物且反芻食物，則它是偶蹄動物。（9）若某動物是食肉動物且黃褐色且有黑色條紋，則它是老虎。（10）若某動物是食肉動物且黃褐色且有黑色斑點，則它是獵豹。（11）若某動物是有蹄動物且長腿且長脖子且黃褐色且有暗斑點，則它是長頸鹿。（12）若某動物是有蹄動物且白色且有黑色條紋，則它是斑馬。（13）若某動物

4、是鳥且不會飛且長腿且長脖子且黑白色，則它是駝鳥。（14）若某動物是鳥且不會飛且會游泳且黑白色，則它是企鵝。（15）若某動物是鳥且善飛且不怕風浪，則它是海燕。3、實驗具體步驟本實驗用正向推理策略來完成，實現推理機的程序與知識庫的具體容無關，對知識庫的修改不需要改動推理機。1、充分理解知識庫現有知識，提出待解決問題2、建立規(guī)則庫3、從規(guī)則庫中獲取可用規(guī)則集4、確定搜索控制策略（例如：估價函數策略）5、通過搜索控制策略，從規(guī)則集中選出最優(yōu)規(guī)則6、執(zhí)行最優(yōu)規(guī)則，更新知識庫7、反復多次以上步驟8、獲得解決方案或無解4、編寫程序及調試運行步驟4.1程序代碼“小型動物分類專家系統(tǒng)”/*An Animal C

5、lassifying Expert System*/databasexpositive(symbol,symbol)xnegative(symbol,symbol)predicatesrunanimal_is(symbol)it_is(symbol)positive(symbol,symbol)negative(symbol,symbol)clear_factsremember(symbol,symbol,symbol)ask(symbol,symbol)goalrun.clausesrun:-animal_is(X), !,write(nYour animal may be a(n) , X

6、),nl, nl, clear_facts.run:-write(nUnable to determine what),write(your animal is.nn), clear_facts.positive(X,Y):-xpositive(X, Y),!.positive(X,Y):-not(xnegative(X,Y), ask(X,Y).negative(X,Y):-xnegative(X,Y), !.negative(X,Y):-not(xpositive(X,Y), ask(X,Y).ask(X,Y):-write(X, it , Y, ?n),readln(Reply),rem

7、ember(X, Y, Reply).remember(X, Y, y):-asserta(xpositive(X, Y).remember(X, Y, n):-asserta(xnegative(X, Y),fail.clear_facts:-retract(xpositive(_, _),fail.clear_facts:-retract(xnegative(_, _),fail.clear_facts:-write(nnPlease press the space bar to Exist),readchar(_)./* Knowledge Base*/animal_is(cheetah

8、):-%獵豹it_is(carnivore),positive(has,tawny_color),positive(has,black_spots).animal_is(tiger):-%老虎it_is(carnivore),positive(has, tawny_color),positive(has, black_stripes).animal_is(giraffe):-%長頸鹿it_is(ungulate),positive(has, long_neck),positive(has, long_legs),positive(has, dark_spots).animal_is(zebra

9、):-%斑馬it_is(ungulate),positive(has,black_stripes).animal_is(ostrich):-%鴕鳥it_is(bird),negative(does, fly),positive(has, long_neck),positive(has, long_legs),positive(has, black_and_white_color).animal_is(penguin):-%企鵝it_is(bird),negative(does, fly),positive(does, swim),positive(has, black_and_white_co

10、lor).animal_is(albatross):-%信天翁it_is(bird),positive(does,fly_well).it_is(mammal):-%哺乳動物positive(has,hair).it_is(mammal):-positive(does,give_milk).it_is(bird):-%鳥類positive(has,feathers).it_is(bird):-positive(does,fly),positive(does,lay_eggs).it_is(carnivore):-%肉食動物positive(does,eat_meat).it_is(carniv

11、ore):-it_is(mammal),positive(has,pointed_teeth),positive(has,claws),positive(has,forward_eyes).it_is(ungulate):-%有蹄類動物it_is(mammal),positive(has,hooves).it_is(ungulate):-it_is(mammal),positive(does,chew_cud).4.2調試步驟1在TXT文本中編寫規(guī)則代碼，添加到狀態(tài)圖通用搜索程序中，修改程序。2打開Turbo prolog2.0文件，啟動prolog.exe應用程序，并按空格鍵(SPACE)進

12、入集成開發(fā)環(huán)境。3.選擇Setup項，打開下拉菜單，選擇Directories項，進行工作目錄修改，按Esc鍵退出，選擇Save Configuration項，保存修改。4.在相應的路徑所在文件件夾中會生成work.Pro文件將其用文本打開，將要運行的程序寫入，保存。5.選擇Files項，選擇Load項，選擇要打開的示例程序6.編輯之后，可以選擇Run項，執(zhí)行程序，可以在Dialog窗口進行詢問，并回答y/n，依次回答問題，即可找到解7.退出，選擇Quit項，可以退出Turbo Prolog程序。4.3書籍識別系統(tǒng)根據所給示例程序，我修改出一個簡單的書籍識別系統(tǒng)4.3.1系統(tǒng)簡介這是一個簡單的

13、書籍識別系統(tǒng)，有：唐詩三百首、魯迅散文集、紅樓夢、泰戈爾詩詞、呼嘯山莊。使用我們這個系統(tǒng)，只需根據窗口提供的容回答y/n，系統(tǒng)將會幫你選擇你可能中意的書籍。該專家系統(tǒng)設計書籍的特性是：中文，英文，詩集，散文，小說各種書籍特性如下：書籍特性唐詩三百首中文詩詞紅樓夢中文小說泰戈爾詩詞英文詩詞魯迅散文集中文散文呼嘯山莊英文小說4.3.2系統(tǒng)程序databasexpositive(symbol,symbol)xnegative(symbol,symbol)predicatesrunbook_is(symbol)positive(symbol,symbol)negative(symbol,symbol)

14、clear_factsremember(symbol,symbol,symbol)ask(symbol,symbol)goalrun.clausesrun:-book_is(X), !,write(nYour favorite book may be , X),nl, nl, clear_facts.run:-write(nUnable to determine what),write(your book is.nn), clear_facts.positive(X,Y):-xpositive(X,Y),!.positive(X,Y):-not(xnegative(X,Y), ask(X,Y)

15、.negative(X,Y):-xnegative(X,Y), !.negative(X,Y):-not(xpositive(X,Y), ask(X,Y).ask(X,Y):-write(Question:- ,X, it , Y, ?n),readln(Reply),remember(X,Y, Reply).remember(X,Y, y):-asserta(xpositive(Y).remember(X,Y, n):-asserta(xnegative(Y),fail.clear_facts:-retract(xpositive(_, _),fail.clear_facts:-retrac

16、t(xnegative(_, _),fail.clear_facts:-write(nnPlease press the space bar to Exist),readchar(_)./* Knowledge Base*/book_is(tangShiSaibaishou):-%唐詩三百首positive(is,chinese),positive(is,poem).book_is(luxunwenji):-%魯迅文集positive(is,chinese),positive(is, prose).book_is(hongloumeng):-%紅樓夢positive(is, chinese),

17、positive(is, novel).book_is(taigerwenji):-%泰戈爾文集positive(is, english),positive(is, poem).book_is(huxiaoshanzhaung):-%呼嘯山莊positive(is, english),positive(is, novel).五、實驗結果5.1動物分類實驗結果圖1圖2圖35.2書籍識別實驗結果圖4圖5圖6六、問題思考思考：你所實現的基于產生式的專家系統(tǒng)所采用的推理算法是正向推理還是反向推理？采用prolog語言編寫專家系統(tǒng)有何優(yōu)點與不足？解：（1）正向推理（2）嚴格來講，該專家系統(tǒng)程序中并無顯式的推理機，而是利用了PROLOG語言本身的推理機制實現推理的。這就是說，用PROLOG編寫專家系統(tǒng)程序，可以省去推理機部分。如果用其他語言編程，推理機則是必不可少的。當然，用PROLOG編寫專家系統(tǒng)程序，也可以不用它自身的推理機作為所實現的專家系統(tǒng)的推理機，而用戶自己重新編寫一個顯式的推理機，這可根據問題和需要而定。如果要重新編寫推理機，一般說來，規(guī)則就要用PROLOG的事實來實現。知識庫就要用PROLOG的動態(tài)數據庫來實現。七、實驗中出現的問題及解決方案實驗中由于最開始對于專家系統(tǒng)了解不夠深刻，對于理解小動物分類的程序是，遇到了很多