人工智能課程設(shè)計報告動物識別系統(tǒng)

HUMlUNEVERSITVOFSCIENCEANDTECHNOLOGY計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院《人工智能》課程設(shè)計報告設(shè)計題目：設(shè)計人員：動物識別系統(tǒng)學(xué)號：學(xué)號：學(xué)號：學(xué)號：學(xué)號：學(xué)號：指導(dǎo)教師:2015年7月目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"目錄 1\o"CurrentDocument"摘要 3Abstract 4\o"CurrentDocument"一、 專家系統(tǒng)基本知識 51.1專家系統(tǒng)實際應(yīng)用 51.2專家系統(tǒng)的開發(fā) 5\o"CurrentDocument"二、 設(shè)計基本思路 52.1知識庫 52.2.1知識庫作用 5\o"CurrentDocument"2.1.2知識庫建立 6\o"CurrentDocument"2.1.3知識庫獲取 72.2數(shù)據(jù)庫 72.2.1數(shù)據(jù)庫作用 7\o"CurrentDocument"2.2.2數(shù)據(jù)庫建立 7三、 推理機(jī)構(gòu) 83.1推理機(jī)介紹 83.1.1推理機(jī)作用原理 8\o"CurrentDocument"3.1.2推理網(wǎng)絡(luò) 83.2正向推理 93.2.1正向推理基本思想 93.2.2正向推理示意圖 10\o"CurrentDocument"3.2.3正向推理機(jī)所要具有功能 103.3反向推理 113.3.1反向推理基本思想 113.3.2反向推理示意圖 11\o"CurrentDocument"3.3.3反向推理機(jī)所要具有功能 11\o"CurrentDocument"四、 實例系統(tǒng)實現(xiàn) 124.1系統(tǒng)介紹 124.2基本思路 124.3程序主要代碼 124.4系統(tǒng)執(zhí)行結(jié)果 13\o"CurrentDocument"五、結(jié)論 13\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn)： 14\o"CurrentDocument"附錄一 15\o"CurrentDocument"附錄二 24摘要動物識別專家系統(tǒng)是將人的思維過程轉(zhuǎn)化為計算機(jī)語言的邏輯過程，其關(guān)鍵在于知識和信息的表示，智能推理或求解的基礎(chǔ)一一知識庫的創(chuàng)建和管理，以及基于某種知識和信息表示的智能推理或求解過程。使動物識別具有一定的智能性、良好的交互性和可視化效果。本論文也主要以識別七種動物的設(shè)計思路和程序為例所寫的。動物識別專家系統(tǒng)是人工智能中一個比較基礎(chǔ)的規(guī)則演繹系統(tǒng)，是人工智能領(lǐng)域里的一個大模塊的專家系統(tǒng)的一個特定例子。是集知識表與推理為一體的，以規(guī)則為基礎(chǔ)對用戶提供的事實進(jìn)行向前、逆向或雙向的推理得出結(jié)論的一種產(chǎn)生式系統(tǒng)。如果通過良好的分析、精確地設(shè)計和細(xì)致的規(guī)劃會創(chuàng)設(shè)出高度靈活和快速有效的識別系統(tǒng)，再加上良好的界面供用戶添加新的事實和規(guī)則，反饋詳細(xì)的錯誤或信息的話，那就是一個相當(dāng)完整的識別系統(tǒng)了。關(guān)鍵詞：人工智能； 專家系統(tǒng)； 動物識別Abstractanimalrecognitionexpertsystemisthehumanthinkingprocessistransformedintothelogicalprocessofcomputerlanguage,thekeyliesinknowledgeandinformation,saidintelligentreasoningorsolvingbasedknowledgebase--creatingandmanagement,andbasedonsomeinformationandknowledgerepresentationofintelligentreasoningandsolvingprocess.Sothattheanimalidentificationhasacertainintelligence,goodinteractionandvisualeffect.Thispaperalsomainlytoidentifysevenkindsofanimaldesignideasandproceduresforthecaseofthewritten.Animalidentificationexpertsystemisoneofthemorebasicrulesinartificialintelligence,andisaspecificexampleoftheexpertsysteminthefieldofartificialintelligence.Aproductionsystembasedonrulesisaproductionsystemwhichisbasedonthefactthattheuserisprovidedwiththefacts.Ifthegoodanalysisandaccuratedesignandmeticulousplanningcreatedahighlyflexible,efficientandrapidrecognitionsystem,plusagoodinterfaceforuserstoaddnewfactsandrules,withthewronginformationfeedback,thatisafairlycompleteknowledgesystem,the.Keywords:artificialintelligence;expertsystem;animalidentification一、專家系統(tǒng)基本知識1.1專家系統(tǒng)實際應(yīng)用目前專家系統(tǒng)已經(jīng)成功地滲透到生活的各個領(lǐng)域，并且還產(chǎn)生了巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。例如，像車輛傳感、藥物、紡織服裝等重工業(yè)和輕工業(yè)領(lǐng)域中都會應(yīng)用到，特別是在計算機(jī)領(lǐng)域里，現(xiàn)在已經(jīng)是一門非常重要的學(xué)科類了。1.2專家系統(tǒng)的開發(fā)專家系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)的一般過程選題與明確任務(wù)系統(tǒng)需求分析知識獲取與概念化知識的形式化表示系統(tǒng)設(shè)計編程與調(diào)試測試與評價系統(tǒng)維護(hù)與完善選題與明確任務(wù)系統(tǒng)需求分析知識獲取與概念化知識的形式化表示系統(tǒng)設(shè)計編程與調(diào)試測試與評價系統(tǒng)維護(hù)與完善圖1⑶二、設(shè)計基本思路2.1知識庫2.2.1知識庫作用用產(chǎn)生式系統(tǒng)監(jiān)別動物，需要一種演繹機(jī)制，利用己知事實的集合做出新的結(jié)論，一種方法是替動物園中的每個動物作一個產(chǎn)生式，使用者首先收集所有可利用的事實，然后在產(chǎn)生式的表中進(jìn)行掃描，尋找一個狀態(tài)部分能與之匹配的產(chǎn)生式。一般要經(jīng)過多少步并生成和利用一些中間事實才能從基本事實推出結(jié)論，這樣做所包含的產(chǎn)生式可以比較小，容易理解，容易使用和容易產(chǎn)生。動物識別專家系統(tǒng)中的知識庫中的知識通常是用規(guī)則表示的。2.1.2知識庫建立知識庫所要遵循的規(guī)則【1】規(guī)則1：如果：動物有毛發(fā)則：該動物是哺乳動物規(guī)則2：如果：動物能產(chǎn)奶則：該單位是哺乳動物規(guī)則3:如果：該動物有羽毛則：該動物是鳥規(guī)則4：如果：動物會飛，且會下蛋則：該動物是鳥規(guī)則5：如果：動物吃肉則：該動物是肉食動物規(guī)則6：如果：動物有犬齒，且有爪，且眼盯前方則：該動物是食肉動物規(guī)則7：如果：動物是哺乳動物，且有蹄則：該動物是有蹄動物規(guī)則8：如果：動物是哺乳動物，且是反芻動物則：該動物是有蹄動物規(guī)則9：如果：動物是哺乳動物，且是食肉動物，且是黃褐色的，且有暗斑點則：該動物是豹規(guī)則10：如果：如果：動物是黃褐色的，且是哺乳動物，且是食肉，且有黑條紋則：該動物是虎規(guī)則11：如果：動物有暗斑點，且有長腿，且有長脖子，且是有蹄類則：該動物是長頸鹿規(guī)則12：如果：動物有黑條紋，且是有蹄類動物則：該動物是斑馬規(guī)則13：如果：動物有長腿，且有長脖子，且是黑色的，且是鳥，且不會飛則：該動物是鴕鳥規(guī)則14：如果：動物是鳥，且不會飛，且會游泳，且是黑色的則：該動物是企鵝規(guī)則15：如果：動物是鳥，且善飛則：該動物是信天翁動物分類專家系統(tǒng)由15條規(guī)則組成可以識別七種動物.2.1.3知識庫獲取知識獲取一般是指從某個活某些致使原中獲取專家系統(tǒng)問題求解所需要的專門知識，并以某種形式在計算機(jī)中存儲、傳輸與轉(zhuǎn)移。專家系統(tǒng)的知識獲取一般是由知識工程師與專家系統(tǒng)知識的獲取機(jī)構(gòu)共同完成的。知識獲取的常用方法有以下幾種⑶：手工知識獲??；半自動獲取；自動知識獲取；人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)知識獲取；選用哪種知識獲取方法需要根據(jù)當(dāng)前的系統(tǒng)，以及用戶的需求來決定。但在有些大型系統(tǒng)上還可能會用到不是僅僅一種方法的。2.2數(shù)據(jù)庫2.2.1數(shù)據(jù)庫作用數(shù)據(jù)庫即為事實庫⑵，在計算機(jī)中流出一些存儲區(qū)間，以存放反應(yīng)系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)的事實，存放用戶回答的事實、已知的事實和由推理而得的事實，即由已知事實推導(dǎo)出的假設(shè)成立時，也作為事實。其綜合數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容是不斷變化的。2.2.2數(shù)據(jù)庫建立"反芻動物"/*1*/,”蹄類動物”/*2*/,"哺乳動物"/*3*/,"目視前方"/*4*/,”有爪子”/*5*/,”有犬齒"/*6*/,"吃肉"/*7*/,"下蛋"/*8*/,"會飛"/*9*/,"有羽毛"/*10*/,"有蹄"/*11*/,”肉食動物”/*12*/,"鳥類"/*13*/,"產(chǎn)奶”/*14*/,"有毛發(fā)"/*15*/,

"善飛"/*16*/,"黑白色" /*17*/,"會游泳" /*18*/,"長腿"/*19*/,"長脖子" /*20*/,"有黑色條紋"/*21*/,"有暗斑點" /*22*/,"黃褐色" /*23*/,"信天翁" /*24*/,"企鵝"/*25*/,"鴕鳥" /*26*/,"斑馬" /*27*/,"長頸鹿"/*28*/,"老虎" /*29*/,"獵豹" /*30*/,"\0"};intrulep[][6]={{22,23,12,3,0,0},{21,23,12,3,0,0},{22,19,20,11,0,0},intrulec[]={{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}};30, 29, 28,27, 26,24, 3,13, 13,12, 11,三、推理機(jī)構(gòu)25,3,12,11};3.1推理機(jī)介紹3.1.1推理機(jī)作用原理推理機(jī)是一組函數(shù)【4】，本例既有正向推理機(jī)又有反向推理機(jī)，都是用精確推理。推理機(jī)是實施問題求解的核心執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它是對知識進(jìn)行解釋的程序，根據(jù)知識的語義，對按一定策略找到的知識進(jìn)行解釋執(zhí)行，并把結(jié)果記錄到動態(tài)庫的適當(dāng)空間中去。3.1.2推理網(wǎng)絡(luò)下圖為識別本文中所舉的識別七種動物時所規(guī)則形成的推理網(wǎng)絡(luò)：

3.2正向推理3.2.1正向推理基本思想用戶首先提供一批事實，存放到數(shù)據(jù)庫中，然后推理機(jī)進(jìn)行工作。方法是：推理機(jī)用這批事實與知識庫中規(guī)則的前提進(jìn)行匹配。把匹配成功的規(guī)則的結(jié)論部分作為新的事實加到數(shù)據(jù)庫中去（這時，數(shù)據(jù)庫中的事實增加了）。再用更新后的數(shù)據(jù)庫中的所有事實，重復(fù)上述①②二步，如此反復(fù)進(jìn)行，直到得以結(jié)論（答案）或不再有新的事實加到數(shù)據(jù)庫為止。例如，用戶輸入一批事實：動物有暗斑點、長脖子、長腿、產(chǎn)奶、有蹄子（這批事實存放在數(shù)據(jù)庫中），要求系統(tǒng)判斷這是一個什么動物？推理機(jī)利用這批事實來匹配規(guī)則。3.2.2正向推理示意圖A令1=1+1*A令1=1+1*取出規(guī)則1的結(jié)論部分/這蛀結(jié)論是新、還能產(chǎn)牛新\事實嗎？/一"的事實嗎？恍「 ~T^-將送些結(jié)論加入數(shù)據(jù)庫， 、、、并記卜規(guī)則I （結(jié)束］「〔 3.2.3正向推理機(jī)所要具有功能要設(shè)計一個正向推理機(jī)，就是設(shè)計一組程序，使其至少具有以下的功能【3】：能用數(shù)據(jù)庫中的事實去匹配規(guī)則的前提，若匹配不成功，能自動地進(jìn)行嚇一跳規(guī)則的匹配。這里如何匹配最為合適，是設(shè)計專家系統(tǒng)者根據(jù)專業(yè)特點和知識表示等情況，需要很好考慮的問題，也就是在匹配時到底用什么策略等問題都需要考慮周全；若某條規(guī)則匹配成功，系統(tǒng)能將此規(guī)則的結(jié)論部分自動加入數(shù)據(jù)庫；能判斷何時應(yīng)結(jié)束推理；能將匹配成功的規(guī)則記錄下來；

3.3反向推理3.3.1反向推理基本思想由用戶或系統(tǒng)首先提出一批假設(shè)，然后系統(tǒng)逐一驗證這些假設(shè)的真假性，方法：看假設(shè)是含在數(shù)據(jù)庫中，若在，則假設(shè)成立，推理結(jié)束或進(jìn)行下一個假設(shè)的驗證，否則進(jìn)行下一步。判斷這些假設(shè)是否是證據(jù)節(jié)點，若是，系統(tǒng)提問用戶，否則進(jìn)行下一步。找出結(jié)論部分包含此假設(shè)的那些規(guī)則，把這些規(guī)則的所有前提作為新的假設(shè)。重復(fù)①、②、③步。3.3.2反向推理示意圖g/此假設(shè)還在數(shù)、“X、據(jù)庫中嗎？/[gg/此假設(shè)還在數(shù)、“X、據(jù)庫中嗎？/[g告//此假設(shè)是各是、證抓七點？ /惱一找出結(jié)論部分包含此假設(shè)的那些規(guī)則或f此假設(shè)成立-M結(jié)束提問用戶找出規(guī)則之-的1個前一

提作為新的f假設(shè)/有此手\無\實由？/將此事實記入數(shù)據(jù)* 「 …或r~ （結(jié)束）3.3.3反向推理機(jī)所要具有功能能根據(jù)用戶要求或情況提出假設(shè);能驗證此假設(shè)是否是在數(shù)據(jù)庫中；能把知識庫中將結(jié)論部分包含此假設(shè)的規(guī)則都找出來；能將找出來地規(guī)則的前提部分取出，并作為新的假設(shè)逐條驗證；能判斷假設(shè)是否是證據(jù)接點，若是，能向用戶提出相應(yīng)的問題，并記錄結(jié)果;能將匹配成功的規(guī)則記錄下來；能判斷何時應(yīng)結(jié)束推理；四、實例系統(tǒng)實現(xiàn)4.1系統(tǒng)介紹此系統(tǒng)是實現(xiàn)了《人工智能教程（的二版）》專家系統(tǒng)實例里的動物識別系統(tǒng)。此系統(tǒng)是識別一一老虎、獵豹、斑馬、長頸鹿、鴕鳥、企鵝、信天翁等七種動物。是嚴(yán)格遵循了知識庫中的規(guī)則，并運用C語言在VisualC++6.0環(huán)境下實驗編譯同過的。因為各種原因沒能設(shè)計實現(xiàn)出比較精美的界面，但還是體現(xiàn)出了很多專家系統(tǒng)所該具備的東西和功能。4.2基本思路根據(jù)產(chǎn)生式系統(tǒng)的原理，該系統(tǒng)一般由規(guī)則庫、綜合數(shù)據(jù)庫、控制系統(tǒng)三部分構(gòu)成。先定義規(guī)則庫結(jié)構(gòu)體，里面包括Condition[6][20]，result[20]和規(guī)則數(shù)Cnum，再定義綜合數(shù)據(jù)庫即事實庫，里面包括item[20][20]，和事實數(shù)Fnum，主要用到的參數(shù)就是這些。然后初始化規(guī)則庫和綜合數(shù)據(jù)庫，編輯規(guī)則庫。之后就是主程序，也就是推理機(jī)的作用：先讓用戶輸入事實，然后與規(guī)則庫中的知識從第一條開始逐條匹配，當(dāng)匹配成功時，將結(jié)論插入事實庫并更新事實庫，再逐條匹配，依次循環(huán).最終如果能匹配成功就顯示‘該動物是..’，否則顯示'無法識別該動物’，程序結(jié)束。4.3程序主要代碼見附錄二

五、結(jié)論動物識別專家系統(tǒng)實現(xiàn)起來也許相對簡單一些，但基本上也包括了專家系統(tǒng)的各個組成部分。動物識別具有一定的智能性，但是根據(jù)所采用的匹配方法的不同其智能性也有不小的差距。而知識庫的管理和數(shù)據(jù)庫的設(shè)計是否完善對于動物識別專家系統(tǒng)是極為關(guān)鍵的，這也是很多此類專家系統(tǒng)的通病。參考文獻(xiàn)：【1】王士同，陳慧萍，趙躍華，錢旭.人工智能教程[M]（第二版）北京：電子工業(yè)出版社，2006:188-206WangShi-tong,ChenHui-ping,ZhaoYue-hua,QianXu.Artificialintelligencecourse[M]Beijing:ElectronicIndustryPress,2006:188-206【2】馬鳴遠(yuǎn).人工智能與專家系統(tǒng)導(dǎo)論[M]北京：清華大學(xué)出版社,2006:232-238MaMing-yuan.Introductionofartificialintelligenceandexpertsystem[M]Beijing:TsinghuaUniversitypress,2006:232-238【3】敖志剛.人工智能與專家系統(tǒng)導(dǎo)論[M]合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2002:165-197AoZhi-gang.Introductionofartificialintelligenceandexpertsystem[M]Hefei:PressofUSTC,2002:165-197【4】渠川路.人工智能、專家系統(tǒng)及智能計算機(jī)[M]北京：航空航天大學(xué)出版社，1991:123-156QuChuan-lu.Artificialintelligence,Expertsystemandintelligentcomputer[M]Beijing:UniversitiofAeronauticsandAstronauticsPress,1991:165-197附錄一源程序如下：#include"iostream.h"#include"stdio.h"#include"conio.h"#include"string.h"typedefstructRule//定義規(guī)則庫{charCondition[6][20];charResult[20];intCnum;boolused;}rule;typedefstructFact//定義綜合數(shù)據(jù)庫{charitem[20][20];intFnum;}fact;ruler[100];factf;voidCreate_Rules();//初始化規(guī)則庫voidCreate_Facts();//初始化綜合數(shù)據(jù)庫intGet_RulesNum();voidRatiocinate(intn);voidmain(){intRnum=0;Create_Rules();Create_Facts();Rnum=Get_RulesNum();//cout<<Rnum<<endl;Ratiocinate(Rnum);}voidCreate_Rules(){strcpy(r[0].Condition[0],”有毛發(fā)”)；strcpy(r[0].Result,”哺乳動物”)；r[0].Cnum=1;r[0].used=false;strcpy(r[1].Condition[0],"奶”)；strcpy(r[1].Result,”哺乳動物”)；r[1].Cnum=1;r[1].used=false;strcpy(r[2].Condition[0],”有羽毛”);strcpy(r[2].Result,"鳥”)；r[2].Cnum=1;r[2].used=false;sirepy(rs.CondEonoL=*^=Jsirepy(rs.CondEonE、=*TM=Jsirepy(rs.Resu-L->=)umn2;rs.usednfa-se;sirepy(rE.CondEonoL-S3-Wsirepy(rE.Resu-L-#3理曹--)JumnLrE.usednfa-se;sirepy(rs.CondEonoL-4片S--Lsirepy(rs.CondEonE、-4^=Jsirepy(rs.CondEonE、括沖寫tju-wsircpy(rs.Resu<#3理umn3;rs.usednfa-se;acpy(rs.CondEonoL-a鑿理wwsirepy(rs.CondEonE、=BWS1rcpy(rs.Resu-L-4>理umn2;rs.usednfa-se;s1Tcpy(r3.condEonoL-4>理營=Jstrcpy(r3.condEonE、-矗河>理wwS1rcpy(r3.Resu-L-4>理umn2JW17斗r3.usednfa-se;sirepy(rg?CondEonoL-MML理曹=Jsirepy(rg?CondEonE、-#3理曹=Jsirepy(rg?CondEonE、-M^i^-Ws1rcpy(rooJ.condEons、-wk^??lnr=JS1rcpy(rg?Resu-L--命席潛三rooJ.cnumgroorsednfa-se;sirepy(rs.CondEonoL-MML理曹=Jsirepy(rs.CondEonE、-#3理曹=Jsirepy(rs.CondEonE、-M^i^-Wstrcpy(rs.condEons、-4!w^*涔=Jsirepy(rs.Resu-L-M=Jumgrs.usednfa-se;sirepy(二10J?CondEonoL-4>理曹-Wsirepy(二10J?CondEonE、--木濤三sirepy(二10J?CondEonE、=^W-H=Jacpy(二10J?CondEons、-wk^??lnr=Jaepy(二10J.Resu-<木sww二一。J.cnumg二一。J.usednfa-seJsirepy(二11J?CondEonoL-4WB理曹-Waepy(二llhcondEonELwk^!?^*涔=JM18斗sirepy(二11J?Resu-L-?<l?w二一一J.cnum&二一一rsednfa-se;sirepy(二12J?CondEonoL->=)aepy(二12J.condEonE、-4木W(wǎng)-H-Wsirepy(二12J?CondEonE、--木濤三sirepy(二12J?CondEons、=m*^waepy(二ID.COndEo三4L-4!wm3^waepy(二12J.Resu<s>w二ID.Cnumny1二12rsednfa-se;sirepy(二13J?CondEonoL->=)sirepy(二13J?CondEonE、=*靠其三sirepy(二13J?CondEonE、=m*^waepy(二13J.C0ndE0ns、-4!wm3^=;aepy(二13J?Resu-<號?三二13J.cnumn4J二13rsednfa-se;sirepy(二14J?CondEonoL->=)sirepy(二14J?CondEonE、--nB^-wsirepy(二14J?Resu-L-a^-w二14J.cnum&二14husednfa-se;voidCrea￡—Facis()printf("請輸入該動物特性(中間加空格，Enter鍵結(jié)束)\n");scanf("%s%s%s%s%s”,&f.item[0],&f.item[1],&f.item[2],&f.item[3],&f.item⑷)；f.Fnum=5;}intGet_RulesNum(){intnum=0;inti=0;while(1){if(r[i].Condition[0][0]=='\0'){brea