AI Lab1: 产生式动物识别系统

一、实验要求

产生式识别系统通过一个规则库对特征进行识别，并推断出结果。
系统首先输入读入一些已知特征，随后根据规则库中的规则不断尝试推断出新的特征，直至最终得到结果，或是发现无法推出结果。

实验要求以上图规则库为基础，编写一个产生式动物识别系统。

如上图所示，要求程序首先输出所有可选特征，用户输入已知特征后，程序根据规则库进行推理，输出推理过程及最后的识别结果。

二、算法设计

算法本身很简单，正好最近在学python，试着用python写一写。

Init

我们先把所有特征存在一个数组里，以便后面推理过程的输出。
同时，我们按题目要求输出所有可选特征，并要求用户按序号进行输入。
最后，我们还需要根据特征序号存储所有的推理规则。推理规则都是由若干个特征推出一个新特征，一个键为向量、值为变量的键值对就可以很好的存储。
我们设键向量中的值为推理的前提特征，而值为推理得的新特征，根据实验所给的规则库一一编写即可。

CODEfeature = [
    "空", "有毛发", "产奶", "有羽毛", "会飞", "会下蛋",     # 空用于占位
    "吃肉", "有犬齿", "有爪", "眼盯前方", "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", "黑白二色", "善飞",
    "哺乳类", "鸟类", "食肉类", "蹄类", "金钱豹",
    "虎", "长颈鹿", "斑马", "鸵鸟", "企鹅", "信天翁"
]

print("有动物特征如下:")
print("*1:有毛发  2:产奶  3:有羽毛  4:会飞  5:会下蛋")
print("*6:吃肉  7:有犬齿  8:有爪  9:眼盯前方  10:有蹄")
print("*11:反刍  12:黄褐色  13:有斑点  14:有黑色条纹  15:长脖")
print("*16:长腿  17:不会飞  18:会游泳  19:黑白二色  20:善飞")
print("*21:哺乳类  22:鸟类  23:食肉类  24:蹄类")
print("请输入数字选择动物的特征,结尾处用0:")

rules = [0] * 26
# 读入已知规则
while True:
    t = int(input())
    if t == 0:
        break
    rules[t] = 1

# 规则库
match = {
    (1,): 21, (2,): 21, (3,): 22, (4, 5): 22,
    (6,): 23, (6, 7, 8): 23, (21, 9): 24, (21, 11): 24,
    (21, 23, 12, 13): 25, (21, 23, 12, 14): 26, (24, 15, 16, 13): 27,
    (24, 14): 28, (22, 15, 16, 17, 19): 29, (22, 18, 17, 19): 30, (22, 20): 31
}

Inference

推理过程也很简单，我们只要写一个大循环，不断遍历所有规则，尝试寻找所有前提特征均已知且推出特征未知的规则，并将其推出特征加入已知特征即可。
需要注意，由于可能存在大序号特征推出小序号特征，进而导致出现新的可使用规则的情况，因此需要用while循环不断遍历，直至推得最终动物，或是没有任何一个规则可使用，即推理失败。循环嵌套比较多，也比较复杂，我也懒得对循环做拆分了，多设几个flag即可。
而在推理过程中，每当使用一个能推出新特征的规则，我们就用前面的特征数组输出该规则的前提特征和推出特征，即可实现中间过程的打印。
最终，我们输出系统的识别结果，代码如下。

CODEflag = True
ans = 0
while flag:
    check = 1
    for v, res in match.items():
        m = all(rules[i] == 1 for i in v)
        if res < 25 and rules[res]:
            m = False
        if m:
            check = 0
            print(feature[v[0]], end="")
            for i in range(1, len(v)):
                print("+" + feature[v[i]], end="")
            print(" ->", feature[res])
            if res < 25:
                rules[res] = 1
            else:
                ans = res
                flag = False
                break
    if check:
        flag = False

if ans:
    print("该动物是:", feature[ans])
else:
    print("无法推理出该动物是什么")

三、程序测试

随便测了两个，一个推出企鹅，一个推不出来。

四、实验总结

很简单，没啥总结的。
python语法真怪。

五、源码

最后放一下全部代码。

CODEfeature = [
    "空", "有毛发", "产奶", "有羽毛", "会飞", "会下蛋",     # 空用于占位
    "吃肉", "有犬齿", "有爪", "眼盯前方", "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", "黑白二色", "善飞",
    "哺乳类", "鸟类", "食肉类", "蹄类", "金钱豹",
    "虎", "长颈鹿", "斑马", "鸵鸟", "企鹅", "信天翁"
]

print("有动物特征如下:")
print("*1:有毛发  2:产奶  3:有羽毛  4:会飞  5:会下蛋")
print("*6:吃肉  7:有犬齿  8:有爪  9:眼盯前方  10:有蹄")
print("*11:反刍  12:黄褐色  13:有斑点  14:有黑色条纹  15:长脖")
print("*16:长腿  17:不会飞  18:会游泳  19:黑白二色  20:善飞")
print("*21:哺乳类  22:鸟类  23:食肉类  24:蹄类")
print("请输入数字选择动物的特征,结尾处用0:")

rules = [0] * 26
# 读入已知规则
while True:
    t = int(input())
    if t == 0:
        break
    rules[t] = 1

# 规则库
match = {
    (1,): 21, (2,): 21, (3,): 22, (4, 5): 22,
    (6,): 23, (6, 7, 8): 23, (21, 9): 24, (21, 11): 24,
    (21, 23, 12, 13): 25, (21, 23, 12, 14): 26, (24, 15, 16, 13): 27,
    (24, 14): 28, (22, 15, 16, 17, 19): 29, (22, 18, 17, 19): 30, (22, 20): 31
}

flag = True
ans = 0
while flag:
    check = 1
    for v, res in match.items():
        m = all(rules[i] == 1 for i in v)
        if res < 25 and rules[res]:
            m = False
        if m:
            check = 0
            print(feature[v[0]], end="")
            for i in range(1, len(v)):
                print("+" + feature[v[i]], end="")
            print(" ->", feature[res])
            if res < 25:
                rules[res] = 1
            else:
                ans = res
                flag = False
                break
    if check:
        flag = False

if ans:
    print("该动物是:", feature[ans])
else:
    print("无法推理出该动物是什么")

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