Python 人工智能实战|产生式规则推理系统：动物识别系统、智能客服系统

一、动物识别系统

1.1：前言

产生式系统是基于产生式规则的推理系统，它以产生式规则为基础，利用规则匹配的推理机制来进行推断和解决问题。下图是产生式系统的组成，请从“动物识别系统”程序代码中分别找出规则库、综合数据库和推理机部分，并分析系统实现流程，以及三个部分的所使用的数据存储结构和基本语法。
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1.2：核心思路

如何保存规则->规则库： 使用feature列表存储特征，rule数组表示即将待匹配的规则前提（根据feature列表中特征相应的序号）
如何存储用户输入&中间结果->综合数据库： 以一个数组/列表变量存储用户输入的相应特征以及推理过程产生的中间前提
匹配流程->推理机： 将综合数据库中的特征信息和rule规则前提依次进行匹配（注意：其实就是前提匹配），并且将得到的中间结论添加到综合数据库，依次完规则匹配，得到最终结果。

1.3：代码实现

 # -*- coding: utf-8 -*-
import sys

# 存储规则中所有的feature
features = ["", "有奶", "有毛发", "有羽毛", "会飞", "会下蛋",  \
            "吃肉", "有犬齿", "有爪","眼盯前方", "有蹄", "嚼反刍",\
            "黄褐色", "身上有暗斑点", "身上有黑色条纹", "有长脖子", \
            "有长腿", "不会飞", "会游泳", "有黑白二色", "善飞",\
            "哺乳动物", "鸟", "食肉动物", "蹄类动物", "金钱豹", "虎",\
            "长颈鹿", "斑马", "鸵鸟", "企鹅", "信天翁"]

print('以下是一些动物的特征：')
print('\n')

i = 1
while i < len(features):
    print('%d' %i +'.'+ features[i]+ '  ', end='')
    i = i+1
    if i % 4 == 1:
        print('\n')

print('\n')



answer = input('请选择动物的特征编号，用英文逗号分开，回车结束输入：')
# 接收到的answer是一个字符串
try:
    answer = list(answer.split(','))
    new_answer = [int(x) for x in answer]
    print(new_answer)
except Exception:
    print('您输入的是数字么？或者，逗号不是英文的？')
    sys.exit()

# rule只保存了前提（方便后面进行匹配，因为匹配是匹配前提！！！）
rule1 = [2]   # if 动物有毛发  then  动物是哺乳动物
rule2 = [1]   # if 动物有奶  then  动物是哺乳动物

rule3 = [3]   # if 动物有羽毛  then  动物是鸟
rule4 = [4, 5]  # f 动物会飞  and  会生蛋 then  动物是鸟

rule5 = [6]  # if 动物吃肉 then 动物是食肉动物
rule6 = [7, 8, 9]  # if 动物有犀利牙齿 and 有爪 and 眼向前方 then 动物是食肉动物

rule7 = [21, 10]  # if 动物是哺乳动物and有蹄then动物是有蹄类动物
rule8 = [21, 11]  # if 动物是哺乳动物and反刍then动物是有蹄类动物

rule9 = [21, 23, 12, 13]  # if 动物是哺乳动物and是食肉动物and有黄褐色 and 有暗斑点 then 动物是豹
rule10 = [21, 23, 12, 14]  # if 动物是哺乳动物 and是食肉动物and有黄褐色 and 有黑色条纹 then 动物是虎
rule11 = [24, 15, 16, 13]  # if动物是有蹄类动物  and 有长脖子and有长腿and有暗斑点 then 动物是长颈鹿
rule12 = [24, 14]  # if 动物是有蹄类动物 and有黑色条纹 then 动物是斑马
rule13 = [22, 17, 16, 15, 19]  # if 动物是鸟and不会飞 and有长脖子and有长腿 and有黑白二色 then 动物是鸵鸟
rule14 = [22, 17, 18, 19]  # if 动物是鸟 and不会飞 and会游泳 and有黑白二色 then  动物是企鹅
rule15 = [22, 4]  # if 动物是鸟 and善飞 then 动物是信天翁

#推理过程如下：
#dict=[]
if set(rule1)<=set(new_answer): # 规则库前提内容 < 综合库内容，说明肯定能从规则库推理出新结论（也就是“匹配”）
    print('2->21')
    print('这个动物是')
    print(features[21])
    new_answer.append(21)  # 将推理的中间结果加入综合库
if set(rule2)<=set(new_answer):
    print('1->21')
    print('这个动物是')
    print(features[21])
    new_answer.append(21)
if set(rule3)<=set(new_answer):
    print('3->22')
    new_answer.append(22)
if set(rule4)<=set(new_answer):
    print('4+5->22')
    new_answer.append(22)
if set(rule5)<=set(new_answer):
    print('6->23')
    new_answer.append(23)
if set(rule6)<=set(new_answer):
    print('7+8+9->23')
    new_answer.append(23)
if set(rule7)<=set(new_answer):
    print('21+10->24')
    new_answer.append(24)
if set(rule8)<=set(new_answer):
    print('21+11->24')
    new_answer.append(24)
#最后判断是什么动物
if set(rule9)<=set(new_answer):
    print(features[25])
elif set(rule10)<=set(new_answer):
    print(features[26])
elif set(rule11)<=set(new_answer):
    print(features[27])
elif set(rule12)<=set(new_answer):
    print(features[28])
elif set(rule13)<=set(new_answer):
    print(features[29])
elif set(rule14)<=set(new_answer):
    print(features[30])
elif set(rule15)<=set(new_answer):
    print(features[31])
else:print('识别失败！')

二、简单的自动问答系统

2.1：前言

实现一个简单的自动问答系统。要求系统能够实现如下功能：
如果用户"询问产品"，则显示"了解您想了解的产品信息，请问您具体对哪些产品感兴趣？
如果用户"询问价格"，则显示"您可以在我们的官方网站上查询到最新的产品价格信息。
如果用户"询问库存"，则显示"您所感兴趣的产品目前还有货，您可以直接在官网进行购买。
如果用户"投诉"，则显示"非常抱歉给您带来不便，请您提供您的订单号，我们会尽快为您解决问题。
如果用户"退货"，则显示"如果您对购买的产品不满意，可以在15天内提出退货申请，我们会尽快为您处理。
如果用户"取消订单"，则显示"请您提供订单号，我们将为您取消订单并处理相关退款。
如果用户"咨询售后服务"，则显示"您可以在我们的官方网站上查询到售后服务的联系方式，我们会尽快为您提供帮助。
分析算法基本流程，并编程实现。程序实现时需思考如下几点：
1、规则库如何存储？
2、规则与用户输入如何匹配？
提示：如果a和b都是字符串，则语法If a in b可判断b是否包含a

2.2：核心思路

这个自动问答系统本质上和动物识别系统一样，都是产生式规则推理系统，而且比上面的动物识别系统要简单很多，因为不会产生中间结果！如此一来，我们可以直接把前提和结论作为一个规则以元组或map的形式存起来就好，所有的规则还是以列表存储。

如何保存规则->规则库： 同样还是采用列表存储，但这次是把前提和结论一起存起来
如何存储用户输入&中间结果->综合数据库： 直接用一个变量存储
匹配流程->推理机： 将综合数据库中的特征信息和rule规则前提依次进行匹配，依次完规则匹配，得到最终结果。

2.3：代码实现

import sys

# 定义智能客服系统规则库
rules = [
    (["询问产品"], ["了解您想了解的产品信息，请问您具体对哪些产品感兴趣？"]),
    (["询问价格"], ["您可以在我们的官方网站上查询到最新的产品价格信息。"]),
    (["询问库存"], ["您所感兴趣的产品目前还有货，您可以直接在官网进行购买。"]),
    (["投诉"], ["非常抱歉给您带来不便，请您提供您的订单号，我们会尽快为您解决问题。"]),
    (["退货"], ["如果您对购买的产品不满意，可以在15天内提出退货申请，我们会尽快为您处理。"]),
    (["取消订单"], ["请您提供订单号，我们将为您取消订单并处理相关退款。"]),
    (["咨询售后服务"], ["您可以在我们的官方网站上查询到售后服务的联系方式，我们会尽快为您提供帮助。"])
]

# 收集投诉信息的函数
def collect_complaint_info():
    order_number = input("请提供您的订单号：")
    complaint_details = input("请简要描述您的投诉内容：")
    return order_number, complaint_details

print("欢迎使用智能客服系统！")
user_input = input("请输入您的问题或需求：")

# 初始化解决方案为空
solution = None

# 遍历规则库，寻找匹配的规则
for rule in rules:
      item= rule[0][0]
      if item in user_input:
          solution = rule[1][0]
          break

# 根据匹配到的解决方案输出结果
if solution:
    print("解决方案：", solution)
else:
    print("对不起，无法识别您的问题或需求。")