基于產(chǎn)生式動物識別系統(tǒng)的設計

1、.人工智能及其應用課程報告 基于產(chǎn)生式動物識別系統(tǒng)的設計學 生：學 號：教 師：專 業(yè)：XX大學自動化學院二O*年十一月目錄 TOC o h z u HYPERLINK l _Toc405113231 一、實驗目的 PAGEREF _Toc405113231 h 3 HYPERLINK l _Toc405113232 二、實驗原理 PAGEREF _Toc405113232 h 3 HYPERLINK l _Toc405113233 三、設計過程 PAGEREF _Toc405113233 h 4 HYPERLINK l _Toc405113234 1、設計思路 PAGEREF _Toc405

2、113234 h 4 HYPERLINK l _Toc405113237 2、設計過程 PAGEREF _Toc405113237 h 4 HYPERLINK l _Toc405113238 1建立規(guī)則庫 PAGEREF _Toc405113238 h 4 HYPERLINK l _Toc405113239 2輸入數(shù)據(jù)庫 PAGEREF _Toc405113239 h 5 HYPERLINK l _Toc405113240 3推理過程 PAGEREF _Toc405113240 h 5 HYPERLINK l _Toc405113241 3問題求解基本過程 PAGEREF _Toc405113

3、241 h 5 HYPERLINK l _Toc405113242 四、實驗結果7 HYPERLINK l _Toc405113243 五、實驗心得7 HYPERLINK l _Toc405113244 附 錄8實驗目的理解和掌握產(chǎn)生式知識表示方法及產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本過程,能夠利用編程技術建立一個基于產(chǎn)生式知識表示的簡單的智能系統(tǒng)。建立一個動物識別系統(tǒng)的規(guī)則庫,用以識別虎、豹、斑馬、長頸鹿、企鵝、鴕鳥、信天翁等7種動物。二、實驗原理推理機的功能是根據(jù)一定的推理策略,從知識庫中選擇有關知識,對用戶提供的證據(jù)進行推理,直到得出相應的結論為止。推理分為精確和不精確兩種。精確推理是把相關領域的知識表示成

4、必然的因果關系,推理的結論或是肯定的,或是否定的。而不精確推理是在公理的基礎上,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)提供關于屬性的原始信息,如給出鳥、不會飛、會游泳、黑白色幾個屬性。系統(tǒng)搜索知識庫,找到這些屬性,然后進一步搜索這些屬性的相關整合屬性,得到最后的結論。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,一個產(chǎn)生式的結論可以供另一個產(chǎn)生式作為已知事實使用,以求得問題的解決。產(chǎn)生式的基本形式為PQ或者IF P THEN Q。動物識別系統(tǒng)的產(chǎn)

5、生式規(guī)則分析如下：圖1 動物識別系統(tǒng)的部分推理網(wǎng)絡三、設計過程1、設計思路根據(jù)上課老師的思路,本系統(tǒng)分為三個功能模塊,分別是規(guī)則庫、綜合數(shù)據(jù)庫和控制系統(tǒng)。根據(jù)產(chǎn)生式系統(tǒng)的三部分可以搭建動物識別系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫的設計思想主要分為條件表和規(guī)則表。在推理過程中,當規(guī)則表中某條規(guī)則的前提可以和綜合數(shù)據(jù)庫中的已知事實相匹配時,該規(guī)則被激活。由它推出的結論將被作為新的事實放入數(shù)據(jù)庫,稱為后面推理的已知事實。所以數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結構如下： 條件表 條件表規(guī)則表 數(shù)據(jù)庫圖2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)結構此外,還需要包括連接數(shù)據(jù)庫程序,添加規(guī)則和刪除規(guī)則的規(guī)則庫代碼,整個系統(tǒng)設計跟自己所掌握的編程代碼有所區(qū)別,所以沒有采用老師的設計思

6、路。2、設計過程1建立規(guī)則庫為了識別這些動物,可以根據(jù)動物識別的特征,建立下述規(guī)則的規(guī)則庫： R1：if 動物有毛發(fā) then 動物是哺乳動物R2：if 動物有奶 then 動物是哺乳動物R3：if 動物有羽毛 then 動物是鳥R4：if 動物會飛 and 會生蛋 then 動物是鳥R5：if 動物吃肉 then 動物是食肉動物R6：if 動物有犀利牙齒 and 有爪 and 眼向前方then 動物是食肉動物R7：if 動物是哺乳動物and有蹄then動物是有蹄類動物R8：if 動物是哺乳動物and反芻then動物是有蹄類動物R9：if 動物是哺乳動物and是食肉動物and有黃褐色and 有

7、暗斑點 then 動物是豹R10：if 動物是哺乳動物 and是食肉動物and有黃褐色 and有黑色條紋 then 動物是虎R11：if動物是有蹄類動物and 有長脖子and有長腿and有暗斑點 then 動物是長頸鹿R12：if 動物是有蹄類動物 and有黑色條紋 then 動物是斑馬R13：if 動物是鳥and不會飛 and有長脖子and有長腿 and有黑白二色 then 動物是鴕鳥R14：if 動物是鳥 and不會飛 and會游泳 and有黑白二色then 動物是企鵝R15：if 動物是鳥 and善飛 then 動物是信天翁根據(jù)課本中規(guī)則庫中的15條規(guī)則,每一個規(guī)則會有一個結論,從而得到

8、結論編號庫數(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)庫假設數(shù)據(jù)庫中放入一下事實：有暗斑點,有長脖子,有長腿,有奶,有蹄。求解目標：該動物是什么動物？3推理過程先從規(guī)則庫中取出第一條規(guī)則r1,檢查其前提是否可與綜合數(shù)據(jù)庫中的已知事實相匹配。r1的前提是有毛發(fā),但事實庫中無此事實,故匹配失敗。然后取r2,該前提與已知事實有奶相匹配,r2被執(zhí)行,并將其結論該動物是哺乳動物作為新的事實加入到綜合數(shù)據(jù)庫中。此時,綜合數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容變?yōu)椋簞游镉邪蛋?有長脖子,有長腿,有奶,有蹄,是哺乳動物。再從規(guī)則庫中取r3,r4,r5,r6進行匹配,均失敗。接著取

9、r7,該前提與已知事實是哺乳動物相匹配,r7被執(zhí)行,并將其結論該動物是有蹄類動物作為新的事實加入到綜合數(shù)據(jù)庫中。此時,綜合數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容變?yōu)椋簞游镉邪蛋?有長脖子,有長腿,有奶,有蹄,是哺乳動物,是有蹄類動物。此后,r8,r9,r10均匹配失敗。接著取r11,該前提該動物是有蹄類動物 AND 有長脖子 AND 有長腿 AND 身上有暗斑 與已知事實相匹配,r11被執(zhí)行,并推出該動物是長頸鹿。由于長頸鹿已是目標集合中的一個結論,即已推出最終結果,故問題求解過程結束。4問題求解基本過程 初始化綜合數(shù)據(jù)庫,即把欲解決問題的已知事實送入綜合數(shù)據(jù)庫中； 檢查規(guī)則庫中是否有未使用過的規(guī)則,若無轉(zhuǎn) ； 檢查規(guī)

10、則庫的未使用規(guī)則中是否有其前提可與綜合數(shù)據(jù)庫中已知事實相匹配的規(guī)則,若有,形成當前可用規(guī)則集；否則轉(zhuǎn)； 按照沖突消解策略,從當前可用規(guī)則集中選擇一個規(guī)則執(zhí)行,并對該規(guī)則作上標記。把執(zhí)行該規(guī)則后所得到的結論作為新的事實放入綜合數(shù)據(jù)庫；如果該規(guī)則的結論是一些操作,則執(zhí)行這些操作； 檢查綜合數(shù)據(jù)庫中是否包含了該問題的解,若已包含,說明解已求出,問題求解過程結束；否則,轉(zhuǎn)； 當規(guī)則庫中還有未使用規(guī)則,但均不能與綜合數(shù)據(jù)庫中的已有事實相匹配時,要求用戶進一步提供關于該問題的已知事實,若能提供,則轉(zhuǎn)；否則,執(zhí)行下一步； 若知識庫中不再有未使用規(guī)則,也說明該問題無解,終止問題求解過程。四、實驗結果本實驗基于

11、VS 2010進行編程實驗,基本程序框架如下圖所示圖3實驗框架按照數(shù)據(jù)庫中存入的事實,在本系統(tǒng)中采用正向推理,得出結果,下面是長頸鹿的運行結果：圖4運行結果五、實驗心得通過此次實驗理解了產(chǎn)生式知識表示方法,并體會到產(chǎn)生式表示法的自然性、模塊性、有效性和清晰性的優(yōu)點。掌握了構建產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本過程,并能夠利用編程建立一個基于產(chǎn)生式知識表示的簡單的智能系統(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,長腿,長脖子,黑條紋,暗斑點,黃褐色;char *resultSet=,信天翁,企鵝,鴕鳥,斑馬,長頸鹿,虎,豹 ;struct factDB /綜合數(shù)據(jù)庫中的已知事實 int curNum; int fact30; int initNum;factDb;struct Rule /規(guī)則 結構體int factNum; int fact5;bool endResult; /是否為結果集int resultID; /推出的結果IDbool used;/已使用過標志bool possible; /是否可能標志,針對-9不能飛若Rule中有9,而綜合數(shù)據(jù)庫中有-9 則該規(guī)則標記

13、不可能int needFactPos; /通過事實比較,記錄下一個需要的事實位置,方便下次比較開始點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庫中int i=pos;for;i ifreturn true;iffactIDreturn false;return false;bool cmpArray /兩個數(shù)組的事實比較int i,j;i=r.needFactPos;j=i;whileiwhilejifi+;ifreturn true;else ifr.factiifr.facti0 & findNee

14、dFactr.possible=false; /當存在相反情況時,標記不可能r.needFactPos=i;return false;j+;ifir.needFactPos=i;return false;return true;int cmpFactiffactDb.curNumreturn 0; /已知事實還沒有該規(guī)則事實多ifif!findNeedFactreturn 0; /需要的值還不存在else r.needFactPos+;ifcmpArrayr.used=true;ifreturn 1; /得到了最終結果else return 2; /得到中間結果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原始事實綜合數(shù)據(jù)庫：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,得到最終結果cout得到最終結果：r