《人工智能》课程设计报告-动物识别系统

1、 计算机科学与技术学院?人工智能?课程设计报告设计题目：动物识别系统设计人员：学号：学号：学号：学号：学号：学号：指导教师： 2021年7月 目录TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc31712 目录 PAGEREF _Toc31712 1 HYPERLINK l _Toc31315 摘 要 PAGEREF _Toc31315 3 HYPERLINK l _Toc26455 Abstract PAGEREF _Toc26455 4 HYPERLINK l _Toc19682 一、专家系统根本知识 PAGEREF _Toc19682 5 HYPERLINK l _Toc95

2、79 1.1专家系统实际应用 PAGEREF _Toc9579 5 HYPERLINK l _Toc4991 1.2专家系统的开发 PAGEREF _Toc4991 5 HYPERLINK l _Toc26791 二、设计根本思路 PAGEREF _Toc26791 5 HYPERLINK l _Toc14261 PAGEREF _Toc14261 5 HYPERLINK l _Toc6379 PAGEREF _Toc6379 5 HYPERLINK l _Toc7260 2.1.2 知识库建立 PAGEREF _Toc7260 6 HYPERLINK l _Toc9789 2.1.3 知识库

3、获取 PAGEREF _Toc9789 7 HYPERLINK l _Toc28586 2.2 数据库 PAGEREF _Toc28586 7 HYPERLINK l _Toc13090 PAGEREF _Toc13090 7 HYPERLINK l _Toc19119 PAGEREF _Toc19119 7 HYPERLINK l _Toc23195 三、推理机构 PAGEREF _Toc23195 8 HYPERLINK l _Toc29133 PAGEREF _Toc29133 8 HYPERLINK l _Toc14146 3.1.1 推理机作用原理 PAGEREF _Toc14146

4、 8 HYPERLINK l _Toc26100 PAGEREF _Toc26100 8 HYPERLINK l _Toc15386 3.2 正向推理 PAGEREF _Toc15386 9 HYPERLINK l _Toc13474 3.2.1 正向推理根本思想 PAGEREF _Toc13474 9 HYPERLINK l _Toc13581 3.2.2 正向推理示意图 PAGEREF _Toc13581 10 HYPERLINK l _Toc9462 3.2.3 正向推理机所要具有功能 PAGEREF _Toc9462 10 HYPERLINK l _Toc13359 PAGEREF _

5、Toc13359 11 HYPERLINK l _Toc4700 PAGEREF _Toc4700 11 HYPERLINK l _Toc6715 3.3.2 反向推理示意图 PAGEREF _Toc6715 11 HYPERLINK l _Toc2460 PAGEREF _Toc2460 11 HYPERLINK l _Toc7148 四、实例系统实现 PAGEREF _Toc7148 12 HYPERLINK l _Toc9039 PAGEREF _Toc9039 12 HYPERLINK l _Toc29468 根本思路 PAGEREF _Toc29468 12 HYPERLINK l

6、_Toc12038 程序主要代码 PAGEREF _Toc12038 12 HYPERLINK l _Toc8650 PAGEREF _Toc8650 13 HYPERLINK l _Toc7336 五、结论 PAGEREF _Toc7336 13 HYPERLINK l _Toc7806 参考文献： PAGEREF _Toc7806 14 HYPERLINK l _Toc15832 附录一 PAGEREF _Toc15832 15 HYPERLINK l _Toc15525 附录二 PAGEREF _Toc15525 24摘 要 动物识别专家系统是将人的思维过程转化为计算机语言的逻辑过程，其

7、关键在于知识和信息的表示，智能推理或求解的根底知识库的创立和管理，以及基于某种知识和信息表示的智能推理或求解过程。使动物识别具有一定的智能性、良好的交互性和可视化效果。本论文也主要以识别七种动物的设计思路和程序为例所写的。动物识别专家系统是人工智能中一个比拟根底的规那么演绎系统，是人工智能领域里的一个大模块的专家系统的一个特定例子。是集知识表与推理为一体的，以规那么为根底对用户提供的事实进行向前、逆向或双向的推理得出结论的一种产生式系统。如果通过良好的分析、精确地设计和细致的规划会创设出高度灵活和快速有效的识别系统，再加上良好的界面供用户添加新的事实和规那么，反响详细的错误或信息的话，那就是一

8、个相当完整的识别系统了。关键词： 人工智能 ； 专家系统 ； 动物识别Abstract animal recognition expert system is the human thinking process is transformed into the logical process of computer language, the key lies in knowledge and information, said intelligent reasoning or solving based knowledge base - creating and management, an

9、d based on some information and knowledge representation of intelligent reasoning and solving process. So that the animal identification has a certain intelligence, good interaction and visual effect. This paper also mainly to identify seven kinds of animal design ideas and procedures for the case o

10、f the written. Animal identification expert system is one of the more basic rules in artificial intelligence, and is a specific example of the expert system in the field of artificial intelligence. A production system based on rules is a production system which is based on the fact that the user is

11、provided with the facts. If the good analysis and accurate design and meticulous planning created a highly flexible, efficient and rapid recognition system, plus a good interface for users to add new facts and rules, with the wrong information feedback, that is a fairly complete knowledge system, th

12、e.Keywords: artificial intelligence; expert system; animal identification一、专家系统根本知识1.1专家系统实际应用目前专家系统已经成功地渗透到生活的各个领域，并且还产生了巨大的社会效益和经济效益。例如，像车辆传感、药物、纺织服装等重工业和轻工业领域中都会应用到，特别是在计算机领域里，现在已经是一门非常重要的学科类了。1.2专家系统的开发 专家系统设计与实现的一般过程选题与明确任务系统需求分析知识获取与概念化系统设计编程与调试系统维护与完善知识的形式化表示测试与评价 图 1【3】二、设计根本思路用产生式系统监别动物，需要一

13、种演绎机制，利用己知事实的集合做出新的结论，一种方法是替动物园中的每个动物作一个产生式，使用者首先收集所有可利用的事实，然后在产生式的表中进行扫描，寻找一个状态局部能与之匹配的产生式。一般要经过多少步并生成和利用一些中间事实才能从根本领实推出结论，这样做所包含的产生式可以比拟小，容易理解，容易使用和容易产生。动物识别专家系统中的知识库中的知识通常是用规那么表示的。2.1.2 知识库建立知识库所要遵循的规那么【1】规那么1：如果：动物有毛发那么 ：该动物是哺乳动物规那么2： 如果：动物能产奶 那么 ：该单位是哺乳动物规那么3: 如果：该动物有羽毛 那么 ：该动物是鸟规那么4： 如果：动物会飞，且

14、会下蛋 那么 ：该动物是鸟规那么5： 如果：动物吃肉 那么 ：该动物是肉食动物规那么6：如果：动物有犬齿，且有爪，且眼盯前方那么 ：该动物是食肉动物规那么7：如果：动物是哺乳动物，且有蹄那么 ：该动物是有蹄动物规那么8：如果：动物是哺乳动物，且是反刍动物那么 ：该动物是有蹄动物规那么9：如果：动物是哺乳动物，且是食肉动物，且是黄褐色的，且有暗斑点那么 ：该动物是豹规那么10：如果：如果：动物是黄褐色的，且是哺乳动物，且是食肉，且有黑条纹那么 ：该动物是虎规那么11： 如果：动物有暗斑点，且有长腿，且有长脖子，且是有蹄类那么 ：该动物是长颈鹿规那么12：如果：动物有黑条纹，且是有蹄类动物那么 ：

15、该动物是斑马规那么13：如果：动物有长腿，且有长脖子，且是黑色的，且是鸟，且不会飞那么 ：该动物是鸵鸟规那么14：如果：动物是鸟，且不会飞，且会游泳，且是黑色的那么 ：该动物是企鹅规那么15：如果：动物是鸟，且善飞那么 ：该动物是信天翁动物分类专家系统由15条规那么组成可以识别七种动物.2.1.3 知识库获取知识获取一般是指从某个活某些致使原中获取专家系统问题求解所需要的专门知识，并以某种形式在计算机中存储、传输与转移。专家系统的知识获取一般是由知识工程师与专家系统知识的获取机构共同完成的。知识获取的常用方法有以下几种【3】：手工知识获取；半自动获取；自动知识获取；人工神经网络知识获取；选用哪

16、种知识获取方法需要根据当前的系统，以及用户的需求来决定。但在有些大型系统上还可能会用到不是仅仅一种方法的。2.2 数据库数据库即为事实库【2】，在计算机中流出一些存储区间，以存放反响系统当前状态的事实，存放用户答复的事实、的事实和由推理而得的事实，即由事实推导出的假设成立时，也作为事实。其综合数据库的内容是不断变化的。char *str=, 反刍动物 /* 1 */, 蹄类动物 /* 2 */, 哺乳动物 /* 3 */, 目视前方 /* 4 */, 有爪子 /* 5 */, 有犬齿 /* 6 */, 吃肉 /* 7 */, 下蛋 /* 8 */, 会飞 /* 9 */,有羽毛 /* 10 *

17、/, 有蹄 /* 11 */, 肉食动物 /* 12 */,鸟类 /* 13 */, 产奶 /* 14 */, 有毛发 /* 15 */,善飞 /* 16 */, 黑白色 /* 17 */, 会游泳 /* 18 */,长腿 /* 19 */, 长脖子 /* 20 */, 有黑色条纹 /* 21 */,有暗斑点 /* 22 */, 黄褐色 /* 23 */, 信天翁 /* 24 */,企鹅 /* 25 */, 鸵鸟 /* 26 */, 斑马 /* 27 */,长颈鹿 /* 28 */, 老虎 /* 29 */, 猎豹 /* 30 */,0;int rulep6=22,23,12,3,0,0, 2

18、1,23,12,3,0,0, 22,19,20,11,0,0, 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;int rulec= 30, 29, 28, 27, 26, 25, 24, 3, 3, 13, 13, 12, 12, 11, 11;三、推理机构3.1.1 推理机作用原理推理机是一组函数【4】

19、，本例既有正向推理机又有反向推理机，都是用精确推理。推理机是实施问题求解的核心执行机构，它是对知识进行解释的程序，根据知识的语义，对按一定策略找到的知识进行解释执行，并把结果记录到动态库的适当空间中去。下列图为识别本文中所举的识别七种动物时所规那么形成的推理网络：老虎有犬齿有爪子目视前方有毛发吃肉长腿有奶长脖子有暗斑点有羽毛有蹄下蛋会飞善飞黑白色会游泳有黑条纹黄褐色猎豹长颈鹿信天翁斑马企鹅鸵鸟肉食动物蹄类动物反刍动物哺乳动物鸟类 图 23.2 正向推理3.2.1 正向推理根本思想用户首先提供一批事实，存放到数据库中，然后推理机进行工作。方法是：1.推理机用这批事实与知识库中规那么的前提进行匹配

20、。2.把匹配成功的规那么的结论局部作为新的事实加到数据库中去(这时，数据库中的事实增加了)。再用更新后的数据库中的所有事实，重复上述 二步，如此反复进行，直到得以结论(答案)或不再有新的事实加到数据库为止。例如，用户输入一批事实：动物有暗斑点、长脖子、长腿、产奶、有蹄子(这批事实存放在数据库中)，要求系统判断这是一个什么动物？推理机利用这批事实来匹配规那么。3.2.2 正向推理示意图 图 33.2.3 正向推理机所要具有功能要设计一个正向推理机，就是设计一组程序，使其至少具有以下的功能【3】：能用数据库中的事实去匹配规那么的前提，假设匹配不成功，能自动地进行吓一跳规那么的匹配。这里如何匹配最为

21、适宜，是设计专家系统者根据专业特点和 知识表示等情况，需要很好考虑的问题，也就是在匹配时到底用什么策略等问题都需要考虑周全； 假设某条规那么匹配成功，系统能将此规那么的结论局部自动参加数据库；能判断何时应结束推理；能将匹配成功的规那么记录下来；由用户或系统首先提出一批假设，然后系统逐一验证这些假设的真假性，方法：1.看假设是含在数据库中，假设在，那么假设成立，推理结束或进行下一个假设的验证，否那么进行下一步。2.判断这些假设是否是证据节点，假设是，系统提问用户，否那么进行下一步。3.找出结论局部包含此假设的那些规那么，把这些规那么的所有前提作为新的假设。、步。3.3.2 反向推理示意图 图 4

22、1. 能根据用户要求或情况提出假设；2. 能验证此假设是否是在数据库中；3. 能把知识库中将结论局部包含此假设的规那么都找出来；4. 能将找出来地规那么的前提局部取出，并作为新的假设逐条验证；5. 能判断假设是否是证据接点，假设是，能向用户提出相应的问题，并记录结果；6. 能将匹配成功的规那么记录下来；7. 能判断何时应结束推理；四、实例系统实现此系统是实现了?人工智能教程的二版?专家系统实例里的动物识别系统。此系统是识别老虎、猎豹、斑马、长颈鹿、鸵鸟、企鹅、信天翁等七种动物。是严格遵循了知识库中的规那么，并运用C语言在Visual C+ 6.0环境下实验编译同过的。因为各种原因没能设计实现出

23、比拟精美的界面，但还是表达出了很多专家系统所该具备的东西和功能。根本思路根据产生式系统的原理，该系统一般由规那么库、综合数据库、控制系统三局部构成。先定义规那么库结构体，里面包括Condition620，result20和规那么数Cnum，再定义综合数据库即事实库，里面包括item2020，和事实数Fnum，主要用到的参数就是这些。然后初始化规那么库和综合数据库，编辑规那么库。之后就是主程序，也就是推理机的作用：先让用户输入事实，然后与规那么库中的知识从第一条开始逐条匹配，当匹配成功时，将结论插入事实库并更新事实库，再逐条匹配，依次循环.最终如果能匹配成功就显示该动物是.，否那么显示无法识别该

24、动物，程序结束。程序主要代码 见附录二五、结论动物识别专家系统实现起来也许相对简单一些，但根本上也包括了专家系统的各个组成局部。动物识别具有一定的智能性，但是根据所采用的匹配方法的不同其智能性也有不小的差距。而知识库的管理和数据库的设计是否完善对于动物识别专家系统是极为关键的，这也是很多此类专家系统的通病。参考文献：王士同，陈慧萍，赵跃华，钱旭 .人工智能教程M第二版北京： 电子工业出版社，2006:188-206Wang Shi-tong, Chen Hui-ping, Zhao Yue-hua, Qian Xu. Artificial intelligence courseM Bei ji

25、ng: Electronic Industry Press,2006:188-206马鸣远. 人工智能与专家系统导论M北京： 清华大学出版社,2006:232-238Ma Ming-yuan. Introduction of artificial intelligence and expert systemM Bei jing: Tsinghua University press,2006:232-238敖志刚. 人工智能与专家系统导论M合肥： 中国科学技术大学出版社，2002:165-197Ao Zhi-gang. Introduction of artificial intelligenc

26、e and expert systemM He fei: Press of USTC,2002:165-197渠川路. 人工智能、专家系统及智能计算机M北京：航空航天大学出版社，1991:123-156Qu Chuan-lu. Artificial intelligence,Expert system and intelligent computerM Bei jing:Universiti of Aeronautics and Astronautics Press,1991:165-197附录一源程序如下：#include iostream.h#include stdio.h#include

27、 conio.h#include string.htypedef struct Rule/定义规那么库 char Condition620; char Result20; int Cnum; bool used;rule;typedef struct Fact/定义综合数据库 char item2020; int Fnum;fact;rule r100;fact f;void Create_Rules();/初始化规那么库void Create_Facts();/初始化综合数据库int Get_RulesNum();void Ratiocinate(int n);void main() int

28、 Rnum=0; Create_Rules(); Create_Facts(); Rnum=Get_RulesNum(); /coutRnumendl; Ratiocinate(Rnum);void Create_Rules() strcpy(r0.Condition0,有毛发); strcpy(r0.Result,哺乳动物); r0.Cnum=1; r0.used=false; strcpy(r1.Condition0,奶); strcpy(r1.Result,哺乳动物); r1.Cnum=1; r1.used=false; strcpy(r2.Condition0,有羽毛); strcpy

29、(r2.Result,鸟); r2.Cnum=1; r2.used=false; strcpy(r3.Condition0,会飞); strcpy(r3.Condition1,会下蛋); strcpy(r3.Result,鸟); r3.Cnum=2; r3.used=false; strcpy(r4.Condition0,吃肉); strcpy(r4.Result,食肉动物); r4.Cnum=1; r4.used=false; strcpy(r5.Condition0,有犬齿); strcpy(r5.Condition1,有爪); strcpy(r5.Condition2,眼盯前方); st

30、rcpy(r5.Result,食肉动物); r5.Cnum=3; r5.used=false; strcpy(r6.Condition0,哺乳动物); strcpy(r6.Condition1,蹄); strcpy(r6.Result,有蹄动物); r6.Cnum=2; r6.used=false; strcpy(r7.Condition0,有蹄动物); strcpy(r7.Condition1,嚼反刍动物); strcpy(r7.Result,有蹄动物); r7.Cnum=2; r7.used=false; strcpy(r8.Condition0,哺乳动物); strcpy(r8.Cond

31、ition1,食肉动物); strcpy(r8.Condition2,黄褐色); strcpy(r8.Condition3,身上有暗斑点); strcpy(r8.Result,金钱豹); r8.Cnum=4; r8.used=false; strcpy(r9.Condition0,哺乳动物); strcpy(r9.Condition1,食肉动物); strcpy(r9.Condition2,黄褐色); strcpy(r9.Condition3,有黑色条纹); strcpy(r9.Result,虎); r9.Cnum=4; r9.used=false; strcpy(r10.Condition0

32、,有蹄动物); strcpy(r10.Condition1,长腿); strcpy(r10.Condition2,长脖子); strcpy(r10.Condition3,身上有暗斑点); strcpy(r10.Result,长颈鹿); r10.Cnum=4; r10.used=false; strcpy(r11.Condition0,有蹄类动物); strcpy(r11.Condition1,身上有黑色条纹); strcpy(r11.Result,斑马); r11.Cnum=2; r11.used=false; strcpy(r12.Condition0,鸟); strcpy(r12.Cond

33、ition1,有长脖子); strcpy(r12.Condition2,长腿); strcpy(r12.Condition3,不会飞); strcpy(r12.Condition4,有黑白两色); strcpy(r12.Result,鸵鸟); r12.Cnum=5; r12.used=false; strcpy(r13.Condition0,鸟); strcpy(r13.Condition1,会游泳); strcpy(r13.Condition2,不会飞); strcpy(r13.Condition3,有黑白两色); strcpy(r13.Result,企鹅); r13.Cnum=4; r13.used=false; strcpy(r14.Condition0,鸟); strcpy(r14.Condition1,善飞); strcpy(r14.Result,海燕); r14.Cnum=2; r14.used=false;void Create_Facts() printf(请输入该动物特性中间加空格，Enter键结束n); scanf(%s%s%s%s%s,&f.item0,&f.item1,&f.item2,&f.ite