Конструкции. Определение функций непосредственно в среде CLIPS

В CLIPS существует несколько описывающих конструкций:

defmodule , defrule , deffacts , deftemplate , defglobal , deffunction , defclass, definstances, defmessage-handler, defgeneric.

При записи все они заключаются в скобки. Определение конструкции отличается от вызова функции главным образом по производимому эффекту. Обычно вызов функции оставляет состояние среды CLIPS без изменений (за рядом исключений, когда речь идет о функциях сброса, очистки, открытия файла и т.п.). Определение конструкции, напротив, в точности направлено на изменение состояния среды путем внесения изменений в базу знаний CLIPS. В отличие от функций конструкции никогда не возвращают значений.

Все конструкции (за исключением defglobal) позволяют размещать комментарии сразу вслед за именем конструкции. Кроме того, комментарии могут вставляться в код CLIPS при помощи точки с запятой (;). Все, что следует за (;) до конца строки, будет игнорироваться CLIPS. Если (;) стоит первым символом в строке, то вся строка считается комментарием.

Конструкция deffunction позволяет пользователю определять новые функции непосредственно в среде CLIPS с использованием синтаксиса CLIPS. В языке CLIPS функции конструируются примерно так же, как в языке LISP. Существенное отличие состоит в том, что переменные должны иметь префикс ?, как это показано в приведенном ниже определении. Функции, определенные таким образом, выглядят и работают подобно остальным функциям, однако они выполняются не напрямую, а интерпретируются средой CLIPS.

(deffunction hypotenuse (?a ?b) (sqrt (+ (* ?a ?a) (* ?b ?b)))Формат определения функции в CLIPS следующий:(deffunction <имя функции>     (<аргумент> …<аргумент>) <выражение> ……………. <выражение>)Функция возвращает результат последнего выражения в списке. Иногда выполнение функции имеет побочные эффекты, как в приведенном ниже примере.(deffunction init (?day) (reset) (assert (today is ?day)))В результате после запуска функции на выполнение командой

CLIPS> (init Sunday)

Будет выполнена команда reset и, следовательно, очищена база фактов, а затем в нее будет включен новый факт (today is Sunday).

Вызовы функций в CLIPS имеют префиксную форму: аргументы функции могут стоять только после ее названия. Вызов функции начинается с открывающейся скобки, за которой следует имя функции, затем идут аргументы, каждый из которых отделен одним или несколькими пробелами. Аргументами функции могут быть данные простых типов, переменные или вызовы других функций. В конце вызова ставится закрывающаяся скобка. Ниже приведены примеры вызовов функций:

(+345)

(* 5 6.02)

(+ 3 (* 8 9) 4)

(* 8 (+ 3 (* 2 3 4) 9) (* 3 4) )

 

Факты

Факты являются одной из основных форм представления информации в системе CLIPS. Каждый факт представляет фрагмент информации, который был помещен в текущий список фактов, называемый fact-list. Факт представляет собой основную единицу данных, используемую правилами.

Количество фактов в списке и объем информации, который может быть сохранен в факте, ограничивается только размером памяти компьютера. Если при добавлении нового факта к списку обнаруживается, что он полностью совпадает с одним из уже включенных в список фактов, то эта операция игнорируется (хотя такое поведение можно изменить).

Факт может описываться индексом или адресом. Всякий раз, когда факт добавляется (изменяется), ему присваивается уникальный целочисленный индекс. Индексы фактов начинаются с нуля и для каждого нового или измененного факта увеличиваются на единицу. Каждый раз после выполнения команд reset и clear выделение индексов начинается с нуля. Факт также может задаваться при помощи адреса. Адрес факта может быть получен путем сохранения возвращаемого значения команд, которые возвращают в качестве результата адрес факта (таких как assert, modify и duplicate), или путем связывания переменной с адресом факта в левой части правила (см. далее).

Идентификатор факта – это короткая запись для отображения факта на экране. Она состоит из символа f и записанного через тире индекса факта. Например, запись f-10 служит для обозначения факта с индексом 10. Существует два формата представления фактов: позиционный и непозиционный.

Позиционные факты состоят из выражения символьного типа, за которым следует последовательность (возможно, пустая) из полей, разделенных пробелами. Вся запись заключается в скобки. Обычно первое поле определяет "отношение", которое применяется к оставшимся полям. Например: (the pump is on) (altitude is 10000 feet) (grocery_list bread milk eggs)

Поля в позиционных фактах могут быть любого простого типа (за исключением первого поля, которое всегда должно быть типа symbol), на порядок полей также не накладывается никаких ограничений. Следующие символьные выражения зарезервированы и не должны использоваться как первое поле любого факта (позиционного или нет): test, and, or, not, declare, logical, object, exists u forall.

Для того чтобы обратиться к информации, содержащейся в позиционном факте, пользователь должен знать не только какие данные содержатся в факте, но и то, в каком поле они хранятся. Непозиционные (шаблонные) факты дают возможность пользователю абстрагироваться от структуры факта, задавая имена каждому из полей факта. Для задания шаблона, который затем может использоваться при доступе к полям по именам, используется конструкция deftemplate. Эта конструкция подобна структуре или записи в языках программирования С и Паскаль.

Конструкция deftemplate позволяет наряду с определением именованных полей, или слотов, вводить имя шаблона. В отличие от позиционных фактов слоты шаблонного факта могут быть ограничены по типу, значению, числовому диапазону. Кроме того, для любого слота можно определить значения по умолчанию. Слот состоит из открывающейся скобки, за которой следует имя слота, полей (могут отсутствовать) и закрывающейся скобки. Заметим, что слоты не могут использоваться в позиционных фактах, так же как позиционные поля не могут использоваться в шаблонных фактах. Общая структура конструкции deftemplate такова:

(deftemplate )

(slot-1)

(slot-2)

…

(slot-N)

Далее приведен пример шаблона с заданными для слотов значениями по умолчанию:

(deftemplate prospect)

(slot name

(default ?DERIVE)

(slot. assets

(default rich)

(slot age

(default 80 )))

Шаблонные факты отличаются от позиционных по первому полю в факте. Первое поле всех фактов должно быть типа symbol, но если это символьное выражение соответствует имени шаблона, то этот факт - шаблонный. За первым полем шаблонного факта следует список из нуля или более слотов. Как и позиционные, шаблонные факты заключаются в скобки. Далее приведено несколько примеров шаблонных фактов:

(client (name "Joe Brown") (id X9345A))

(point-mass (x-velocity 100)

(y-velocity -200))

(class (teacher "Martha Jones")

(#-students 30)

(room "37A"))

(grocery-list (#-of-items 3)

(items bread milk eggs))

Заметим, что порядок следования слотов в шаблонном факте не важен.

Манипуляции над фактами

Факты могут добавляться к списку фактов (с помощью команды assert), удаляться из него (с помощью команды retract), изменяться (с помощью команды modify) и дублироваться (с помощью команды duplicate) самим пользователем или программой. Например:

CLIPS> (assert (today is Sunday))

CLIPS> (assert (weather is warm))

(assert (light green))

Для вывода списка фактов, имеющихся в базе, используется команда facts:

CLIPS>(facts)

f-1 (today is Sunday)

f-2 (weather is warm)

В последних версиях CLIPS , в частности, в той, которая работает в операционной среде Windows, такие команды как facts, можно вызвать с помощью меню.

Кроме того, конструкция deffacts позволяет определить множество исходных или априорных знаний в виде набора фактов. Например:

(deffacts walk "Some facts about walking"

(status walking)

(walk-sign walk) )

Для удаления фактов из базы используется команда retract.

CLIPS> (retract 1)

CLIPS> (facts)

f-0 (today is Sunday)

Эти же команды, assert и retract, используются в выполняемой части правил (заключении правила) и с их помощью выполняется программное изменение базы фактов. Часто приходится пользоваться и другой командой интерпретатора, clear, которая очищает базу фактов (как правило, эта команда доступна в одном из выпадающих меню).

CLIPS> (clear)

CLIPS> (facts)

В тексте программы факты можно включать в базу не по одиночке, а целым массивом. Для этого в CLIPS имеется команда deffacts.

(deffacts today

(today is Sunday)

(weather is warm)

)

Выражение deffacts имеет формат, аналогичный выражениям в языке LISP. Выражение начинается с команды deffacts, затем приводится имя списка фактов, который программист собирается определить (в нашем примере – today), а за ним следуют элементы списка, причем их количество не ограничивается. Этот массив фактов можно затем удалить из базы командой undeffacts.

CLIPS> (undeffacts today)

Выражение deffacts можно вводить и в командную строку нтерпретатора, но лучше записать его в текстовый файл с помощью редактора CLIPS или любого другого текстового редактора. Загрузить этот файл в дальнейшем можно с помощью команды в меню File либо из командной строки.

CLIPS> (load “my file”)

Однако после загрузки файла факты не передаются сразу же в базу фактов CLIPS. Команда deffacts просто указывает интерпретатору, что существует массив today, который содержит множество фактов. Собственно загрузка выполняется командой reset.

CLIPS> (reset)

Когда производится сброс состояния среды CLIPS (с помощью команды reset) все факты, описанные в конструкции deffacts, добавляются к списку фактов. Кроме того, по этой команде в список фактов заносится исходный факт (initial-fact). Этот факт включается в список фактов всегда с идентификатором f-0. Его назначение будет рассмотрено в следующем пункте.

 

Правила

Одним из основных методов представления знаний в CLIPS являются правила. Правила используются для представления эвристик, определяющих ряд действий, которые необходимо выполнить в определенной ситуации. Разработчик экспертной системы определяет совокупность правил, которые используются совместно для решения проблемы. Правило состоит из двух частей: антецедента (условия), который является аналогом условия в if-then операторе и записывается слева, и консеквента (заключения), который является аналогом then части этого оператора и записывается справа.

Левая часть правила представляет собой ряд условий (условных элементов), которые должны выполняться, чтобы правило было применимо. В CLIPS принято считать, что условие выполняется, если соответствующий ему факт присутствует в списке фактов. Одним из типов условных элементов может быть образец. Образцы состоят из набора ограничений, которые используются для описания того, какие факты удовлетворяют условию, определяемому образцом. Процесс сопоставления фактов и образцов выполняется блоком вывода CLIPS, который автоматически сопоставляет образцы, исходя из текущего состояния списка фактов, и определяет, какие из правил являются применимыми. Если все условия правила выполняются, то оно активируется и помещается в список активированных правил.

Если левая часть правила пуста, то для его активации необходимо наличие в списке фактов исходного факта (initial-fact). Такие безусловные правила часто используются для того, чтобы инициировать работу программы. Поэтому перед запуском таких программ необходимо произвести сброс состояния среды CLIPS.

Правая часть правила представляет собой совокупность действий, которые должны быть выполнены, если правило применимо. Действия, описанные в применимых правилах, выполняются тогда, когда блок вывода CLIPS получает команду начать выполнение применимых правил. Если существует множество применимых правил, то для того, чтобы выбрать правило, действия которого должны быть выполнены, блок вывода использует стратегию разрешения конфликтов. Действия, описанные в выбранном правиле, выполняются (при этом список применимых правил может измениться), а затем блок вывода выбирает другое правило и т.д. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не остается ни одного применимого правила, т.е. пока список активированных правил не окажется пуст.

Во многом правила похожи на операторы типа if-then процедурных языков программирования. Однако условие if-then оператора в процедурном языке проверяется только тогда, когда программа передает ему управление. С правилами ситуация иная. Блок вывода постоянно отслеживает все правила, условия которых выполняются, и, таким образом, правило может быть выполнено в любой момент, как только оно становится применимым. В этом смысле правила подобны обработчикам исключительных ситуаций в процедурных языках (например, в языке Ада).

Для определения правил используется конструкция defrule:

(defrule <имя правила>

< необязательный комментарий >

< необязательное объявление >

< предпосылка_1 >

……………….

< предпосылка_m >

=>

< действие_1 >

………………..

< предпосылка_n >

)

Например:

(defrule chores

“Things to do on Sunday”

(salience 10 )

(today is Sunday)

(weather is warm)

=>

(assert (wash car))

(assert (chop wood)

)

В этом примере c hores – произвольно выбранное имя правила. Предпосылки в условной части правила

(today is Sunday)

(weather is warm)

сопоставляются затем интерпретатором с базой фактов, а действия, перечисленные в выполняемой части правила (она начинается после пары символов =>), вставят в базу два факта

(wash car)

(chop wood)

в случае, если правило будет активизировано. Приведенный в тексте правила комментарий

“Things to do on Sunday”

“Что делать в воскресенье”

поможет в дальнейшем вспомнить, чего ради это правило включено в программу. Выражение

(salience 10)

указывает на степень важности правила. Пусть например, в программе имеется другое правило

(defrule fun

“Better things to do on Sunday”

(salience 100)

(today is Sunday)

(weather is warm)

=>

(assert (drink beer))

(assert (play guitar))

)

Поскольку предпосылки обоих правил одинаковы, то при выполнении оговоренных условий они будут «конкурировать» за внимание интерпретатора. Предпочтение будет отдано правилу, у которого параметр salience имеет более высокое значение, в данном случае – правилу fun. Параметру salience может быть присвоено любое целочисленное значение в диапазоне [-10000, 10000]. Если параметр salience в определении правила опущен, ему по умолчанию присваивается значение 0.

 

Переменные

Как и в других языках программирования, в CLIPS для хранения значений используются переменные. В отличие от фактов, которые являются статическими, или неизменными, содержание переменной динамично и изменяется по мере того, как изменяется присвоенное ей значение. Идентификатор переменной всегда начинается с вопросительного знака, за которым следует ее имя. В общем случае формат переменной выглядит следующим образом:

?имя_переменной

Примеры переменных:

?х ?sensor ?noun ?color

Перед использованием переменной ей необходимо присвоить значение. Все переменные, кроме глобальных, считаются локальными и могут использоваться только в рамках описания конструкции. К этим локальным переменным можно обращаться внутри описания, но они не определены вне него. Чаще всего переменные описываются и получают значения в левой части правила. Например:

(defrule make-quack

(duck-sound ?sound)

=>

(assert (sounds-is ?sound) )

Получив значение, переменная сохраняет его неизменным при использовании как в левой, так и в правой части правила, если только это значение не изменяется в правой части при помощи функции bind.

(defrule addition

(numbers ?x ?y)

=>

(assert (answer (+ ?x ?y)))

(bind ?answer (+ ?x ?y))

(printout t "answer is " ?answer crlf))

Другой пример:

(defrule pick-a-chore

“Allocating chores to days”

(today is ?day)

(chore is ?job)

=>

(assert (do ?job on ?day))

)

будет сопоставлено с фактами

(today is Sunday)

(chore is carwash)

то в случае активизации оно включит в базу новый факт

(do carwash on Sunday).

Аналогично, правило

(defrule drop-a-chore

“Allocating chores to days”

(today is ?day)

?chore <- (do ?job on ?day)

=>

(retract ?chore)

)

отменит выполнение работ по дому (a chore). Обратите внимание на то, что оба экземпляра переменной ?day должны получить одно и то же значение. Переменная ?chore в результате сопоставления должна получить ссылку на факт, который мы собираемся исключить из базы. Таким образом, если это правило будет сопоставлено с базой фактов, в которой содержатся

(today is Sunday)

(do carwash on Sunday)

то при активизации правила из базы будет удален факт

(do carwash on Sunday)

С подробностями выполнения процесса сопоставления в интерпретаторе CLIPS вы сможете познакомиться в Руководстве пользователя , а здесь только отметим, что факт

(do carwash on Sunday)

будет сопоставлен с любым из представленных ниже образцов

(do ? ? Sunday)

(do ? on ?)

(do ? on ?when)

(do $?)

(do $? Sunday)

(do ?chore $?when)

Учтите, что префикс $? является признаком сегментной переменной, которая будет связана с сегментом списка. Например, в приведенном выше примере переменная $?when будет связана с (on Sunday)

Если за префиксами ? и $? не следует имя переменой, они рассматриваются как универсальные символы подстановки, которым соответственно может быть сопоставлен любой элемент или сегмент списка.

Кроме значения самого факта, переменной может быть присвоено значение адреса факта. Это может оказаться удобным при необходимости манипулировать фактами непосредственно из правила. Для такого присвоения используется комбинация "<-". Следующий пример иллюстрирует присвоение переменной значения адреса факта и ее последующее использование:

(defrule get-married

?duck <- (bachelor Dopey)

=>

(retract ?duck))

Для определения глобальных переменных, которые видны всюду в среде CLIPS, используется конструкция defglobal. К глобальной переменной можно обратиться в любом месте, и ее значение остается независимым от других конструкций. Глобальные переменные CLIPS подобны глобальным переменным в процедурных языках программирования, но они значительно слабее типизированы (на них не налагается ограничения хранения данных только одного типа).

Использование шаблонов

Для определения фактов можно использовать не только списочные структуры, но и шаблоны, которые напоминают простые записи. (Шаблоны в CLIPS не имеют ничего общего с шаблонами C++.) Шаблон выглядит примерно так:

(deftemplate student “cmt”

(slot name (type STRING))

(slot age (type NUMBER) (default 18))

)

Каждое определение шаблона состоит из произвольного имени шаблона, необязательного комментария и некоторого количества определений слотов. Слот включает поле данных, например name, и тип данных, например STRING. Можно указать и значение по умолчанию, как в приведенном выше примере.Если в программу включено приведенное выше определение шаблона, то выражение

(deffacts students

(student (name fred))

(student (name freda) (age 19))

)

приведет к тому, что в базу фактов после выполнения команды reset будет добавлено

(student (name fred) (age 18))

(student (name freda) (age 19))

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: