[人工智能]动物专家系统C实现【人工智能】建立相应的规则和简易数据库＜正向推理和逆向推理＞

实验内容：

要求:

设计一个动物识别专家系统，规则库至少包含15条规则，可以识别至少7种动物，规则可增加；

界面显示要求:

1）有若干选择动物特征的选择列表；

2）表现判断动物时，使用了哪些规则;

3）表现数据库的变化；

4）显示规则的调用次序；

5）显示最后的结果，包含动物能识别出来和动物不能识别出来两种情况；

6）至少检查两个例子实现正向推理和反向推理的区别?

实验思路：

（1）、建立知识库利用二维数组features[][11]储存，其中存放的是定义的动物特征，

? ? ? ? ? ? 利用getNUM（）可以获取知识库元素个数

（2）、规则利用三维数组expr[][2][4]建立，其中存放的是相应的动物特征的编号组合，

? ? ? ? ? ? 利用getrule_NUM（）可以获取到规则的个数

（3）、在正向推理中，

? ? ? ? ? ? 第一步：将输入的特征值存放在数组condition_chose[24]中，

? ? ? ? ? ? 用指向此数组的指针去匹配规则expr[][0]即规则的前件（在函数match中实现）。

? ? ? ? ? ? 第二步：如果匹配到规则那么将已经匹配成功的特征在condition_chose[24]中消去

? ? ? ? ?（置为-2），并将匹配到的结论加入到condition_chose[24]中，同时输出匹配成功的规则

? ? ? ? ?（在函数inference中实现）。

? ? ? ? ? ? 第三步：循环到第一步直到找到的对应的动物结束，若匹配失败输出未匹配成功。

（4）、在逆向推理中，

? ? ? ? ? ? 第一步：将输入的动物编号存放在数组condition_chose[24]中，

? ? ? ? ? ? 用指向此数组的指针去匹配规则expr[][1]即规则的后件（在函数match中实现）。

? ? ? ? ? ? 第二步: 如果匹配到规则那么将已经匹配成功的结论在condition_chose[24]中消去

? ? ? ? ? （置为-2），并将匹配到的特征加入到condition_chose[24]中，

? ? ? ? ? ? ?同时输出匹配成功的规则（在函数inference中实现）。

? ? ? ? ? ? 第三步：循环到第一步直到找到的所有的动物特征结束，若匹配失败输出未匹配成功。

实验代码：

在Visio Stduio中建立如下文件：

?各个文件代码如下：

<database.h>

#pragma once
#include<stdio.h>
#include<string.h>

char features[][11]= { "有毛", "产奶", "有羽毛", "会飞", "会下蛋", "吃肉", "有犬齿", "有爪", "眼睛盯前方", "有蹄",
                       "反刍", "黄褐色", "有斑点", "有黑色条纹", "长脖", "长腿", "不会飞", "会游泳", "黑白两色", "善飞",
                       "哺乳类", "鸟类", "肉食类", "蹄类", "企鹅", "海燕", "鸵鸟", "斑马", "长颈鹿", "虎", "金钱豹" };
//指向事实库的指针
char (*point)[11] = features;
//获取数据的个数
int getNUM() {
    int num = 0;
    while (*point[num] != NULL) {
        num++;
    }
    return num;
}

<rule.h>

#pragma once
#include<stdio.h>
#include"database.h"

int expr[][2][4] = { {{1, -1, -1, -1}, { 21 }},
                     {{21, 9, -1, -1}, { 24 }},
                     {{23, 12, 13, -1}, { 31 }},
                     {{4, 5, -1, -1}, { 22 }},
                     {{7, 8, 9, -1}, { 23 }},
                     {{24, 15, 16, 13}, { 29 }},
                     {{22, 15, 16, 17}, { 27 }},
                     {{21, 10, -1, -1}, { 24 }},
                     {{23, 12, 14, -1}, { 30 }},
                     {{22, 18, 19, 17}, { 25 }},
                     {{24, 14, -1, -1}, { 28 }},
                     {{22, 20, -1, -1}, { 26 }},
                     {{2, -1, -1, -1}, { 21 }},
                     {{3, -1, -1, -1}, { 22 }} };
//获取规则个数
int getrule_NUM() {
    int num = 0;
    num = sizeof(expr)/sizeof(expr[0]);
    return num;
}

<interface.h>

#pragma once
#include<stdio.h>
#include"database.h"

void interface(char *a) {
	//事实库选择列表
	printf("\t\t--------------------------------------------------------------\n");
	printf("\t\t----------------------------知识库----------------------------\n");
	//int count1 = getNUM();
	int count1 = getNUM() - 7;
	int count2 = count1;		//记录count1
	while (count1) {
		for (int i = 1; i < count2+1; i++) {
			printf("%d.%s  \t", i, point[i - 1]);
			count1--;
			//每行输出六个
			if (i % 6 == 0) {
				printf("\n");
			}
		}
	}
	if (a != NULL) {
		count2++;
		printf("%d.%s ", count2, a);
	}
	printf("\n");
	printf("\t\t--------------------------------------------------------------\n");
	printf("请输入选择的特征数字：");
	//printf("请输入选择的动物数字:");
}

<positive.cpp>正向推理

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include"database.h"
#include"interface.h"
#include"rule.h"
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>

using namespace std;

int condition_chose[24];			//选择的动物特征
int count_num = 0;					//记录输入特征个数
int rule_Max = 4;					//规则前件最大为4
int rule_number = -1;				//匹配规则标号

//匹配规则右部分
bool match(int *p) {
	int k;
	int j;
	int count_elem = 0;
	int flag = 0;					
	for (rule_number = 0;rule_number < getrule_NUM();rule_number++) {
		count_elem = 0;
		for (int j = 0;j < count_num;j++) {
			for (int k = 0;k < 4;k++) {
				if (expr[rule_number][0][k] != -1) {
					count_elem++;
				}
				if (p[j] == expr[rule_number][0][k]) {
					flag++;
				}
			}
		}
		if (flag == (count_elem/count_num)) {
			return true;
		}
		flag = 0;
	}
	return false;
}

//找到结论
void inference(int *p) {
	printf("--------------------使用规则-----------------------\n");
	int u;
	int l;
	int count = 1;
	int result;			//记录结论
	while (match(p)) {
		u = 0;
		result = expr[rule_number][1][0];
		for (int i = 0;i < count_num;i++) {
			for (int j = 0;j < 4;j++) {
				if (expr[rule_number][0][j] == -1) {
					u++;
				}
				if (p[i] == expr[rule_number][0][j]) {
					p[i] = -2;				//删除已经用过的前件
				}
			}
		}
		l = rule_Max - (u/count_num);
		printf("%d、 IF ",count);
		printf("%s", features[expr[rule_number][0][0]-1]);
		for (int i = 1;i < l;i++) {
			printf(" AND %s", features[expr[rule_number][0][i]-1]);
		}
		printf(" THEN %s\n", features[result - 1]);
		count++;							//规则计数器
		p[count_num] = result;
		count_num++;
		if (match(p) == false && result <= 24) {
			printf("---------------------------------------------------\n");
			printf("--------------------匹配结果-----------------------\n");
			printf("没有匹配到动物\n");
			return;
		}
		if (match(p) == false && result > 24) {
			printf("--------------------匹配结果-----------------------\n");
			printf("匹配到的动物是:%s\n", features[result - 1]);
			printf("\n");
			//更新知识库
			printf("-------------------更新知识库----------------------\n");
			interface(features[result - 1]);
			return;
		}
	}
		printf("没有匹配到动物\n");
}

int main() {
	int chose;						//记录输入的特征
	int k = 0;					    //控制condition_chose数组
	int* p = condition_chose;		//操作选项
	interface(NULL);				//界面
	while (scanf("%d",&chose)) {
		condition_chose[k] = chose;
		k++;
		count_num++;
	}
	inference(p);
	system("pause");
	return 0;
}

<negative.cpp>逆向推理

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include"database.h"
#include"interface.h"
#include"rule.h"
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>

using namespace std;

int condition_chose[24];			//选择的动物特征
int count_num = 0;					//记录输入特征个数
int rule_Max = 4;					//规则前件最大为4
int rule_number = -1;				//匹配规则标号

//匹配规则左部分
bool match(int* p) {
	int k;
	int j;
	int count_elem = 0;
	int flag = 0;
	for (rule_number = 0;rule_number < getrule_NUM();rule_number++) {
		count_elem = 0;
		for (int j = 0;j < count_num;j++) {
			if (expr[rule_number][1][0] != -1) {
				count_elem++;
			}
			if (p[j] == expr[rule_number][1][0]) {
				flag++;
			}
		}
		if (flag == (count_elem / count_num)) {
			return true;
		}
		flag = 0;
	}
	return false;
}

//找到结论
void inference(int* p) {
	printf("--------------------使用规则-----------------------\n");
	int u;
	int l;
	int result_count = 0;
	int count = 1;
	int result1;
	int result[4];			//记录结论
	while (match(p)) {
		u = 0;
		for (int j = 0;j < rule_Max;j++) {
			result[j] = expr[rule_number][0][j];
		}
		result1 = expr[rule_number][1][0];
		for (int i = 0;i < count_num;i++) {
				if (expr[rule_number][1][0] == -1) {
					u++;
				}
				if (p[i] == expr[rule_number][1][0]) {
					p[i] = -2;				//删除已经用过的结论
				}
		}
		l = rule_Max - (u / count_num);
		printf("%d、 IF ", count);
		printf("%s", features[expr[rule_number][0][0] - 1]);
		for (int i = 1;i < l;i++) {
			printf(" AND %s", features[expr[rule_number][0][i] - 1]);
		}
		printf(" THEN %s\n", features[result1 - 1]);
		//推理得到的前件加入到p中
		for (int k = count_num;k < count_num + 4;k++) {
			p[k] = result[result_count];
			result_count++;
		}
		result_count = 0;
		count_num = count_num + 4;
		if (match(p) == false) {
			printf("--------------------匹配结果-----------------------\n");
			for (int o = 0;o < count_num;o++) {
				if (p[o] != -1 && p[o] != -2) {
					printf("匹配到的动物特征:%s\n", features[p[o] - 1]);
				}
			}
			printf("\n");
			return;
		}
	}
	printf("没有此动物特征\n");
}

int main() {
	int chose;						//记录输入的特征
	int k = 0;					    //控制condition_chose数组
	int* p = condition_chose;		//操作选项
	interface(NULL);				//界面
	while (scanf("%d", &chose)) {
		condition_chose[k] = chose;
		k++;
		count_num++;
	}
	inference(p);
	system("pause");
	return 0;
}

测试数据：

正向推理：1 10 14 END

逆向推理：30 END

实验结果：

正向推理：

逆向推理：