《人工智能导论》实验1-动物识别系统

实现思路总结：

该程序通过规则推理系统实现了一个简单的知识推理引擎，核心目标是根据已有事实和规则库中的规则，不断推导出新的结论，直到得出最终结论或无法继续推理为止。

1. 规则（Rule）类：

• 规则类是推理引擎的核心部分，每条规则包含：
  • 前提条件（pre）：该规则的前提条件（即规则生效所需的事实）。是一个字符串列表，表示多个条件。
  • 结论（nxt）：如果所有前提条件成立，则推导出的结论。
  • 是否为最终结论（finish）：布尔值，用于标识该规则的结论是否为最终结论。如果是最终结论，推理停止。
• isApplicable 方法：检查当前规则的前提条件是否全部满足事实库中的事实。如果满足，返回 true，规则可应用。

2. 规则库（RuleBank）类：

• 存储所有规则。采用 list<Rule> 类型来保存规则，因为 list 支持高效的插入和删除操作。
• addRule 方法：向规则库中添加规则。

3. 事实（Fact）类：

• 存储事实库，使用 set<string> 来避免重复事实。事实库中存储的每个事实可以是任意字符串。
• addFact 方法：将新的事实加入事实库。
• hasFact 方法：检查事实库中是否已经存在某个事实。

4. 推理引擎：

• 主程序 (main 函数) 中实现了推理引擎的核心逻辑。程序不断遍历规则库，检查每条规则的前提条件是否成立。如果某条规则的前提条件成立且结论尚未存在于事实库中，则将结论加入事实库，并输出推导出的新事实。
• 若推导出新的事实，程序会继续推理，直到推导出最终结论或无法推导出更多事实为止。
• 最终结论：一旦推导出标记为最终结论的事实，程序会终止并输出该结论。

5. 推理过程的终止：

• 程序的推理过程在两种情况下终止：
  1. 得到最终结论：如果某条规则的结论标记为最终结论（finish == true），程序立即输出该结论并终止。
  2. 无法推导出新的结论：如果在某次推理循环中没有推出新的事实，程序会输出无法继续推理的信息，并终止。

6. 算法流程：

• 初始化事实库，并根据需求将初始事实添加进去。
• 创建规则库，添加若干规则。每条规则包含前提条件、结论和是否为最终结论的信息。
• 进入推理循环，遍历规则库：
  • 对每条规则，检查它是否可以应用（即前提条件是否已经存在于事实库中）。
  • 如果可以应用且结论尚未在事实库中，则将结论加入事实库，并继续进行下一轮推理。
  • 如果推理出最终结论，则输出该结论并退出。
  • 如果无法推理出新事实，退出推理过程。

实现代码：

#include <bits/stdc++.h>

using namespace std;

// 规则类
class Rule {
public:
    vector<string> pre;  // 前提条件容器
    string nxt;          // 结论
    bool finish;         // 标记是否是最终结论

    // 构造函数，用来新建规则
    Rule(vector<string> preconditions, string conclusion, bool isFinish = false)
            : pre(preconditions), nxt(conclusion), finish(isFinish) {}

    // 判断规则是否可应用
    bool isApplicable(const set<string>& factSet) {
        for (const string& condition : pre) {
            if (factSet.find(condition) == factSet.end()) {
                return false;  // 如果前提条件不成立，规则不可应用
            }
        }
        return true;  // 如果所有前提条件都存在于事实库中，则规则可应用
    }
};

// 规则库类
class RuleBank {
public:
    list<Rule> Rule_list;  // 规则链表

    // 插入规则的方法
    void addRule(const Rule& rule) {
        Rule_list.push_back(rule);
    }
};

// 事实类
class Fact {
public:
    set<string> factSet;  // 事实库，使用集合来避免重复事实

    // 添加事实的方法
    void addFact(const string& fact) {
        factSet.insert(fact);
    }

    // 检查是否存在某个事实
    bool hasFact(const string& fact) {
        return factSet.find(fact) != factSet.end();
    }
};

// 主程序类
int main() {
    // 创建事实库并添加初始事实
    Fact factBase;
    factBase.addFact("动物有奶");
    factBase.addFact("动物有蹄");
    factBase.addFact("动物有长脖子");
    factBase.addFact("动物有长腿");
    factBase.addFact("动物有暗斑");

    // 创建规则库并添加规则
    RuleBank ruleBank;
    ruleBank.addRule(Rule({"动物有奶"}, "动物是哺乳动物"));
    ruleBank.addRule(Rule({"动物有蹄", "动物是哺乳动物"}, "动物是有蹄类动物"));
    ruleBank.addRule(Rule({"动物是有蹄类动物", "动物有长脖子", "动物有长腿", "动物有暗斑"}, "动物是长颈鹿", true));  // 标记为最终结论

    // 推理引擎，进行推理直到得出最终结论
    while (true) {
        bool newFactAdded = false;

        // 遍历规则库，寻找可应用的规则
        for (auto& rule : ruleBank.Rule_list) {
            if (rule.isApplicable(factBase.factSet) && !factBase.hasFact(rule.nxt)) {
                // 如果规则可应用并且结论尚未在事实库中
                factBase.addFact(rule.nxt);  // 将结论添加到事实库
                cout << "推理出新事实: " << rule.nxt << endl;

                if (rule.finish) {
                    // 如果是最终结论
                    cout << "最终结论: " << rule.nxt << endl;
                    return 0;  // 退出程序
                }

                newFactAdded = true;
                break;  // 一旦推理出新的事实，重新开始推理
            }
        }

        // 如果没有推理出新的事实，则退出循环
        if (!newFactAdded) {
            cout << "无法推理出新的结论，推理结束。" << endl;
            break;
        }
    }

    return 0;
}