小型动物分类专家系统的设计与实现_2016

摘要专家系统是目前人工智能中最活跃，最有成效的一个研究领域，它是一种基于知识的系统，它从人类专家那里获得知识，并用来解决只有专家才能解决的困难问题。

该动物识别专家系统是在VC编程环境下编写的基于Windows操作平台上的图形用户界面程序，依据15条规则，构建知识库，能判别七种动物。

该系统具有较好的扩充性，可移植性、透明性，算法简单高效，使用方便，用户界面友好。

在层次树结构的数据结构基础上，采用正向推理的技术构建推理机，解释机构的实现采用了唱片技术和追踪技术。

构建该动物识别专家系统主要目的是为了提高人工智能的理论水平，更深入地了解专家系统的原理、历史、构成和各组成部件的基本原理，并提高VC的编程能力。

关键字：专家系统，知识库，规则，推理机，解释机AbstractExpert system is one of the most active and effective research realms. It can solve difficult problems, which can only be solved by experts. It is a system based on knowledge and can achieve knowledge from experts.This expert system is the visual interface program, which based on Windows operation system in the situation of Visual C++ programming. It can distinguish seven kinds of animals by constructing knowledge base, which is based on 15 rules. This system is moveable, transparent, and expansible. It can be easily used. Its mathematic is simple and efficient the user interface is friendly. The construction of reasoning machine adopts the positive reasoning technology and the realization of explanation adopts the record and pursuit technologyThis animal distinguish expert system aims to raise the theory standard of artificial intelligence. The writer intended to know about the principle, the history and the composition theory of expert system, and upgrade the programming ability.Key W ords: expert system, repository, rule, reasoning machine, explanative machine目录摘要 (1)Abstract (2)目录 (3)前言 (4)第一章需求分析 (6)1.1 需求状况 (6)1.2专家系统的设计要求 (6)1.3组成部分 (10)1.4推理机 (12)第2章概要设计 (14)2.1总体流程的设计 (14)2.1.1创建知识库 (14)2.1.2 设计推理机的工作流程 (17)2.2用户界面设计 (19)2.2.1 用户界面设计的原则 (19)2.2.2设计的用户界面 (20)第3章详细设计 (22)3.1学习VC有感 (22)3.1.1认识VC (22)3.1.2使用MSDN (23)3.2 详细编码 (24)第4章测试与完善 (37)4.1 测试系统 (37)4.2 完善功能 (38)4.2.1改善explain功能 (38)4.2.2 添加backspace功能........................... 错误！未定义书签。

动物识别专家系统研究与设计摘要：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，其关键在于知识和信息的表示，智能推理或求解的基础——知识库的创建和管理，以及基于某种知识和信息表示的智能推理或求解过程。

专家系统已有很广泛而又重要的应用，它对人类所作出的贡献，使它越来越为更多人所接受，专家系统有着广泛的应用，遍及化学、医学、地质学、气象学、教育乃至军事等方面。

本论文所做的研究与设计是以识别七种动物为设计思路所写的。

通过输入一些已知事实，然后运用规则进行推理，最终判断出动物。

关键字：动物识别，人工智能，产生式系统一、专家系统基本知识1.1动物识别专家系统介绍动物识别专家系统是人工智能中一个比较基础的规则演绎系统，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，以规则为基础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则，反馈详细的错误或信息的话，那就是一个相当完整的识别系统了。

1.2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。

1.3专家系统的开发专家系统设计与实现的一般过程图1 专家系统开发流程二、设计基本思路2.1知识库知识库作用用产生式系统鉴别动物，需要一种演绎机制，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，寻找一个状态部分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基本事实推出结论，这样做所包含的产生式可以比较小，容易理解，容易使用和容易产生。

小型动物分类专家系统的设计与实现一、实验目的通过本实验可使学生能够综合利用C语言(或C++)、面向对象程序设计、数据结构、数据库原理、人工智能、软件工程等课程的相关知识，设计并实现小型动物分类专家系统，培养学生综合运用所学计算机软件知识解决实际问题的能力，为今后从事计算机软件开发及应用打下基础。

二、实验内容运用下列规则，设计并实现一个小型动物分类专家系统。

规则1：如果：动物有毛发则：该动物是哺乳动物规则2：如果：动物有奶则：该单位是哺乳动物规则3:如果：该动物有羽毛则：该动物是鸟规则4：如果：动物会飞，且会下蛋则：该动物是鸟规则5：如果：动物吃肉则：该动物是肉食动物规则6：如果：动物有犬齿，且有爪，且眼盯前方则：该动物是食肉动物规则7：如果：动物是哺乳动物，且有蹄则：该动物是有蹄动物规则8：如果：动物是哺乳动物，且是反刍动物则：该动物是有蹄动物规则9：如果：动物是哺乳动物，且是食肉动物，且是黄褐色的，且有暗斑点则：该动物是豹规则10：如果：如果：动物是黄褐色的，且是哺乳动物，且是食肉，且有黑条纹则：该动物是虎规则11：如果：动物有暗斑点，且有长腿，且有长脖子，且是有蹄类则：该动物是长颈鹿规则12：如果：动物有黑条纹，且是有蹄类动物则：该动物是斑马规则13：如果：动物有长腿，且有长脖子，且是黑色的，且是鸟，且不会飞则：该动物是鸵鸟规则14：如果：动物是鸟，且不会飞，且会游泳，且是黑色的则：该动物是企鹅规则15：如果：动物是鸟，且善飞则：该动物是信天翁动物分类专家系统由15条规则组成，可以识别七种动物，在15条规则中，共出现 30个概念（也称作事实），共30个事实，每个事实给一个编号，从编号从1到30，在规则对象中我们不存储事实概念，只有该事实的编号，同样规则的结论也是事实概念的编号，事实与规则的数据以常量表示，其结构如下：Char *str{}={"chew_cud","hooves","mammal","forward_eyes","claws", "pointed_teeth","eat_meat","lay_eggs","fly","feathers","ungulate", "carnivore","bird","give_milk","has_hair","fly_well","black&white_color","can_swim","long_legs","long_neck","black_stripes","dark_spots","tawny_color","albatross","penguin","ostrich","zebra","giraffe","tiger","cheetah","\0"}程序有编号序列的方式表达了产生式规则，如资料中规则15，如果动物是鸟，且善飞，则该动物是信天翁。

动物识别专家系统摘要：专家系统是具有人工智能和推理功能的知识系统。

本系统用15条规则，可识别7种动物，用C编程实现，并对结果进行了分析。

该系统把规则的前提与推理机构结合起来，规则的前提作为推理的情况，规则的结论作为推理过程的状态，推理出最终结果后，就能直接处理，不需要判断。

关键字：专家系统；动物；推理Animal recognition expert systemAbstract: Expert systems are knowledge systems with artificial intelligence and reasoning function. The system uses 15 rules, and can identify seven kinds of animals, using C programming, and the results were analyzed. The system is the premise and reasoning mechanism combining rules, rules for reasoning rule conclusion as the reasoning process , reasoning out the final result , can directly handle, without judge.Key words: Expert systems; Animals; Reasoning1 引言1.1 专家系统简介专家系统是人工智能中最重要的也是最活跃的一个应用领域，它实现了人工智能从理论研究走向实际应用、从一般推理策略探讨转向运用专门知识的重大突破。

专家系统是早期人工智能的一个重要分支，它可以看作是一类具有专门知识和经验的计算机智能程序系统，一般采用人工智能中的知识表示和知识推理技术来模拟通常由领域专家才能解决的复杂问题 [1]。

《人工智能导论》实验指导实验一Prolog平台使用实验二状态空间搜索：传教士与野人问题求解实验三启发式搜索算法：斑马属谁问题求解实验四小型专家系统设计与实现实验报告的基本内容和书写格式——————————————————————————————————一、实验目的二、实验内容三、实验步骤四、实验结果1. 系统名称〈所做系统的名称〉2. 系统概述（包括所做系统的背景和主要功能等。

）3.系统运行演示过程(1) 输入的初始事实或数据：(2) 系统运行时产生的推理树（网）：(3) 输出的结果：——————————————————————————————————《人工智能导论》实验一Prolog平台使用实验目的：熟悉Prolog（包括SWI-Prolog平台、Turbo-Prolog平台），包括编辑器、编译器及其执行模式；熟悉Prolog语法、数据结构和推理机制；熟悉SWI-Prolog平台与Visual C++结合开发应用程序。

实验环境（硬/软件要求）：硬件：计算机一台软件：SWI-Prolog、Turbo Prolog、SWI-Prolog-Editor、Visual C++、Eclipse实验内容：1.Prolog平台界面和基本操作；2.熟悉Prolog语法和数据结构；3.熟悉Eclipse PDT插件安装、使用；4.编写简单Prolog程序并测试（输入动物叫声、输出该动物名称）；5.熟悉Prolog平台与Visual C++结合开发应用程序；实验主要步骤：1.打开SWI-Prolog平台，熟悉SWIPrologEditor，熟悉操作界面；2.实现Prolog基本语句；3.编写简单Prolog程序并测试（输入动物叫声、输出该动物名称）；示例程序(Turbo Prolog)逻辑电路模拟程序。

该程序以逻辑运算“与”、“或”、“非”的定义为基本事实，然后在此基础上定义了“异或”运算。

那么，利用这些运算就可以对“与”、“或”、“非”和“异或”等逻辑电路进行模拟。

动物识别专家系统摘要专家系统的出现是人工智能在实际应用中最引人注目的成果，也是人工智能最活跃或最富有成效的研究领域。

本文介绍了专家系统的原理、结构和发展方向，在此我们实现了一种动物识别的专家系统，它用产生式规则来表示知识，共15条规则、可以识别七种动物。

关键词：专家系统；人工智能；先进技术；应用领域1专家系统介绍当人类迈步跨进21世纪的时候，信息技术的发展也迎来了新的机遇和挑战。

在最近的几十年中，人工智能技术逐渐得到了广泛地应用，其中专家系统更是获得了很大程度的普及。

专家系统系由知识库、推论引擎及接口为基础而组成的计算机化系统，其目的在于对某一特定领域的问题作判断、解释及认知。

但由于此特定领域可大可小，且对认知的定义亦有不同的解释，故可有小如某些汽车专家系统只能依照外型等特征辨认十余种车，亦有大如某些医学专家系统可依据十二万个不同的医学表征分辨八千余种疾病。

尽管专家系统的定义未尽明确，但基本上当此系统所能处理的问题，其复杂性、对专业知识的需求、以及其执行的信度及效度足可与专家相匹敌时，我们便可称之为专家系统。

而由于专家系统能够提供智能型的决策与辅助解决问题、并对求解的过程做某种程度的解释，因而也可以称为“智能型知识库系统”（Intelligent Knowledge-Based System，IKBS）。

专家系统简化结构如图1所示。

图1 专家系统简化结构我国专家系统的研究起步较晚，大约在80年代初期。

最初开发出来的大都是演示系统，达不到实际应用水平。

到目前为止，在理论研究和实际应用开发上都已有了丰硕的成果，并己应用到工业、农业、军事以及国民经济的各个部门乃至社会生活的许多方面。

1.1 知识库知识库系统的主要工作是搜集人类的知识，将之有系统地表达或模块化，使计算机可以进行推论、解决问题。

知识库中包含两种型态：一是知识本身，即对物质及概念作实体的分析，并确认彼此之间的关系；二是人类专家所特有的经验法则、判断力与直觉。

动物定位跟踪系统设计及优化一、引言动物定位跟踪系统是一种可以追踪和监测野生动物行踪的工具，它可以为我们提供生态研究以及野生动物保护等方面的重要信息。

本文将介绍如何设计和优化动物定位跟踪系统，使其能够实现更精确和可靠的定位效果。

二、系统设计动物定位跟踪系统主要由三部分组成：标签、接收器和计算机软件。

标签是被动式或主动式的，它们可以被固定在动物身上，通过无线电信号传输它们的位置信息。

接收器可以接收和记录传输的无线电信号，并通过计算机软件来计算和确定动物的位置。

1. 标签标签设计是动物定位跟踪系统最关键的部分之一，标签的大小和重量需要考虑到动物的身体大小和负荷能力。

标签的电池寿命需要长，以确保标签可以长期工作。

同时，标签的发射频率和传输距离也需要考虑，因为它们直接影响到定位的准确性。

2. 接收器接收器需要能够接收和记录传输的无线电信号，并将其传输至计算机软件进行处理。

接收器的声音清晰度、灵敏度和抗干扰能力是决定传输距离的关键因素。

3. 计算机软件计算机软件需要能够处理从接收器接收到的数据，并计算动物的位置。

为了实现更准确的定位，计算机软件需要采用复杂的算法，例如卡尔曼滤波器和贝叶斯维特比算法等。

三、系统优化为了提高动物定位跟踪系统的定位准确性，我们可以通过以下几种方式来进行系统优化。

1. 增加标签的传输频率增加标签的发射频率可以提高定位的准确性。

然而，频率的提高会导致电量消耗加剧，标签电池的使用寿命将会降低。

为了实现有效的分析，建议在不影响电池寿命的前提下尽量增加标签的传输频率。

2. 优化接收器的位置接收器的位置对于定位准确性有着至关重要的影响。

采用多个接收器可以提高定位的精度，同时，通过在合适的位置放置接收器，可以减少信号干扰和衰减的情况。

3. 使用先进算法为了实现更准确的定位，我们可以采用更复杂的算法来处理数据。

例如，卡尔曼滤波器和贝叶斯维特比算法等都是被广泛应用的算法，可以帮助我们提高定位精度。

题目：动物识别专家系统一．实验目的理解和掌握产生式只是表示方法，能够用选定的编程语言实现产生式系统的规则库。

二．实验内容（1）以动物识别系统的产生式规则为例。

（2）用选定的编程语言建造规则库和综合数据库，并能对它们进行增加、删除和修改操作。

三．实验原理动物识别专家系统是流行的专家系统实验模型，它用产生式r来表示知识，共15条r、可以识别七种动物，这些r既少又简单，可以改造他们，也可以加进新的r，还可以用来识别其他东西的新r来取代这些r。

动物识别15条r:r1：IF 动物有毛发THEN 该动物是哺乳动物r2: IF 动物能产奶THEN该单位是哺乳动物r3: IF 该动物有羽毛THEN该动物是鸟r4: IF动物会飞AND会下蛋THEN该动物是鸟r5: IF动物吃肉THEN该动物是肉食动物r6: IF动物有犬齿AND有爪AND眼盯前方THEN该动物是食肉动物r7: IF动物是哺乳动物AND有蹄THEN该动物是有蹄动物r8: IF动物是哺乳动物AND是反刍动物THEN该动物是有蹄动物r9: IF动物是哺乳动物AND是食肉动物AND是黄褐色的AND有暗斑点THEN该动物是豹r10：IF动物是黄褐色的AND 是哺乳动物AND 是食肉AND 有黑条纹THEN该动物是虎r11：IF动物有暗斑点AND 有长腿AND 有长脖子AND 是有蹄类THEN该动物是长颈鹿r12：IF动物有黑条纹AND 是有蹄类动物THEN该动物是斑马r13：IF动物有长腿AND 有长脖子AND 是黑色的AND 是鸟AND 不会飞THEN该动物是鸵鸟r14：IF动物是鸟AND 不会飞AND 会游泳AND 是黑色的THEN该动物是企鹅r15：IF动物是鸟AND 善飞THEN该动物是信天翁四．推理树部分推理树如下：五．代码程序是用java编写的规则对象代码：public class Rule {private ArrayList<Integer> premise = new ArrayList<Integer>();private int result;public void addPremise(int item) { premise.add(item);}public int size() {return premise.size();}public int getPremiseAt(int index) {return premise.get(index);}public void setResult(int result) {this.result = result;}public int getResult() {return result;}}规则库代码如下：public class RuleBase {private ArrayList<Rule> rules= new ArrayList<Rule>();public int size() {return rules.size();}public RuleBase() {init();}public void addRule(Rule rule) {rules.add(rule);}public Rule getRuleAt(int index) {return rules.get(index);}public void init() {Rule rule1 = new Rule();rule1.addPremise(0); rule1.setResult(20);rules.add(rule1);Rule rule2 = new Rule();rule2.addPremise(1); rule2.setResult(20);rules.add(rule2);Rule rule3 = new Rule();rule3.addPremise(2); rule3.setResult(21);rules.add(rule3);Rule rule4 = new Rule();rule4.addPremise(3); rule4.addPremise(13); rule4.setResult(21);rules.add(rule4);Rule rule5 = new Rule();rule5.addPremise(19); rule5.setResult(22);rules.add(rule5);Rule rule6 = new Rule();rule6.addPremise(4); rule6.addPremise(15); rule6.addPremise(12); rule6.setResult(22);rules.add(rule6);Rule rule7 = new Rule();rule7.addPremise(20); rule7.addPremise(9); rule7.setResult(23);rules.add(rule7);Rule rule8 = new Rule();rule8.addPremise(20); rule8.addPremise(18); rule8.setResult(23);rules.add(rule8);Rule rule9 = new Rule();rule9.addPremise(20); rule9.addPremise(22); rule9.addPremise(14); rule9.addPremise(11);rule9.setResult(24);rules.add(rule9);Rule rule10 = new Rule();rule10.addPremise(20); rule10.addPremise(22); rule10.addPremise(11); rule10.addPremise(5);rule10.setResult(25);rules.add(rule10);Rule rule11 = new Rule();rule11.addPremise(23); rule11.addPremise(6); rule11.addPremise(7); rule11.addPremise(14);rule11.setResult(30);Rule rule12 = new Rule();rule12.addPremise(23); rule12.addPremise(5); rule12.setResult(26);rules.add(rule12);Rule rule13 = new Rule();rule13.addPremise(21); rule13.addPremise(6); rule13.addPremise(17); rule13.addPremise(7);rule13.setResult(27);rules.add(rule13);Rule rule14 = new Rule();rule14.addPremise(21); rule14.addPremise(10); rule14.addPremise(17); rule14.addPremise(8);rule14.setResult(28);rules.add(rule14);Rule rule15 = new Rule();rule15.addPremise(21); rule15.addPremise(16); rule15.setResult(29);}}综合数据库代码如下：public class Database {ArrayList<Integer> db = new ArrayList<Integer>();public void addFact(int item) {db.add(item);}public boolean contains(int item) {return db.contains(item);}}控制系统代码如下：public class Machine {public static String inference(Database db) { RuleBase ruleBase = new RuleBase();int result = 0;for (int i = 0; i < ruleBase.size(); i++) { int size = ruleBase.getRuleAt(i).size();boolean flag = true;for (int j = 0; j < size; j++) {if(!db.contains(ruleBase.getRuleAt(i).getPremiseAt(j))) { flag = false;break;}}if (flag) {int fact = ruleBase.getRuleAt(i).getResult();db.addFact(fact);if (fact >= 24) {result = fact;break;}}}switch (result) {case 24:return"金钱豹";case 25:return"老虎";case 26:return"斑马";case 27:return"鸵鸟";case 28:return"企鹅";case 29:return"信天翁";case 30:return"长颈鹿";default:return"不存在";}}}六．截图七．感想通过这次课程设计我对专业课的学习有了更加深刻的认识，让我知道了学无止境的道理。