专家系统学习

Posted 2021-05-16 hellobigorange

文章目录

• 一、专家系统基础知识
• • 知识概述
  • 知识表达技术-规则
  • 基于规则的专家系统的结构
  • 前项链接和后项链接推理技术
  • 冲突消解
  • 元知识
  • 总结
• 二、基于python的动物识别专家系统
• • 系统主要逻辑：

一、专家系统基础知识

知识概述

知识是对于一个主题或者一个领域在理论或实践上的理解，也是所有已知的总和。
拥有某一部分知识的人称为专家，他们是所在组织中重要的人物。

知识表达技术-规则

任何规则都包括两个部分：IF部分和ELSE部分。IF部分是前项（前提或者条件），THEN部分是后项（结论或者行为）。
一般来说，前提之间可以使用关键词AND（合取）、OR（析取）或者两者混合使用。不过，最好在同一规则中避免使用合取和析取。
同时，结论也可以由多个从句组成。也就是说，从一个条件中可以得出多条结论。

基于规则的专家系统的结构

基于规则的专家系统由5个部分组成：知识库、数据库、推理引擎、解释设备和用户界面。
知识库包含解决问题相关的领域知识。在基于规则的专家系统中，知识用一组规则来表达。其具有IF（条件）THEN（行为）结构，当规则的条件被满足时，触发规则，继而执行行为。
数据库包含一组事实，用于匹配知识库中的IF（条件）。
推理引擎执行推理，专家系统由此找到解决方案。推理引擎链接知识库中的规则和数据库中的事实。
用户使用解释设备查看专家系统怎样得出解决方案的过程。
用户界面是实现用户（查询问题解决方案）和专家系统之间交流的途径。
其基本原理图如下：

衍生出来的模型如图所示：

前项链接和后项链接推理技术

前项链接，简单来说，就是已知条件，来推理结论。
比如：Y&D->Z
X&B&E->Y
A->X
可以看到由A可以得到X，由X和B、E可以得到Y，最后Y 和D可以得到Z;

后项链接，就是已知结论，来推出条件。
还是上面那个例子，我们已知结论Z，可以得到两个因子Y和D，然后又把Y 当做结论，找到因子X、B和E，最后又把X当做结论，得到条件A。

冲突消解

知识规则中，有可能多个规则之间是矛盾的，那么我们再匹配时应该如何选择呢？其实这里有很多方法可以遵循，比如：触发优先权最高的规则（每条规则都设置相应权重）、激发最具体的规则（依据是具体规则比一般规则处理更多的信息）。

元知识

在学习的而过程中，我们通过已有知识，再产生相应的知识，我们把再次产生的知识称为元知识。

总结

这就是基于规则的专家系统的一些简单理论知识，接下来就是要把这些过程应用到实践中，写相关代码，深入理解其中的原理以及执行过程。

二、基于python的动物识别专家系统

系统主要逻辑：

逻辑：
（1）用户输入已知事实—>点击推理
（2）获取输入的已知事实 加入 综合数据库DB
（3）获取规则库，将前提和结论分别存储在两个列表中命名为P和q，存在对应关系
（4）将前提和已知事实库进行匹配：
如果存在一条前提，全部都出现在已知事实中，那么至少可以得出一个结论。将此结论加入综合数据库，将推理过程进行标记。存在一个推理列表中，其中存的数字为推理出来的前提和结论下标。用于显示。
如果不存在这样的前提，就说明一条中间结论也推不出来，跳转（6）
（5）等循环完了，因为至少存在一个中间结论，所以直接输出推理过程和（中间或者最终）结论。
（6）提示用户什么也不能推出来，询问是否进行补充，如果选择是就回到主页面，如果选择否就关闭程序，跟用户拜拜。
界面设置：
框:输入事实的框，显示推理过程的框，显示结论的框，自动显示当前规则库的框，用来添加规则库的框。
按钮：点击进行推理的按钮，点击添加规则库并更新当前窗口的按钮
对话提示框：询问是否进行补充的框，跟用户拜拜的框。

界面：


知识库
R1： 如果 某动物有毛发（F1）则 该动物是哺乳动物（M1）
R2： 如果 某动物有奶（F2）则 该动物是哺乳动物（M1）
R3： 如果 某动物有羽毛（F3）则 该动物是鸟（M4）
R4： 如果 某动物会飞（F4），且下蛋（F5）则 该动物是鸟（M4）
R5： 如果 某动物吃肉（F6）则 该动物是食肉动物（M2）
R6： 如果 某动物有锋利的牙齿（F7），且有爪（F8），且眼睛盯着前方（F9）则 该动物是食肉动物（M2）第 10 页
R7： 如果 某动物是哺乳动物（M1），且有蹄（F10）则 该动物是有蹄类哺乳动物（M3）
R8： 如果 某动物是哺乳动物（M1），且反刍（F11）则 该动物是有蹄类哺乳动物（M3），且偶蹄类
R9： 如果 某动物是哺乳动物（M1），且是食肉动物（M2） ,且黄褐色（F12），且有暗班（F13）则 该动物是豹（H1）
R10：如果 某动物是哺乳动物（M1），且是食肉动物（M2），且黄褐色（F12），且有黑色条纹（F14）则 该动物是虎（H2）
R11：如果 某动物是有蹄类哺乳动物（M3），且有长脖（F15），且有长腿（F16），且有暗斑（F13）则 该动物是长颈鹿（H3）
R12：如果 某动物是有蹄类哺乳动物（M3），且有黑条纹（F14）
则 该动物是斑马（H4）
R13：如果 某动物是鸟（M4）， 且不会飞（F17），且有长脖子（F15），且有长腿（F16），且是黑白色（F18）则 该动物是鸵鸟（H5）
R14：如果 某动物是鸟（M4），且不会飞（F17），且会游泳（F19）， 且是黑白色（F18）则 该动物是企鹅（H6）
R15：如果 某动物是鸟（M4），且善飞（F20）则 该动物是信天翁（H7）