Программирование на языке CLIPS

Программирование на языке CLIPS

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

Кубанский Государственный Технологический Университет

Курсовая работа на тему:

ПРОГРАММИРОВАНИЕ НА ЯЗЫКЕ CLIPS

Работу выполнил

студент группы 01-

КТ-22 факультета

КТАС Мариненко А.

А.

Краснодар 2001

СОДЕРАЖНИЕ

. А.1. Краткая история CLIPS 3

. А.2. Правила и функции в CLIPS

3

. А.3. Обектно-ориентированные средства в CLIPS

10

. А.4. Задача «Правдолюбцы и лжецы» 15

. А.5 Стиль программирования на языке CLIPS 66

А.1. КРАТКАЯ ИСТОРИЯ CLIPS

Название языка CLIPS – аббревиатура от C Language Integrated

Production System. Язык был разработан в центре космических исследований

NASA

{NASA’s Johnson Space Center} в середине 1980-х годов и во многом

сходен с языками , созданными на базе LIPS, в частности OPS5 и ART.

Использование C в качестве языка реализации объясняется тем, что компилятор

LISP не поддерживается частью распространенных платформ, а также сложностью

интеграции LISP-кода в приложения, которые используют отличный от LIPS язык

программирования. Хотя в то время на рынке уже появились программные

средства для задач искусственного интеллекта, разработанные на языке C ,

специалисты из NASA решили создать такой продукт самостоятельно.

Разработанная ими система в настоящее время доступна во всем мире, и нужно

сказать, что по своим возможностям она не уступает множеству гораздо более

дорогих коммерческих продуктов.

Первая версия представляет собой, по сути, интерпретатор порождающих

правил. Процедурный язык и объективно-ориентированное расширение CLIPS

Object-Oriented Language {COOL} были включены в этот программный продукт

только в 1990-х годах. Существующая в настоящее время версия может

эксплуатироваться на платформах UNIX, DOS, Windows и Macintosh. Она

является хорошо документированным общедоступным программным продуктом и

доступна по сети FTR с множества университетских сайтов. Исходный код

программного пакета CLIPS распространяется совершенно свободно и его можно

установить на любой платформе, поддерживающей стандартный компилятор языка

C. Однако я бы рекомендовал пользоваться официальной версией для

определенной платформы, поскольку такие версии оснащены пользовательским

интерфейсом, включающим меню команд и встроенный редактор.

Это Приложение организовано следующим образом. В разделе А.2.

рассмотрены основные функции языка, описание правил и процедурного языка. В

разделе А.3. представлены методы работы с объектами и показано, как

использовать их в сочетании с правилами и процедурами. В разделе А.4.

описан пример, демонстрирующий некоторые приемы программирования правил, а

в разделе А.5. резюмируются характеристики этого программного продукта и

предлагаются темы для более углубленного изучения.

А.2. ПРАВИЛА И ФУНКЦИИ В CLIPS

CLIPS включает в язык представления порождающих правил и язык

описания процедур. В этом разделе мы рассмотрим оба этих модуля,

сопровождая описание отдельных функций примерами.

Основными компонентами языка описания правил являются база фактов

(fact base) и база правил (rule base). На них возлагаются следующие

функции:

- база фактов представляет собой исходное состояние проблемы;

- база правил содержит операторы , которые преобразуют состояние проблемы,

приводя его к решению.

Машина логического вывода CLIPS сопоставляет эти факты и правила и

выясняет, какие из правил можно активизировать. Это выполняется циклически,

причем каждый цикл состоит из трех шагов:

1) сопоставление фактов и правил;

2) выбор правила, подлежащего активизации;

3) выполнение действий, предписанных правилом.

Такой трехшаговый циклический процесс иногда называют «циклом

распознование – действие»

А.2.1. Факты

Сразу после запуска CLIPS-приложения на выполнение на экране

появится приглашение, извещающее пользователя , что он работает с

интерпретатором.

CLIPS>

В режиме интерпретатора пользователь может использовать множество

команд. Факты можно включить в базу фактов прямо из командной строки с

помощью команды assert, например:

CLIPS> (assert (today is Sunday))

CLIPS> (assert (weather is warm))

Для лучшего восприятия теста Приложения мы в дальнейшем будем

выделять текст, вводимый пользователем, полужирным щрифтом, а запросы и

ответы интерпретатора – обычным моноширинным шрифтом.

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.

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 программисти 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

интерпретатора, 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)

Команда reset сначала очищает базу фактов , а затем включает в неё

факты из всех раннее загруженных массивов. Она также добавляет в базу

единственный системно определенный факт:

f-0 (initial-fact)

Это делается по умолчанию, поскольку иногда имеет смысл включить в

программу правило start rule, которое может быть сопоставлено с этим фактом

и позволит выполнить какие-либо нестандартные инициализирующие операции.

Однако включать такое правило в программу или нет – дело программиста.

Можно проследить, как выполняется команда reset, если перед

выполнением приведенных выше команд установить режим слежения среды

разработки. Для этого нужно вызвать команду Watch из меню Execution и

установить в ней флажок Facts.

А.2.2. Правила

В языке CLIPS правила имеют следующий формат:

(defrule

< 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 Chores – 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.

Обычно в определении правила присутствуют и переменные. Если,

например, правило

(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

(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 сосоставления 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.

А.2.3. Наблюдение за процессом интерпретации

Теперь на простом примере познакомимся с возможностями, которые

предоставляет среда разработки CLIPS в части отладки программы, состоящей

из правил и фактов. Введите в текстовый файл правило, а затем загрузите

этот файл в среду CLIPS.

(defrule start

(initial-fact)

=>

(printout t “hello, world” crlf)

)

Выполните команду reset. Для этого введите эту команду в командной

строке интерпретатора

CLIPS> (reset)

Либо выберите в меню команду Execution=>Reset, либо нажмите

(последних два варианта возможны в версии, которая работает под Windows).

Затем запустите интерпретатор. Для этого введите эту команду run в

командную строку интерпретатора

CLIPS> (run)

Либо выберите в меню команду Execution=>Run, либо нажмите

(последних два варианта возможны в версии, которая работает под Windows).

В ответ программа должна вывести сообщение hello, world, знакомое

всем программистам мира. Для повторного запуска программы повторите команды

reset и run.

Если в меню Execution=>Watch ранее был установлен флажок Rules или

перед запуском программы на выполнение вы ввели в командную стоку команду

watch rules, то на экране появиться результат транссировки процесса

выполнения

CLIPS> (run)

FIRE 1 start: f-0

hello, world

В этом сообщении в строке, начинающейся с FIRE, выведена информация

об активизированном правиле: start – это имя правила, а f-0 – имя факта,

который «удовлетворил» условие в этом правиле. Команда watch позволяет

организовать несколько разных режимов трассировки, с деталями которых вы

можете познакомиться в Руководстве пользователя. Если перед запуском

программы вы ввели

CLIPS> (dribble-on “dribble.dp”)

TRUE

То выведенный протокол трассировки будет сохранен в файле

dribble.clp. Сохранение протокола прекратится после ввода команда

CLIPS> (dribble-off)

TRUE

Это очень удобная опция, особенно на этапе освоения языка.

А.2.4. 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 “a student record”

(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))

А.2.5. Определение функций

В языке CLIPS функции конструируются примерно так же, как в языке

LIPS. Существенное отличие состоит в том, что переменные должны иметь

префикс ?, как это показано в приведенном ниже определении.

(deffunction hypotenuse (?a ?b)

(sqrt (+ (* ?a ?a) (* ?b ?b))

)

Формат определения функции в CLIPS следующий:

(deffunction ( …..)

…………….

)

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).

А.3. ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННЫЕ СРЕДСТВА В CLIPS

Использование объектно-ориентированных средств в CLIPS позволяет

значительно упростить программирование правил, поскольку для обновления

данных можно применять механизм передачи и обработки сообщений методами

классов. В этом разделе мы продемонстрируем, как это делается на примере,

который моделирует правила обращения с полуавтоматическим пистолетом.

Первым делом определим класс pistol, в котором будут перечислены

свойства, необходимые для моделирования.

(defclass pistol

(is-a USER)

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8