用Python实现一个动物识别专家系统--人工智能

小鱼儿 2023-07-24 08:12 8阅读 0赞

*  考察 **产生式系统**
 *  代码没写GUI，因为不喜欢这玩意，直接在终端中进行人机交互。**使用代码之前，请根据自身情况对字符编码、文件路径进行修改**
 *  代码写的很烂，以后有能力了再把算法加进去优化代码吧

# 产生式系统 #

![20200412171154144.png][]

*  **规则库**：用于描述相应领域内知识的产生式系统
 *  **综合数据库**，又称为事实库、上下文、黑板：一个用于存放问题求解过程中各种当前信息的数据结构
 *  **控制系统**，又称推理机构：由一组程序组成，负责整个产生式系统的运行，实现对问题的求解

**控制系统：**

1.  **从规则库中选择前提与综合数据库中的已知事实进行匹配**
2.  **匹配成功的规则可能不止一条，进行冲突消解** *（出题者对题目进行过设置，没有出现冲突）*
3.  **执行某一规则时，如果其右部是一个或多个结论，则把这些结论加入到综合数据库中；如果其右部是一个或多个操作，则执行这些操作**
4.  **对不确定性知识，在执行每一条规则时还要按一定算法计算结论的不确定性** *（由于只是考察产生式系统，出题者对题目进行过简化，题目中没有涉及这部分内容）*
5.  **检查综合数据库中是否包含了最终结论，决定是否停止系统的运行**

# 第一问 #

![20200410162157932.png][]

先根据题图，创建规则库（使用了一个文本文件）

if 有毛发 then 哺乳动物
    if 有乳 then 哺乳动物
    if 吃肉 then 食肉动物
    if 有犬齿 and 有爪 and 眼向前方 then 食肉动物
    if 哺乳动物 and 有蹄 then 有蹄类
    if 哺乳动物 and 反刍动物 then 有蹄类
    if 哺乳动物 and 食肉动物 and 黄褐色 and 暗斑点 then 豹子
    if 哺乳动物 and 食肉动物 and 黄褐色 and 黑条纹 then 老虎
    if 有蹄类 and 长脖子 and 长腿 and 暗斑点 then 长颈鹿 
    if 有蹄类 and 黑条纹 then 斑马

代码：

rules = { } # 以字典形式存储规则
    
    
    """ 读取规则库文件中规则，并存放在rules字典中 - 字典的键：前提 - 字典的值：结论 """
    def readRules(filePath):
        global rules
        for line in open(filePath, mode = 'r', encoding = 'utf-8'):
            line = line.replace('if', '').strip()
            temp = line.split(' then ')
            premise = temp[0]
            conclusion = temp[1]
            rules[premise] = conclusion
    
    """ 2. 推理机用这些事实(即：facts变量)，依次与知识库中的规则的前提匹配 - 注意：匹配成功的规则可能不止一条，进行冲突消解（本代码没有这个功能） - 代码很简单，没有对综合数据库进行设置 3. 若某规则的前提全被事实满足，则规则可以得到运用 4. 规则的结论部分作为新的事实存储 5. 用更新过的事实再与其它规则的前提匹配，直到不再有可匹配的规则为止 """
    def matchRules(facts): 
        print()
        # 循环匹配
        isEnd = False
        def loop():
            global rules
            nonlocal facts, isEnd
            rules_copy = rules.copy()
            i = 0
            for premise in rules:
                flag = True
                # print(premise+ ':' + rules[premise])
                pre = premise.split(' and ')
                for p in pre:
                    if p in facts:
                        pass
                    else:
                        flag = False
                if(flag):
                    print('该动物：' + premise + ' -> ' + rules[premise])
                    for p in pre:
                        facts = facts.replace(p, ' ')
                    facts = facts + rules[premise]
                    rules_copy.pop(premise)
                else:
                    i += 1
            if i == len(rules):
                isEnd = True
            rules = rules_copy
    
        # 是否推导出最终结论 
        while(not isEnd):
            loop()
    
        
    """ 1. 用户通过人机界面输入一批事实 """
    def ui():
        print('----')
        print('--------动物识别系统--------')
        print('----')
        print('注意！请按照规则库中的前提来阐述事实', end='\n\n')
        facts = input('请输入事实：')
        matchRules(facts)
    
    
    def main():
        filePath = r'动物识别系统/rules.txt'
        readRules(filePath)
        ui()
        
    
    
    if __name__ == '__main__':
        main()

人机交互示例：

----
    --------动物识别系统--------
    ----
    注意！请按照规则库中的前提来阐述事实
    
    请输入事实：该动物有暗斑点、长脖子、长腿、有乳、有蹄。
    
    该动物：有乳 -> 哺乳动物
    该动物：哺乳动物 and 有蹄 -> 有蹄类
    该动物：有蹄类 and 长脖子 and 长腿 and 暗斑点 -> 长颈鹿

# 第二问 #

把规则库换成以下规则，在看看系统的执行情况：

1.  有毛发的动物是哺乳类;
2.  有奶的动物是哺乳类;
3.  有羽毛的动物是鸟类;
4.  若动物会飞且生蛋，则它是鸟类;
5.  吃肉的哺乳类称为食肉动物;
6.  犬牙利爪，眼睛向前的是食肉类;
7.  反刍食物的哺乳类是有蹄类;
8.  有蹄的哺乳类是有蹄类;
9.  黄褐色有黑色条纹的食肉类是老虎;
10. 黄褐色有暗斑点的食肉类是金钱豹;
11. 长腿长脖有黄褐色暗斑点的有蹄类是长颈鹿;
12. 有黑白条纹的有蹄类是斑马;
13. 不会飞腿长脖黑白色的鸟是鸵鸟;
14. 不会飞善游泳黑白色的鸟是企鹅;
15. 善飞的鸟是信天翁.

把规则库重新写一遍就可以了，或者你再新建一个文本文件

if 有毛发 then 哺乳类
    if 有奶 then 哺乳类
    if 有羽毛 then 鸟类
    if 会飞 and 生蛋 then 鸟类
    if 吃肉 and 哺乳类 then 食肉动物
    if 犬牙 and 利爪 and 眼睛向前 then 食肉类
    if 哺乳类 and 反刍食物 then 有蹄类
    if 哺乳类 and 有蹄 then 有蹄类
    if 食肉类 and 黄褐色 and 黑色条纹 then 老虎
    if 食肉类 and 黄褐色 and 暗斑点 then 金钱豹
    if 有蹄类 and 长脖 and 长腿 and 黄褐色 and 暗斑点 then 长颈鹿 
    if 有蹄类 and 黑白条纹 then 斑马
    if 鸟 and 不会飞 and 长脖子 and 长腿 and 黑白色 then 鸵鸟
    if 鸟 and 不会飞 and 善游泳 and 黑白色 then 企鹅
    if 鸟 and 善飞 then 信天翁

*  最后吐槽一句，产生式系统是真的傻，如果不对输入进行模糊判断，嘁嘁嘁（我没有这样搞，因为搞不好，以后有能力了再加上）
 *  所以呢，我这垃圾代码，执行时输入一系列事实之前需要先看看规则库的的前提；不然，你在事实中输入’有奶‘，而规则库中是’有乳‘，俺这代码可不认你的’有奶‘

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[20200410162157932.png]: /images/20230528/5c817d839451429997d1f801811816dd.png
[Python]: https://blog.csdn.net/Zhangguohao666/article/details/105471307
[Python 1]: https://blog.csdn.net/Zhangguohao666/article/details/105571115