人工智能小型專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).docx

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1、 人工智能技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 指導(dǎo)老師： 朱力 任課教師： 張勇 實(shí)驗(yàn)三 小型專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? （1）增加學(xué)生對(duì)人工智能課程的興趣； （2）使學(xué)生進(jìn)一步理解并掌握人工智能prolog語(yǔ)言； （3）使學(xué)生加強(qiáng)對(duì)專家系統(tǒng)課程內(nèi)容的理解和掌握，并培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)開(kāi)發(fā)智能系統(tǒng)的初步能力。 二、實(shí)驗(yàn)要求 （1）用產(chǎn)生式規(guī)則作為知識(shí)表示，用產(chǎn)生系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)該專家系統(tǒng)。 （2）可使用本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)中給出的示例程序，此時(shí)只需理解該程序，并增加自己感興

2、趣的修改即可；也可以參考該程序，然后用PROLOG語(yǔ)言或其他語(yǔ)言另行編寫(xiě)。 （3）程序運(yùn)行時(shí)，應(yīng)能在屏幕上顯示程序運(yùn)行結(jié)果。 三、實(shí)驗(yàn)環(huán)境 在Turbo PROLOG或Visual Prolog集成環(huán)境下調(diào)試運(yùn)行簡(jiǎn)單的PROLOG程序。 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 建造一個(gè)小型專家系統(tǒng)（如分類、診斷、預(yù)測(cè)等類型），具體應(yīng)用領(lǐng)域由學(xué)生自選，具體系統(tǒng)名稱由學(xué)生自定。 五、實(shí)驗(yàn)步驟 1、專家系統(tǒng)： 1.1建造一個(gè)完整的專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)需完成的內(nèi)容： 1．用戶界面：可采用菜單方式或問(wèn)答方式。 2．知識(shí)庫(kù)（規(guī)則庫(kù)）：存放產(chǎn)生式規(guī)則，庫(kù)中的規(guī)則可以增刪。 3．?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)：用來(lái)存放用戶回答的問(wèn)題、已知事實(shí)

3、、推理得到的中 間事實(shí)。 4．推理機(jī)：如何運(yùn)用知識(shí)庫(kù)中的規(guī)則進(jìn)行問(wèn)題的推理控制，建議 用正向推理。 5．知識(shí)庫(kù)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(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)），反向（目標(biāo)驅(qū)動(dòng)），雙向 2、動(dòng)物分類實(shí)驗(yàn)規(guī)則集 （1）若某動(dòng)物有奶，則它是哺乳動(dòng)物。 （2）若某動(dòng)物有毛發(fā)，則它是哺乳動(dòng)物。 （3）若某動(dòng)物有羽毛，則它是鳥(niǎo)。 （4）若某動(dòng)物會(huì)飛且生蛋，則它是鳥(niǎo)。 （5）若某動(dòng)物是哺乳動(dòng)物且有爪且有犬齒且目盯前方，則它是食肉動(dòng)物。 （6）若某動(dòng)物是哺乳動(dòng)物且吃肉，則它是食肉動(dòng)物。 （7）若某動(dòng)物是哺乳動(dòng)物且有蹄，則它是有蹄動(dòng)物。 （8）若某動(dòng)物是有蹄動(dòng)

4、物且反芻食物，則它是偶蹄動(dòng)物。 （9）若某動(dòng)物是食肉動(dòng)物且黃褐色且有黑色條紋，則它是老虎。 （10）若某動(dòng)物是食肉動(dòng)物且黃褐色且有黑色斑點(diǎn)，則它是獵豹。 （11）若某動(dòng)物是有蹄動(dòng)物且長(zhǎng)腿且長(zhǎng)脖子且黃褐色且有暗斑點(diǎn)，則它是長(zhǎng)頸鹿。 （12）若某動(dòng)物是有蹄動(dòng)物且白色且有黑色條紋，則它是斑馬。 （13）若某動(dòng)物是鳥(niǎo)且不會(huì)飛且長(zhǎng)腿且長(zhǎng)脖子且黑白色，則它是駝鳥(niǎo)。 （14）若某動(dòng)物是鳥(niǎo)且不會(huì)飛且會(huì)游泳且黑白色，則它是企鵝。 （15）若某動(dòng)物是鳥(niǎo)且善飛且不怕風(fēng)浪，則它是海燕。 3、實(shí)驗(yàn)具體步驟 本實(shí)驗(yàn)用正向推理策略來(lái)完成，實(shí)現(xiàn)推理機(jī)的程序與知識(shí)庫(kù)的具體內(nèi)容無(wú)關(guān)，對(duì)知識(shí)庫(kù)的修改不需要改動(dòng)推理

5、機(jī)。 1、充分理解知識(shí)庫(kù)現(xiàn)有知識(shí)，提出待解決問(wèn)題 2、建立規(guī)則庫(kù) 3、從規(guī)則庫(kù)中獲取可用規(guī)則集 4、確定搜索控制策略（例如：估價(jià)函數(shù)策略） 5、通過(guò)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(shí)庫(kù) 7、反復(fù)多次以上步驟 8、獲得解決方案或無(wú)解 4、編寫(xiě)程序及調(diào)試運(yùn)行步驟 4.1程序代碼 “小型動(dòng)物分類專家系統(tǒng)” /*An Animal Classifying Expert System*/ database xpositive(symbol,symbol) xnegative(symbol,symbol) predicates run

6、 animal_is(symbol) it_is(symbol) positive(symbol,symbol) negative(symbol,symbol) clear_facts remember(symbol,symbol,symbol) ask(symbol,symbol) goal run. clauses run:- animal_is(X), !, write("\nYour animal may be a(n) ", X), nl, nl, clear_facts. run:- write("\nUnable

7、to determine what"), write("your animal is.\n\n"), 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),

8、remember(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("\n\nPlease press the space bar to Exist"), readchar(_). /* K

9、nowledge Base*/ animal_is(cheetah):- %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(zhǎng)頸鹿 it_is(ungulate), positive(has,

10、 long_neck), positive(has, long_legs), positive(has, dark_spots). animal_is(zebra):- %斑馬 it_is(ungulate), positive(has,black_stripes). animal_is(ostrich):- %鴕鳥(niǎo) it_is(bird), negative(does, fly), positive(has, long_neck), positive(has, long_legs), positive(has, black_a

11、nd_white_color). animal_is(penguin):- %企鵝 it_is(bird), negative(does, fly), positive(does, swim), positive(has, black_and_white_color). animal_is(albatross):- %信天翁 it_is(bird), positive(does,fly_well). it_is(mammal):- %哺乳動(dòng)物 positive(has,hair). it_is(mammal):- positive

12、(does,give_milk). it_is(bird):- %鳥(niǎo)類 positive(has,feathers). it_is(bird):- positive(does,fly), positive(does,lay_eggs). it_is(carnivore):- %肉食動(dòng)物 positive(does,eat_meat). it_is(carnivore):- it_is(mammal), positive(has,pointed_teeth), positive(has,claws), positive(has,fo

13、rward_eyes). it_is(ungulate):- %有蹄類動(dòng)物 it_is(mammal), positive(has,hooves). it_is(ungulate):- it_is(mammal), positive(does,chew_cud). 4.2調(diào)試步驟 1．在TXT文本中編寫(xiě)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(kāi)Turbo prolog2.0文件，啟動(dòng)prolog.exe應(yīng)用程序，并按空格鍵(SPACE)進(jìn)入集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。 3.選擇Setup項(xiàng)，打開(kāi)下拉菜單，選擇Directories項(xiàng)，進(jìn)行工作目錄修改，

14、按Esc鍵退出，選擇Save Configuration項(xiàng)，保存修改。 4.在相應(yīng)的路徑所在文件件夾中會(huì)生成work.Pro文件將其用文本打開(kāi)，將要運(yùn)行的程序?qū)懭耄４妗? 5.選擇Files項(xiàng)，選擇Load項(xiàng)，選擇要打開(kāi)的示例程序 6.編輯之后，可以選擇Run項(xiàng)，執(zhí)行程序，可以在Dialog窗口進(jìn)行詢問(wèn)，并回答y/n，依次回答問(wèn)題，即可找到解 7.退出，選擇Quit項(xiàng)，可以退出Turbo Prolog程序。 4.3書(shū)籍識(shí)別系統(tǒng) 根據(jù)所給示例程序，我修改出一個(gè)簡(jiǎn)單的書(shū)籍識(shí)別系統(tǒng) 4.3.1系統(tǒng)簡(jiǎn)介 這是一個(gè)簡(jiǎn)單的書(shū)籍識(shí)別系統(tǒng)，有：唐詩(shī)三百首、魯迅散文集、紅樓夢(mèng)、泰戈?duì)栐?shī)詞、呼嘯山

15、莊。使用我們這個(gè)系統(tǒng)，只需根據(jù)窗口提供的內(nèi)容回答y/n，系統(tǒng)將會(huì)幫你選擇你可能中意的書(shū)籍。 該專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)書(shū)籍的特性是：中文，英文，詩(shī)集，散文，小說(shuō) 各種書(shū)籍特性如下： 書(shū)籍 特性 唐詩(shī)三百首 中文 詩(shī)詞 紅樓夢(mèng) 中文 小說(shuō) 泰戈?duì)栐?shī)詞 英文 詩(shī)詞 魯迅散文集 中文 散文 呼嘯山莊 英文 小說(shuō) 4.3.2系統(tǒng)程序 database xpositive(symbol,symbol) xnegative(symbol,symbol) predicates run book_is(symbol) positive(symbol,symb

16、ol) negative(symbol,symbol) clear_facts remember(symbol,symbol,symbol) ask(symbol,symbol) goal run. clauses run:- book_is(X), !, write("\nYour favorite book may be ", X), nl, nl, clear_facts. run:- write("\nUnable to determine what"), write("your book is.\n\n"), clear

17、_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("Question:- ",X, " it ", Y, "?\n"), readln(Reply), remember(X,Y, Reply). remember(X,Y, y):-asse

18、rta(xpositive(Y)). remember(X,Y, n):-asserta(xnegative(Y)),fail. clear_facts:-retract(xpositive(_, _)),fail. clear_facts:-retract(xnegative(_, _)),fail. clear_facts:-write("\n\nPlease press the space bar to Exist"), readchar(_). /* Knowledge Base*/ book_is(tangShiSaibaishou):- %唐詩(shī)三百首

19、 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(mèng) positive(is, chinese), positive(is, novel). book_is(taigerwenji):- %泰戈?duì)栁募? positive(is, english), positive(is, poem). book_is(h

20、uxiaoshanzhaung):- %呼嘯山莊 positive(is, english), positive(is, novel). 五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 5.1動(dòng)物分類實(shí)驗(yàn)結(jié)果 圖1 圖2 圖3 5.2書(shū)籍識(shí)別實(shí)驗(yàn)結(jié)果 圖4 圖5 圖6 六、問(wèn)題思考 思考：你所實(shí)現(xiàn)的基于產(chǎn)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(yǔ)言編寫(xiě)專家系統(tǒng)有何優(yōu)點(diǎn)與不足？ 解：（1）正向推理（2）嚴(yán)格來(lái)講，該專家系統(tǒng)程序中并無(wú)顯式的推理機(jī)，而是利用了PROLOG語(yǔ)言本身的推理機(jī)制實(shí)現(xiàn)推理的。這就是說(shuō)，用PROLOG編寫(xiě)

21、專家系統(tǒng)程序，可以省去推理機(jī)部分。如果用其他語(yǔ)言編程，推理機(jī)則是必不可少的。當(dāng)然，用PROLOG編寫(xiě)專家系統(tǒng)程序，也可以不用它自身的推理機(jī)作為所實(shí)現(xiàn)的專家系統(tǒng)的推理機(jī)，而用戶自己重新編寫(xiě)一個(gè)顯式的推理機(jī)，這可根據(jù)問(wèn)題和需要而定。如果要重新編寫(xiě)推理機(jī)，一般說(shuō)來(lái)，規(guī)則就要用PROLOG的事實(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)。知識(shí)庫(kù)就要用PROLOG的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 七、實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方案 實(shí)驗(yàn)中由于最開(kāi)始對(duì)于專家系統(tǒng)了解不夠深刻，對(duì)于理解小動(dòng)物分類的程序是，遇到了很多問(wèn)題，后來(lái)我仔細(xì)看了書(shū)，掌握了專家系統(tǒng)的整體架構(gòu)，對(duì)于動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)有了一定的了解，加深了我對(duì)于程序的理解，同時(shí)有咨詢老師和同學(xué)，理解了程序。 在理解程序之后，我又嘗試著自己改編了一段小程序，雖然遇到了一些語(yǔ)句上的小問(wèn)題，但是翻書(shū)之后，問(wèn)題可以解決，同時(shí)程序可以運(yùn)行出來(lái)。 八、實(shí)驗(yàn)總結(jié) 通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，加深了我對(duì)人工智能課程的興趣，進(jìn)一步掌握了prolog語(yǔ)言，加深了我對(duì)于專家系統(tǒng)的理解和掌握，理解了專家系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)，推理機(jī)，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)。并且在這最后一次人工智能上機(jī)實(shí)驗(yàn)中，嘗試著自己修改編寫(xiě)一段程序，相對(duì)于前兩次實(shí)驗(yàn)，我對(duì)于prolog語(yǔ)言的運(yùn)用更加熟悉。 16