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1、简单动物识别系统的知识表示 摘要：动物识别系统是人工智能研究领域中比较基础也是非常具有代表性的一个智能系统。而智能系统最基本的组成部分，即知识系统也成为了研究的热点。本文将首先介绍知识系统的基本概念及作用，然后以动物识别系统的产生式知识表示为例，运用C语言程序实现简单动物识别系统综合数据库和规则库的组建，并且该综合数据库与规则库可以方便地让使用者进行增加、删除和修改。关键字：动物识别 知识系统 产生式知识表示 C语言 数据库 规则库The knowledge representation of simple animal identification system Abstract: Anim
2、al identification system is a very fundamental and typical Intelligent system in the field of artificial intelligence research. And the most basic part of intelligent system, namely knowledge system has become the research hot spot.In this paper, the basic concept of knowledge system and function wi
3、ll be introduced, and then use the animal identification system of production knowledge representation as an example,buid the database and the rule base of the simple animal identification system by C program,and this database and rulebase can be easily to add, delete and modify for users.Key words:
4、 Animal identification The knowledge system Production knowledge representation C language Database Rulebase人工智能是一门研究如何让机器能像人类一样拥有智能行为的学科，而知识是一切智能行为的基础，要想让机器具有智能，就必须先解决如何让机器拥有并学会使用知识的问题。但由于目前技术水平的限制，人们日常生活中所使用的用人类自然语言描述的知识还无法直接让机器识别并运用，因此，人们必须找到合适的方法把知识表示出来，才能为人工智能的实现奠定基础。在人工智能研究领域中，知识系统是当前研究的热点之一。知
5、识系统是一种拥有知识并且可以通过已有知识进行推理的智能系统。因此，知识系统不仅具备了大量的常识性知识或某个领域的专家水平的知识与经验，并能够利用这些知识和解决问题的方法去帮助人们解决这些问题，从而达到人工智能的目的。知识系统的构建依赖于两个基本的技术：一个是知识的表示，另一个则是知识的推理。知识的表示就是人们对于知识的描述，也就是用一些事先规定好的符号把我们所要描述的知识编码成能够被计算机直接识别，并便于系统使用的数据结构。通常，人工智能对于知识的表示要求主要有一下四个方面：一是知识的表示能力，二是知识的可利用性，三是知识的可组织性与可维护性，四是知识的可理解性和可实现性。为了满足以上几个要求
6、，就必须要找到合适的知识表示方法将知识表示出来，这样才能够让系统方便、准确地运用和管理已有的知识。常用的确定性知识表示方法主要有谓词逻辑表示法、产生式表示法、语义网络表示法和框架表示法。本文主要以识别老虎、金钱豹、斑马、长颈鹿、企鹅、鸵鸟、信天翁这7种动物为例，用产生式知识表示法构建这七种动物的识别系统的数据库和规则库。之前已经说过，知识系统最重要的部分是知识的表示和知识的推理，具体的知识系统结构如下图所示：领域专家用户人机接口推理机解释机构知识获取机构规则库及其管理系统数据库及其管理系统知识系统结构由上面知识系统的结构图可知，若要识别出老虎、金钱豹、斑马、长颈鹿、企鹅、鸵鸟、信天翁这7种动物
7、，就必须先构建出系统的数据库和规则库。数据库主要用于存放这七种动物所具有的属性及每一步推论所得出的结论，规则库则为后面的推理提供推理依据。在动物识别系统中，规则库中的知识采用的是确定性知识，并且用产生式规则来表示。本系统需要识别出七种动物，依据上面得到的信息，则规则库中一共有以下15条产生式规则：Rule1：IF 该动物有毛发 THEN 该动物是哺乳动物Rule2：IF 该动物有奶 THEN 该动物是哺乳动物Rule3：IF 该动物有羽毛 THEN 该动物是鸟Rule4：IF 该动物会飞 AND 会下蛋 THEN该动物是鸟Rule5：IF 该动物吃肉 THEN 该动物是肉食动物Rule6：IF
8、 该动物有犬齿 AND 有爪 AND 眼盯前方 THEN该动物是肉食动物Rule7：IF 该动物是哺乳动物 AND 有蹄 THEN 该动物是有蹄类动物Rule8：IF 该动物是哺乳动物 AND 是嚼反刍动物 THEN 该动物是有蹄类动物Rule9：IF 该动物是哺乳动物 AND 是肉食动物 AND 是黄褐色AND 身上有暗斑点THEN该动物是金钱豹Rule10：IF 该动物是哺乳动物 AND 是肉食动物 AND 是黄褐色AND 身上有黑色条纹 THEN 该动物是老虎Rule11：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 该动物是有长颈鹿Rule
9、12：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Rule13：IF 该动物是鸟 AND 有长脖子 AND 有长腿 AND不会飞 THEN 该动物是鸵鸟Rule14：IF 该动物是鸟 AND 会游泳 AND 有黑白二色 AND不会飞 THEN 该动物是企鹅Rule15：IF 该动物是鸟 AND 善飞 THEN 该动物是信天翁以上15条规则建立的基本思想是先根据动物的简单共性初步进行分类，然后逐步增加条件，慢慢缩小分类范围，最终达到识别出每一种动物的目的。这样，当我们需要对其他的动物进行识别时，就可以直接在规则库里增加对这些动物的个性方面的知识，方便了人们对规则库中内
10、容的增加、删除或修改。数据库的建立：在上面的15条产生式规则中，一共有31事实，即：有毛发、有奶、有羽毛、有犬齿、有暗斑点、有黑色条纹、有蹄、有长脖子、有长腿、有爪、有黑白两色、是黄褐色、会游泳、会下蛋、会飞、善飞、不会飞、眼盯前方、吃肉、哺乳动物、 嚼反刍动物、肉食动物、有蹄类动物、鸟、老虎、金钱豹、斑马、长颈鹿、企鹅、鸵鸟、信天翁。将其用C程序表达，其结构如下：char*str有毛发,有奶,有羽毛,有犬齿,有暗斑点,有黑色条纹,有蹄,有长脖子,有长腿,有爪,有黑白两色,是黄褐色, 会游泳,会下蛋,会飞,善飞,不会飞,眼盯前方,吃肉,哺乳动物,嚼反刍动物,肉食动物,有蹄类动物,鸟,老虎,金钱
11、豹,斑马,长颈鹿,企鹅,鸵鸟,信天翁,0规则库的建立：为了在规则库中使数据结构得到简化，将每一件事实用一个编号表示，以上31个事实中三顺序一次编号1到31，在规则对象中，我们只存储事实的编号，同样，每条规则所推出的结果也用事实的编号来表示，事实与规则的数据都用常量来表示。如规则11是一条用于识别长颈鹿的规则，其前提条件为以下事实：有蹄类动物（编号为7）、有长脖子（编号为8）、有长腿（编号为10）、有暗斑点（编号为5），我们可以将其表示为5,10,8,7。若将十五条规则得到的结论编号组成一个数组，我们可以称为结论编号数组，即31,30,29,28,27,26,25,24,24,23,23,22,
12、22,20,20,0。对于规则11，当事实7（有蹄类动物）成立，则询问使用者下一个事实，即事实8（有长脖子），依此类推，若7、8、10、5这事实全部成立，则查找结论编号数组31,30,29,28,27,26,25,24,24,23,23,22,22, 20,20,0中的第四个“28”，这里的“28”即为事实数组中的长颈鹿。将上面15条规则用C程序表达为：Int rulep6=16,24,0,0,0,0,17,9,8,24,0,0,11,17,13,24,0,0,5,10,8,7,0,0,6,23,0,0,0,0,5,12,22,20,0,0,6,12,22,20,0,0,3,0,0,0,0,0
13、,14,15,0,0,0,0,7,20,0,0,0,0,21,20,0,0,0,0,19,0,0,0,0,0,18,10,4,0,0,0,1,0,0,0,0,0,2,0,0,0,0,0,0;Int rulec=31,30,29,28,27,26,25,24,24,23,23,22,22,20,20,0;完整的程序代码如下：#include #include #include #include #define True 1#define False 0char*str有毛发,有奶,有羽毛,有犬齿,有暗斑点,有黑色条纹,有蹄,有长脖子,有长腿,有爪,有黑白两色,是黄褐色, 会游泳,会下蛋,会飞,善
14、飞,不会飞,眼盯前方,吃肉,哺乳动物,嚼反刍动物,肉食动物,有蹄类动物,鸟,老虎,金钱豹,斑马,长颈鹿,企鹅,鸵鸟,信天翁,0;Int rulep6=16,24,0,0,0,0,17,9,8,24,0,0,11,17,13,24,0,0,5,10,8,7,0,0,6,23,0,0,0,0,5,12,22,20,0,0,6,12,22,20,0,0,3,0,0,0,0,0,14,15,0,0,0,0,7,20,0,0,0,0,21,20,0,0,0,0,19,0,0,0,0,0,18,10,4,0,0,0,1,0,0,0,0,0,2,0,0,0,0,0,0;Int rulec=31,30,29,28,27,26,25,24,24,23,23,22,22,20,20,0;由于本文中用C语言建立的综合数据库和规则库均为数组形式，当我们需要增加、删除或更改以上数据库或规则库时，只需要在我们预先留出的扩充部分添加、删除或修改我们所需要的信息，便可以方便地实现对其他动物的识别功能。参考文献1王万森.人工智能原理及其应用（第三版）.电子工业出版社，2012.2谭浩强.C程序设计（第四版）.清华大学出版社，2010.
