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。
相应的规则数组第七条是{16，13，0，0，0，0}，第十三个是“bird”（鸟），如果事实成立，询问使用者下一个事实，第十六个“fly_well”（善飞），如果也成立，则查找结论断言编号数组{30,29,28, 27,26,25,24,3,3,13,12,12,11,11,0}中第七个“24”，这里24对应事实数组中的“albatross”（信天翁）。
上述就是程序的推理过程，也是程序中的重点，该部分是由规则类（类rul e）中的Query方法实现。
三、实验原理一个基于规则专家系统的完整结构示于图1。
其中，知识库、推理机和工作存储器是构成专家系统的核心。
系统的主要部分是知识库和推理引擎。
知识库由谓词演算事实和有关讨论主题的规则构成。
推理引擎由所有操纵知识库来演绎用户要求的信息的过程构成－如消解、前向链或反向链。
用户接口可能包括某种自然语言处理系统，它允许用户用一个有限的自然语言形式与系统交互；也可能用带有菜单的图形接口界面。
解释子系统分析被系统执行的推理结构，并把它解释给用户。
图1 一个基于规则专家系统的完整结构四、实验环境开发工具采用Microsft Visual C++6.0 集成开发工具或C，其它C++工具任选，如采用数据库完成知识库，数据库管理系统采用Sql Server 2000.五、实验步骤知识库中的知识源于领域专家，它是问题求解所需要的领域知识的集合，包括基本事实、规则和其它有关信息。
步骤一：知识获取与知识表示选择/设计1.知识的获取获取专业领域所涉及到的知识内容。
上图是从规则集所形成的（部分）推理网络。
2、知识的表达由步骤1获取的知识集合中的内容，包括定性信息和定量信息，对于定性信息必须制定相应的规则来表达知识的含义。
也是知识库建立的重点。
3、建立知识库步骤二：简单推理机设计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。
推理策略包括：1、正向（数据驱动）2、反向（目标驱动）3、双向本实验用正向推理策略来完成，实现推理机的程序与知识库的具体内容无关，对知识库的修改不需要改动推理机。
本步骤具体包括：1、充分理解知识库现有知识，提出待解决问题2、建立规则库3、从规则库中获取可用规则集4、确定搜索控制策略（例如：估价函数策略）5、通过搜索控制策略，从规则集中选出最优规则6、执行最优规则，更新知识库7、反复多次以上步骤8、获得解决方案或无解步骤三：系统调试与测试先熟悉语言环境；接着运行示例程序；然后编辑、调试、测试自己的系统程序。
程序的流程主要是：1、实例化各个类2、初始化事实集3、初始化规则集4、使用规则对事实进行推导规则类：规则名只是用来表示规则的一个名称，前提链由前提类生成的单链表，结论则是存放结论断言编号，表示由该规则的到的结论在事实数组中的编号。
事件类:事实号和规则数据和结论断言数据的数字相对应。
激活标志表示这个时候有没有被处理过。
断言保存推理后的结论，在重复查询这个事实条件时不用反复询问用户。
六、实验思考题1、专家系统的设计和开发方法与其它软件的设计和开发的方法有什么不同？2、如果使用数据库管理系统中建立知识库，程序如何实现？附程序参考源代码：#include <string.h>#include <math.h>#include <stdio.h>#include <iostream.h>#define True 1#define False 0#define DontKnow -1char *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};int rulep[][6]={{22,23,12,3,0,0},{21,23,12,3,0,0},{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[]={30,29,28,27,26,25,24,3,3,13,13,12,12,11,11,0};class fact{private:int Number;char Name[21];int Active;int Succ;public:fact *Next;fact(int Num,char *L){strcpy(Name,L);Number=Num;Active=False; //-1是已经推理，不符合。
1是已经推理，符合。
Succ=DontKnow; //0是无，-1是不知道，1是有。
Next=NULL;}char *GetName(){char *L;L=new char[21];strcpy(L,Name);return L;}int GetNumber(){return Number;}int GetAct(){return Active;}如有帮助，欢迎下载。
int GetSucc(){return Succ;}void PutAct(const int Act0,int Suc0){Active=Act0;Succ=Suc0;}};fact *Fact;class list{private:int Number;public:list *Next;list(int Num){Number=Num;Next=NULL;}int GetNumber(){return Number;}};class rule{char *Name;list *Pre;int Conc;public:rule *Next;rule(char *N,int P[],int C);~rule();int Query();void GetName(){cout<<Name;}};rule::~rule(){while(Pre){L=Pre->Next;delete Pre;Pre=L;}delete Name;}rule::rule(char *N,int P[],int C){int i;list *L;Pre=NULL;Next=NULL;Name=new char[strlen(N)+1];strcpy(Name,N);i=0;while(P[i]!=0){L=new list(P[i++]);L->Next=Pre;Pre=L;}Conc=C;}int rule::Query(){char c;int Tag=0;list *L;fact *F;F=Fact;L=Pre;if(L==NULL)cout<<"\nError";while(L!=NULL){F=Fact;for(;;){if(abs(L->GetNumber())==F->GetNumber()) break;F=F->Next;if(L->GetNumber()>0){if((F->GetSucc())==True){L=L->Next;continue;}if((F->GetSucc())==False)return False;}else{if((F->GetSucc())==True)return False;if((F->GetSucc())==False){L=L->Next;continue;}}cout<<F->GetName()<<"(Y/N)"<<endl;c=getchar();flushall();if((c=='Y')||(c=='y')){if(L->GetNumber()>0)F->PutAct(1,True);if(L->GetNumber()<0){F->PutAct(1,True);Tag=-1;return False;}}else{if(L->GetNumber()<0)F->PutAct(-1,False);else{F->PutAct(-1,False);Tag=-1; //已经推理，不符合。
