人工智能小型专家系统的设计和实现.docx

人工智能技术基础试验汇报

指导老师： 朱力
任课老师： 张勇

试验三 小型教授系统设计和实现
一、试验目标
（1）增加学生对人工智能课程爱好；
（2）使学生深入了解并掌握人工智能prolog语言；
（3）使学生加强对教授系统课程内容了解和掌握，并培养学生综合利用所学知识开发智能系统初步能力。
二、试验要求
（1）用产生式规则作为知识表示，用产生系统实现该教授系统。
（2）可使用本试验指导书中给出示例程序，此时只需了解该程序，并增加自己感爱好修改即可；也能够参考该程序，然后用PROLOG语言或其它语言另行编写。
（3）程序运行时，应能在屏幕上显示程序运行结果。
三、试验环境
在Turbo PROLOG或Visual Prolog集成环境下调试运行简单PROLOG程序。
四、试验内容
建造一个小型教授系统（如分类、诊疗、估计等类型），具体应用领域由学生自选，具体系统名称由学生自定。
五、试验步骤
1、教授系统：
1.1建造一个完整教授系统设计需完成内容：
1．用户界面：可采取菜单方法或问答方法。
2．知识库（规则库）：存放产生式规则，库中规则能够增删。
3．数据库：用来存放用户回复问题、已知事实、推理得到中
间事实。
4．推理机：怎样利用知识库中规则进行问题推理控制，提议
用正向推理。
5．知识库中规则能够随意增减。
1.2推理策略
推理策略包含： 正向（数据驱动），反向（目标驱动），双向 
2、动物分类试验规则集
（1）若某动物有奶，则它是哺乳动物。
（2）若某动物有毛发，则它是哺乳动物。
（3）若某动物有羽毛，则它是鸟。
（4）若某动物会飞且生蛋，则它是鸟。
（5）若某动物是哺乳动物且有爪且有犬齿且目盯前方，则它是食肉动物。
（6）若某动物是哺乳动物且吃肉，则它是食肉动物。
（7）若某动物是哺乳动物且有蹄，则它是有蹄动物。
（8）若某动物是有蹄动物且反刍食物，则它是偶蹄动物。
（9）若某动物是食肉动物且黄褐色且有黑色条纹，则它是老虎。
（10）若某动物是食肉动物且黄褐色且有黑色斑点，则它是猎豹。
（11）若某动物是有蹄动物且长腿且长脖子且黄褐色且有暗斑点，则它是长颈鹿。
（12）若某动物是有蹄动物且白色且有黑色条纹，则它是斑马。
（13）若某动物是鸟且不会飞且长腿且长脖子且黑白色，则它是驼鸟。
（14）若某动物是鸟且不会飞且会游泳且黑白色，则它是企鹅。
（15）若某动物是鸟且善飞且不怕风浪，则它是海燕。
 3、试验具体步骤
本试验用正向推理策略来完成，实现推理机程序和知识库具体内容无关，对知识库修改不需要改动推理机。
1、充足了解知识库现有知识，提出待处理问题 
2、建立规则库 
3、从规则库中获取可用规则集 
4、确定搜索控制策略（比如：估价函数策略）
5、经过搜索控制策略，从规则集中选出最优规则 
6、实施最优规则，更新知识库 
7、反复数次以上步骤
8、取得处理方案或无解 
4、编写程序及调试运行步骤
4.1程序代码
“小型动物分类教授系统”
/*An Animal Classifying Expert System*/
database
xpositive(symbol,symbol)
xnegative(symbol,symbol)
predicates
run
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 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),
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(_).
/* Knowledge Base*/
animal_is(cheetah):- %猎豹
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):- %长颈鹿
it_is(ungulate),
positive(has, long_neck),
positive(has, long_legs),
positive(has, dark_spots).
animal_is(zebra):- %斑马
it_is(ungulate),
positive(has,black_stripes).
animal_is(ostrich):- %鸵鸟
it_is(bird),
negative(does, fly),
positive(has, long_neck),
positive(has, long_legs),
positive(has, black_and_white_color).
animal_is(penguin):- %企鹅
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):- %哺乳动物
positive(has,hair).
it_is(mammal):-
positive(does,give_milk).
it_is(bird):- %鸟类
positive(has,feathers).
it_is(bird):-
positive(does,fly),
positive(does,lay_eggs).
it_is(carnivore):- %肉食动物
positive(does,eat_meat).
it_is(carnivore):-
it_is(mammal),
positive(has,pointed_teeth),
positive(has,claws),
positive(has,forward_eyes).
it_is(ungulate):- %有蹄类动物
it_is(mammal),
positive(has,hooves).
it_is(ungulate):-
it_is(mammal),
positive(does,chew_cud).
4.2调试步骤
1．在TXT文本中编写规则代码，添加到状态图通用搜索程序中，修改程序。
2．打开Turbo prolog2.0文件，开启prolog.exe应用程序，并按空格键(SPACE)进入集成开发环境。
3.选择Setup项，打开下拉菜单，选择Directories项，进行工作目录修改，按Esc键退出，选择Save Configuration项，保留修改。
4.在对应路径所在文件件夹中会生成work.Pro文件将其用文本打开，将要运行程序写入，保留。
5.选择Files项，选择Load项，选择要打开示例程序
6.编辑以后，能够选择Run项，实施程序，能够在Dialog窗口进行问询，并回复y/n，依次回复问题，即可找到解
7.退出，选择Quit项，能够退出Turbo Prolog程序。
4.3书籍识别系统
依据所给示例程序，我修改出一个简单书籍识别系统
4.3.1系统介绍
这是一个简单书籍识别系统，有：   唐诗三百首、鲁迅散文集 、红楼梦 、泰戈尔诗词 、咆哮山庄。使用我们这个系统，只需依据窗口提供内容回复y/n，系统将会帮你选择你可能中意书籍。
该教授系统设计书籍特征是：汉字，英文，诗集，散文，小说
多种书籍特征以下：
书籍
特征
唐诗三百首
汉字
诗词
红楼梦
汉字
小说
泰戈尔诗词
英文
诗词
鲁迅散文集
汉字
散文
咆哮山庄
英文
小说
4.3.2系统程序
database
xpositive(symbol,symbol)
xnegative(symbol,symbol)
predicates
run
book_is(symbol)
positive(symbol,symbol)
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_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):-asserta(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):- %唐诗三百首
positive(is,chinese),
positive(is,poem).
book_is(luxunwenji):- %鲁迅文集
positive(is,chinese),
positive(is, prose).
book_is(hongloumeng):- %红楼梦
positive(is, chinese),
positive(is, novel).
book_is(taigerwenji):- %泰戈尔文集
positive(is, english),
positive(is, poem).
book_is(huxiaoshanzhaung):- %咆哮山庄
positive(is, english),
positive(is, novel).

五、试验结果
5.1动物分类试验结果

图1

图2

图3
5.2书籍识别试验结果

图4

图5

图6
六、问题思索
思索：你所实现基于产生式教授系统所采取推理算法是正向推理还是反向推理？采取prolog语言编写教授系统有何优点和不足？
解：（1）正向推理（2）严格来讲，该教授系统程序中并无显式推理机，而是利用了PROLOG语言本身推理机制实现推理。这就是说，用PROLOG编写教授系统程序，能够省去推理机部分。假如用其它语言编程，推理机则是必不可少。当然，用PROLOG编写教授系统程序，也能够不用它本身推理机作为所实现教授系统推理机，而用户自己重新编写一个显式推理机，这可依据问题和需要而定。假如要重新编写推理机，通常说来，规则就要用PROLOG事实来实现。知识库就要用PROLOG动态数据库来实现。
七、试验中出现问题及处理方案
试验中因为最开始对于教授系统了解不够深刻，对于了解小动物分类程序是，碰到了很多问题，以后我仔细看了书，掌握了教授系统整体架构，对于动态数据库有了一定了解，加深了我对于程序了解，同时有咨询老师和同学，了解了程序。
在了解程序以后，我又尝试着自己改编了一段小程序，即使碰到了部分语句上小问题，不过翻书以后，问题能够处理，同时程序能够运行出来。
八、试验总结
经过此次试验，加深了我对人工智能课程爱好，深入掌握了prolog语言，加深了我对于教授系统了解和掌握，了解了教授系统知识库，推理机，动态数据库。而且在这最终一次人工智能上机试验中，尝试着自己修改编写一段程序，相对于前两次试验，我对于prolog语言利用愈加熟悉。