人工智能基础---上机2：产生式系统

一、题目

建造用以识别虎、金钱豹、斑马、长颈鹿、企鹅、鸵鸟和信天翁 7 种动物的产生式实验系统(包括规则库和事实库)，然后实现推理过程。即，实现可以输入任何的事实，并基于原有的规则和输入的事实进行推理。

R1：IF 该动物有毛 THEN 该动物是哺乳动物
R2：IF 该动物有奶 THEN 该动物是哺乳动物
R3：IF 该动物有羽毛 THEN 该动物是鸟
R4：IF 该动物会飞 AND 会下蛋 THEN 该动物是鸟
R5：IF 该动物吃肉 THEN 该动物是食肉动物
R6：IF 该动物有犬齿 AND 有爪 AND 眼盯前方 THEN 该动物是食肉动物
R7：IF 该动物是哺乳动物 AND 有蹄 THEN 该动物是有蹄类动物
R8：IF 该动物是哺乳动物 AND 是反刍动物 THEN 该动物是有蹄类动物
R9：IF 该动物是哺乳动物 AND 是食肉动物 AND 是黄褐色 AND 身上有暗斑点 THEN 该动物是金钱豹
R10：IF 该动物是哺乳动物 AND 是食肉动物 AND 是黄褐色 AND 身上有黑色条纹 THEN 该动物是虎
R11：IF 该动物是有蹄类动物 AND 有长脖子 AND 有长腿 AND 身上有暗斑点 THEN 该动物是长颈鹿
R12：IF 该动物是有蹄类动物 AND 身上有黑色条纹 THEN 该动物是斑马
R13：IF 该动物是鸟 AND 有长脖子AND 有长腿 AND 不会飞 AND 有黑白二色 THEN 该动物是鸵鸟
R14：IF 该动物是鸟 AND 会游泳 AND 不会飞 AND 有黑白二色 THEN 该动物是企鹅
R15：IF 该动物是鸟 AND 善飞 THEN 该动物是信天翁

提示，识别动物的基本思路：首先根据简单的条件对动物进行初次的分类划分，然后根据题中逐渐增加的细化条件，缩小分类范围，最后得出识别以上 7种动物的规则结果。
需要注意的是，
(1) 当已知的事实不完全时，虽不能推出最终结论，但可以得到分类结果；
(2) 当需要增加对其它动物的识别时，规则中只需增加关于这些动物的识别规则，可以充分利用前导规则；

二、实验过程

1.用C++模板库的容器构造特征表，用数字表示动物特征和动物类别：

2.构建规则库：

3.实现原理
用C++STL库的set_difference()函数求规则库与输入数据的差集放入tmp_sec的vector容器中，如果该容器的大小为0，说明输入数据中的某一/某些特征符合规则库中的规则，可以继续推理下去，如果该容器的大小不为0，说明输入数据中的某一/某些特征只是规则库中的某一/某些规则的一部分条件，不能进行推理；
主要过程：

        map<vector<int>, int>::iterator vec_iter;
        vector<int>  tmp_sec;
        vec_iter = classific.begin();
        i = 0;
        while (vec_iter != classific.end()) {
            i++;
            set_difference(vec_iter->first.begin(), vec_iter->first.end(), fact.begin(), fact.end(), inserter(tmp_sec, tmp_sec.begin()));
            if (tmp_sec.size() == 0) {
                //得到结果
                result.push_back(vec_iter->second);
            }
            tmp_sec.clear();
            vec_iter++;
        }

手动推导：

具体示例：

三、完整代码

#include 
#include 
#include 
#include 
using namespace std;
//映射特征表
map<int, string> tables =
{
    {1,"有毛"},
    {2,"产奶"},
    {3,"有羽毛"},
    {4,"会飞"},
    {5,"会下蛋"},
    {6,"吃肉"},
    {7,"有犬齿"},
    {8,"有爪"},
    {9,"眼睛盯前方"},
    {10,"有蹄"},
    {11,"反刍"},
    {12,"黄褐色"},
    {13,"有暗斑点"},
    {14,"有黑色条纹"},
    {15,"长脖"},
    {16,"长腿"},
    {17,"不会飞"},
    {18,"会游泳"},
    {19,"黑白两色"},
    {20,"善飞"},
    {21,"哺乳类"},
    {22,"鸟"},
    {23,"食肉动物"},
    {24,"蹄类动物"},
    {25,"企鹅"},
    {26,"信天翁"},
    {27,"鸵鸟"},
    {28,"斑马"},
    {29,"长颈鹿"},
    {30,"老虎"},
    {31,"金钱豹"}
};
//推理表（规则库）
map<vector<int>, int> classific =
{
    {{1},21},               //1
    {{2},21},
    {{3},22},
    {{4,5},22},
    {{6},23},             //5
    {{7,8,9},23},
    {{10,21},24},
    {{11,21},24},
    {{12,13,21,23},31},
    {{12,14,24,26},30},        //10
    {{13,15,16,24},29},
    {{14,24},28},
    {{15,16,17,19,22},27},
    {{20,22},26},
    {{17,18,19,22},25}//15
};
bool have_result = false;
int main()
{
    int i, j, a, b, c;
    int num;
    vector<int> fact, temp, result;
    vector<int>::iterator p;
    int flag = 1;
    cout << "欢迎来到产生式系统:" << endl;
    //打印选项单
    map<int, string>::iterator iter;
    iter = tables.begin();
    while (iter->first <= 24) {
        cout << iter->first << "." << iter->second << "\t";
        if (iter->first % 5 == 0)
            cout << endl;
        iter++;
    }
    cout << endl;
    while (flag == 1) {

        //输入信息
        cout << "请输入特征数:" << endl;
        cin >> num;
        cout << "请输入特征:" << endl;
        for (i = 0; i < num; i++) {
            cin >> a;
            fact.push_back(a);
        }
        sort(fact.begin(), fact.end());
        //实现推理过程
        map<vector<int>, int>::iterator vec_iter;
        vector<int>  tmp_sec;
        vec_iter = classific.begin();
        i = 0;
        while (vec_iter != classific.end()) {
            i++;
            set_difference(vec_iter->first.begin(), vec_iter->first.end(), fact.begin(), fact.end(), inserter(tmp_sec, tmp_sec.begin()));
            if (tmp_sec.size() == 0) {
                //得到结果
                result.push_back(vec_iter->second);
            }
            tmp_sec.clear();
            vec_iter++;
        }
        //判断是否得出结论
        p = result.begin();
        if (result.begin() == result.end())
        {
            cout << "不能推导出！" << endl;
        }
        else
        {
            while (p != result.end())
            {
                if (*p < 21)//特征
                {
                    cout << "不能推导出！" << endl;
                    break;
                }
                else
                {
                    cout << "该动物可能是" << tables[*p] << endl;
                }
                p++;
            }
        }

        fact.clear();
        result.clear();
        cout << "请选择：1.继续    0.退出" << endl;
        cin >> flag;
    }
    return 0;
}

四、结果展示

1．完全符合规则库的某一规则：

2．部分符合规则库的某一/某些规则：

3. 都不符合规则库的某一/某些规则

4.超出范围：

文章参考自：c++实现简单的产生式推理系统