3130

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Воронежский государственный лесотехнический университет им. Г.Ф. Морозова»

Интеллектуальные системы и технологии

Методические указания к лабораторным работам для студентов по направлению подготовки 09.03.02 – Информационные системы и технологии

Воронеж 2016

УДК 681.3

Юдина, Н. Ю. Интеллектуальные системы и технологии Текст : методические указания к лабораторным работам для студентов по направлению подготовки 09.03.02 – Информационные системы и технологии / Н. Ю. Юдина ; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2016. – 32 с.

Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВО «ВГЛТУ им. Г.Ф. Морозова» (протокол № __ от ____ 2016 г.)

Рецензент заведующий кафедрой электротехники и автоматики ФГБОУ ВО Воронежский ГАУ д-р техн. наук, проф. Д. Н. Афоничев

2

3

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1. «Экспертные оболочки» Цель работы:

1.Изучение языка процедурного программирования оболочки CLIPS.

2.Создание экспертной системы в оболочке CLIPS, содержащей базу правил, начальные факты и возможные исходы.

Теоретическое введение. 2.1. Общие сведения о CLIPS

CLIPS (С Language Integrated Production System) является одним из рас-

пространенных инструментальных средств разработки экспертных систем (ЭС). CLIPS использует продукционную модель представления знаний и поэтому содержит три основных элемента:

1.список фактов (представляет исходное состояние проблемы)

2.базу знаний (преобразуют состояние проблемы к решению)

3.блок вывода Отличием данной системы от аналогов является то, что она полностью

реализована на языке С. В CLIPS используется оригинальный LIPS-подоб-ный язык программирования, ориентированный на разработку ЭС. Кроме того, CLIPS поддерживает еще две парадигмы программирования: объектноориентированную и процедурную. Аспекты объектно-ориентированного программирования в CLIPS рассматриваться не будут.

2.2. Программирование в CLIPS 2.2.1. Простые типы данных

В CLIPS предусмотрено восемь простых типов данных: float, integer, symbol, string, external-address, fact-address, instance-name и instance-address.

Для числовой информации используются типы float и integer, символьной

– symbol и string. При записи числа используются цифры (0-9), десятичная точка (.), знак (+) или (-) и (е) при экспоненциальном представлении. Количество значащих цифр зависит от аппаратной реализации. Примеры целых чисел: 237, 15, +12, -32. Примеры чисел с плавающей точкой: 237е3, 15.09, +12.0, -32.3е-7.

Последовательность символов, которая не удовлетворяет числовым типам, обрабатывается как тип данных symbol. Тип данных symbol в CLIPS – последовательность символов, состоящая из одного или нескольких любых печатных символов кода ASCII. Примеры выражений символьного типа: foo,

Hello, B76-HI, bad_value, 127А, 742-42-42, @+=-%, Search. Тип данных string -

это последовательность символов, состоящая из нуля и более печатных символов и заключенная в двойные кавычки. Если внутри строки встречаются двой-

4

ные кавычки, то перед ними необходимо поместить символ (\). Например:

"foo", "a and b", "I number", "a\"quote".

2.2.2. Переменные

Идентификатор переменной всегда начинается с вопросительного знака, за которым следует ее имя. Примеры переменных: ?х, ?sensor, ?noun, ?color.

ровать фактами непосредственно из правила. Для такого присвоения используется комбинация "<-".

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.

2.2.3. Функции

Существует несколько типов функций. Пользовательские и системные функции - это фрагменты кода, написанные на внешних языках (например, на С) и связанные со средой CLIPS. Системными называются те функции, которые были определены изначально внутри среды CLIPS. Пользовательскими называются функции, которые были определены вне CLIPS.

в CLIPS предусмотрен ряд стандартных арифметических и математических функций. Среди них: + (сложение ), - (вычитание ), * (умножение), / (деление), ** (возведение в степень), Abs (определение абсолютного значения), Sqrt (вычисление квадратного корня), Mod (взятие по модулю), Min (нахождение минимума), Мах

5

(нахождение максимума). Конструкция deffunction позволяет пользователю определять новые функции непосредственно в среде CLIPS.

2.2.4. Конструкции

В CLIPS существует несколько описывающих конструкций: defmodule, defrule, deffacts, deftemplate, defglobal, deffunction, defclass, definstances, defmes- sage-handler, defgeneric. При записи все они заключаются в скобки. Определение конструкции отличается от вызова функции главным образом по производимому эффекту. В отличие от функций конструкции никогда не возвращают значений.

2.2.5. 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.

Сразу после запуска CLIPS-приложения на выполнение на экране появится приглашение, извещающее пользователя, что он работает с интерпретато-

Выражение начинается с команды deffacts, затем приводится имя списка фактов, который программист собирается определить (в примере — today), за

6

затем загрузить. Команда reset сначала очищает базу фактов, а затем включает

внее факты из всех ранее загруженных массивов.

2.2.6.Правила

Блок вывода постоянно отслеживает все правила, условия которых выполняются, и, таким образом, правило может быть выполнено в любой момент,

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 сделать в воскресенье") поможет в дальнейшем вспомнить, для чего это правило включено в программу.

Выражение (salience 10) указывает на степень важности правила. Пусть, например, в программе имеется другое правило:

Параметру salience может быть присвоено любое целочисленное значение в диапазоне [-10 000, 10 000]. Если параметр salience в определении правила опущен, ему по умолчанию присваивается значение 0.

7

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 со-

будет сопоставлен с любым из представленных ниже образцов

Например, в приведенном выше примере переменная $?when будет связана с (on Sunday). Если за префиксами ? и $? не следует имя переменной, они рассматриваются как универсальные символы подстановки, которым соответственно может быть сопоставлен любой элемент или сегмент списка.

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.

8

(defrule start (initial-fact)

(printout t "hello, world" crlf) )

Выполните команду reset. Для этого либо введите эту команду в командной строке интерпретатора

CLIPS> (reset)

либо выберите в меню команду Execution=>Reset, либо нажмите <CTRL+U> (последних два варианта возможны в версии, которая работает под Windows).

Затем запустите интерпретатор. Для этого либо введите эту команду run в командную строку интерпретатора

CLIPS> (run)

либо выберите в меню команду ExecutionORun, либо нажмите <CTRL+R> (последних два варианта возможны в версии, которая работает под Windows).

Вответ 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 строку команду watch rules, то на экране появится результат трассировки процесса выполнения

CLIPS> (run) FIRE 1 start: f-0 hello, world

Вэтом 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.dp. Сохранение протокола прекратится после ввода команды

CLIPS> (dribble-off) TRUE

Это очень удобная опция, особенно на этапе освоения языка.

2.4. Использование шаблонов

9

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))

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2. «Логическое программирование» Цель работы:

1.Изучение языка логического программирования Турбо-Пролог.

2.Создание экспертной системы на языке логического программирования PROLOG, содержащей базу правил, начальные факты и возможные исходы.

Теоретическое введение.

Синтаксис и семантика Пролог-программ

3.1. Объекты данных

На Рис.3.1. приведена классификация объектов данных Пролога. Прологсистема распознает тип объекта по его синтаксической форме в тексте программы.

10