这次的人工智能实验是产生式系统——动物分类。
规则库:

通过这个规则库,根据用户输入的已知条件,来判断所描述的动物。

这里我们采用双向推理。
思路:将所有名词编号,然后用编号来组织成一条条件,遍历这些条件,根据用户给出的名词,进行比较,同时计算每个条件的符合程度,推理出的名词加入到已知的名词队列中,重新遍历条件,更新符合度,如果没有100%符合的条件,则寻找符合度最高的条件,进行逆向推理,询问可能的且没有在已知名词队列中的名词,进行判断,加入名词队列,重新遍历,更新符合度,直至找到属于结果类的名词,即是结果


人工智能之产生式系统(c++实现)-LMLPHP
代码说明:

int change_speices(); // 对推理树中的可以直接推理的叶子节点进行推理,如有毛 --》哺乳类   将哺乳类加入名词队列中,将有毛去掉

就是对推理树中的可以推理的叶子节点进行推理,得到其父母节点,并将这些使用过的叶子节点去掉。

typedef struct{ // 存放可能的动物
	int animal;       // name
	float confidence; //置信度 = 满足的特性数 / 所含特征数;
	int site;         // 在rule中的位置
	int num;          // 满足的特征数
}Result;

vector<Result> result;

result存放可能的结果,按照置信度从大到小进行排序。

完整实现代码如下:

#include<iostream>
#include<iomanip>
#include<string>
#include<vector>
#include<algorithm> 
#include<stdlib.h>
#include<memory.h>
using namespace std;

string animal[]={"企鹅","海燕","鸵鸟","斑马","长颈鹿","虎","金钱豹"};

string feature[]={"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","有暗斑点",

            //    0        1      2       3      4         5       6       7         8        9      10       11    12

                 "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",

            //       13        14      15     16       17      18        19     20      21      22      23    

                 "企鹅","信天翁","鸵鸟","斑马","长颈鹿","虎","金钱豹"};

            //     24     25     26    27       28      29    30

typedef struct {  //存放规则的结构体 
    int relation[6];   //关系 
    int name;		  //推理结果  
}Rule;

typedef struct{ // 存放可能的动物 
	int animal;       // name 
	float confidence; //置信度 = 满足的特性数 / 所含特征数;
	int site;         // 在rule中的位置
	int num;          // 满足的特征数 
	int size;         // 此animal的所含总特征数 
}Result;

vector<Result> result;
// 规则库   -1 代表规则结束 
Rule rule[15]={{{0,-1},20},{{1,-1},20},{{2,-1},21},{{3,4,-1},21},{{5,-1},22},
		{{6,7,8,-1},22},{{20,9,-1},23},{{20,10,-1},23},{{20,22,11,12,-1},30},
		{{20,22,11,13,-1},29},{{23,14,15,12,-1},28},{{23,13,-1},27},
		{{21,14,15,16,18,-1},26},{{21,19,-1},25},{{21,17,18,16,-1},24}};

int flag[23]={0};//标记各个特征是否选择

int IsAnimal(int a);
int change_speices(); // 将可以推理出 动物类的规则推理出来 
int fnum();   // 获取flag标记的数目 
int z_inference(); //正向推理 
int category(); // 输出动物类别 
int cal_confi(); // 计算置信度 
int r_inference(); //反向推理 
void input();   //输入 
void menu();   //选择菜单 
bool Compare(const Result& a,const Result& b){
	return a.confidence > b.confidence;
}
void Rsort(vector<Result>& r){
	sort(r.begin(),r.end(),Compare);
	return ;
}
//选择特征菜单 
void menu(){
	for(int i = 0; i < 24;i++){
		if(i % 4 == 0 && i != 0)
			cout<<endl;
		cout<<setiosflags(ios::left)<<setw(3)<<i<<".";
		cout<<setiosflags(ios::left)<<setw(15)<<feature[i];
	}
	memset(flag,0,sizeof(flag));
}
//特征输入值  选择数字 
void input(){
	for(int i = 0; i < 24; i++)
		flag[i] = 0;
	int  ti = 0;
	cout<<"\ninput selection(end -1):";
	while(ti!=-1){
		cin>>ti;
		if(ti >= 0 && ti <= 23)
			flag[ti] = 1;
		else if(ti != -1){
			cout<<"Input error! Please enter a number between 0~23!"<<endl;  //notanimal=25
			cin.clear();		//清除流错误错误标记
			cin.sync(); 		//清空输入缓冲区
			cout<<"Please continue to enter: ";
		}
	}
}
//是某动物 而不是某种物种 
int IsAnimal(int a){
	if(a>=24&&a<=30)
		return 1;
	return 0;
}
 // 判断是否某一物种类 
int IsAnimal_speices(int a){
	if(a >= 20 && a <= 23)
		return 1;
	return 0;
}
// 返回flag数组中标记的总数 
int fnum(){
	int fum=0;
	for(int i = 0;i < 24;i++)
		if(flag[i] == 1)
			fum++;
	return fum;
}
//输出打印物种类别
int category(){
	bool k;
	int count = 0;
	for(int i = 20;i < 24; i++){
		k = false;
		if(flag[i] == 1){
			k = true;
			count++;
			if(count == 1)
				cout<<"Can't reason about specific animals! Category is ";
			cout<<setiosflags(ios::left)<<setw(10)<<feature[i];
		}
	}
	cout<<endl;
	if(!k)
		cout<<"Sorry! No such animal in the system"<<endl;
	return 1;
}

// change_speices --》 flag 发生变化  推理是否有 物种种类 并将用到的事实 清空
//如 有毛 --》哺乳动物  就将flag中哺乳动物的项置一 并将有毛这一特征flag清0
int change_speices(){
	int i ,j,k,ti;
	bool t;
	int temp[23]={0}; //临时 
	int f[23] = {0}; // 标记使用过的flag[] &  < 20  20 哺乳类 
	for(i = 0; i < 8; i++){ // rule 前8个 规则 
	    t = true;
		j = 0;
		ti = rule[i].relation[j];
		while(ti != -1){
			if(flag[ti] == 1) temp[ti] = 1;
			else {
				memset(temp,0,sizeof(temp));
				t = false;
				break;
			}
			j++;
			ti = rule[i].relation[j];
		}
		if(t){
			for(int k = 0; k <= 20; k++)
				if(temp[k] == 1)
					f[k] = 1;
			flag[rule[i].name] = 1;
		}
		memset(temp,0,sizeof(temp));
	}
	// 推理过的事实  则删除  保留结果 
	for(i = 0; i <= 20; i++)
		if(f[i] == 1)
			flag[i] = 0;
	return 1;
}
// 重新计算置信度 
int cal_confi(){
	for(int i = 0; i < result.size(); i++){
		for(int j = 8; j < 15; j++){
			if(result[i].animal == rule[j].name){
				result[i].confidence = 1.0 * result[i].num / result[i].size;
				break;
			}
		}
	}
}

//推理  双向推理 -- 正向推理不下去 事实不够 采用逆向推理 
int z_inference(){
	int ti,num;
	int i,j;
	int fum = fnum();
	cout<<endl;
	for(i = 8;i < 15;i++){  //检查规则库 
		Result temp;
		j = 0; num = 0;
		ti = rule[i].relation[j];
		while(ti != -1){
			if(flag[ti] == 1) num++;
			j++;
			ti = rule[i].relation[j];
		}
	   // 此时 j  保存则rule[i]所含有的特征数 
		if(num != 0 && fum <= j){  //  给定特征数小于等于的情况 (即flag数组中标记位数目大于此动物的特征数则不放入result) 
			if(IsAnimal(rule[i].name)){ // 是具体的动物 
				temp.animal = rule[i].name;
				int size = j; // rule[i]所含有的特征数
				temp.size = size;
				temp.confidence = 1.0 * num / size;
				temp.site = i;
				temp.num  = num;
				result.push_back(temp);
			}
		}
	}

	if(!result.empty())
		Rsort(result);  //对置信度从高到低排序 

	/*
	//打印排序后的vector
	for(vector<Result>::iterator it = result.begin();it != result.end();++it){
		cout<<setiosflags(ios::left)<<setw(10)<<feature[(*it).animal]<<" ";
		cout<<(*it).confidence<<" ";
	}
	cout<<endl;
	*/
	// 判断 -- 未询问 --正向推理 后 
	if(result.empty()) { // 给定特征数无法用任何一规则推理  可能没有这种动物  可能是一种动物类别 (系统中无此动物,则输出类别)  
		category();
	}else if(result.front().confidence == 1.0){ // 可能给的特征刚好推理出  可能特征还没用完 
		cout<<"This animal is "<<feature[result.front().animal]<<endl;
		result.clear(); // 清空  
		return 1;
	}else // 特征描述不全  逆向推理  询问特征 
		r_inference();
}
//特征不足推理  进入反向推理 
int r_inference(){
	vector<Result>::iterator it = result.begin();
	int enquire[23];  // 用来标记询问过的特征数组 0 N  1 Y 2 D(0 代表没有此特征 1 代表有  2 代表不请楚、不知道) 
	memset(enquire,-1,sizeof(enquire));

	for(int i = 0; i< result.size();){// 从置信度最高开始询问
		bool in_i = true; // i ++ 的标记 
		int  nu = result[i].size;
		for(int j = 0; j < nu; j++){  // 询问 未说明 特征 
			if(flag[rule[result[i].site].relation[j]] == 0){
				int en = rule[result[i].site].relation[j];
				char c;
				if(enquire[en] == -1){ // 此特征未被询问过 则输出询问语句 否则直接判断处理 
					cout<<"Does this animal have this characteristic?"<<feature[rule[result[i].site].relation[j]]<<endl;
					cout<<"Y(y) or N(n) or D(don't know) : ";
					cin>>c;
					while(c != 'Y' && c != 'y' && c != 'N' && c != 'n' && c != 'D' && c != 'd'){
						cout<<"Please enter Y(y) or N(n) or D(d)!"<<endl;
						cin>>c;
					};
				}

				if(enquire[en] == 1 || c == 'Y' || c == 'y'){ //有此特征  改变置信度
					result[i].num++;
					enquire[en] = 1;
				}else if(enquire[en] == 0 || c == 'N' || c == 'n'){ // 没有此特征  直接去掉
					enquire[en] = 0;
					result.erase(it+i);  // erase删除后 i不自增  就能删除最后的元素(迭代器就是指向删除之前元素后的第一个元素)
					in_i = false;  // 如果 擦除了元素 则 i不自增 
					if(result.empty()) //  result 为空 输出类别 退出 
						category();
					break;
				}else if(enquire[en] == 2 ||c == 'D' || c == 'd'){enquire[en] = 2;}  // 不确定、不知道  置信度不改变 	
		    }
		}
	    if(in_i)
	    	++i;
 }

 	if(!result.empty()){
 		// 改变置信度 
		cal_confi();
		if(result.size() > 1) //重新排序
			Rsort(result);

		//判断 -- 询问后  -- 双向推理后 
		if(result.front().confidence == 1.0){
			cout<<"This animal is "<<feature[result.front().animal]<<endl;
		}else{
			cout<<"Possible animals (confidence from big to small) :";
			for(vector<Result>::iterator it = result.begin();it != result.end();++it)
				cout<<setiosflags(ios::left)<<setw(10)<<feature[(*it).animal]<<" ";
			cout<<endl;
		}
		result.clear(); // 清空 
	 }

	return 1;
}
int main(){
    char q;
	while(q != 'N' && q != 'n'){
		menu();
		input();
		change_speices();
		z_inference();
		cout<<"\n继续?(Y/N)"<<endl;
		cin>>q;
		system("cls");
    }
    return 0;
}

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人工智能之产生式系统(c++实现)-LMLPHP

人工智能之产生式系统(c++实现)-LMLPHP

06-08 02:59