32

Министерство образования и науки Российской Федерации

ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Учебно-научно-исследовательский институт информационных технологий

Кафедра: «Информационные системы»

А.Л. Машкова

РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДОВ ИСКУССТВЕННОГО

ИНТЕЛЛЕКТА СРЕДСТВАМИ ЛОГИЧЕСКОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Дисциплина - «Методы искусственного интеллекта»

ОРЕЛ 2015

Автор: А.Л. Машкова

Рецензент: д.э.н., профессор О.А. Савина

Методические указания предназначены для студентов очной формы обучения. В методических указаниях представлены основные теоретические сведения, необходимые для выполнения лабораторных работ по настоящей дисциплине, приведен порядок выполнения лабораторных работ.

Содержание

1 Лабораторная работа № 1 4

1.1 Данные и знания 5

1.2 Синтаксис языка Пролог 7

1.3 Семантика языка Пролог 8

1.4 Алгоритм работы Пролог-машины. 9

1.5 Пример построения базы правил на Пролог 10

1.6 Задание на лабораторную работу 11

2 Лабораторная работа № 2 12

2.1 Использование списков в Пролог. 13

2.2 Использование накапливающего параметра 14

2.3 Управление перебором 15

2.4 Задание на лабораторную работу 17

3 Лабораторная работа № 3 19

3.1 Представление задачи в терминах пространства состояний 20

3.2 Слепые методы поиска 20

3.3 Методы эвристического поиска 21

3.4 Поиск оптимального пути 24

3.4 Задание на лабораторную работу 25

4 Лабораторная работа № 4 27

4.1 Основные понятия теории игр 28

4.2 Представление игры в матричной форме 29

4.3 Представление игры в виде игрового дерева 31

4.4 Задание на лабораторную работу 32

1. Лабораторная работа № 1

ПРОДУКЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ЗНАНИЙ

Цель занятия

Ознакомиться с основными принципами представления знаний в продукционной форме и способами их представления на языке Пролог.

Порядок выполнения работы

1 Изучить основные синтаксические и семантические правила в языке Пролог

2 Рассмотреть пример построения базы знаний на Пролог

3 Реализовать базу знаний о родственных отношениях

4 Оформить отчет

5 Ответить на контрольные вопросы

Содержание отчета

1 Текст базы фактов и правил

2 Вопросы системе

3 Результаты выполнения запросов к базе знаний

Контрольные вопросы

1 Этапы формализации знаний

2 Виды предложений в языке Пролог

3 Декларативный и процедурный смысл правил в языке Пролог

4 Алгоритм работы Пролог-машины

1. Данные и знания

В рамках направления «Представление знаний» решаются задачи, связанные с формализацией и представлением знаний в памяти интеллектуальной системы (ИС). Для этого разрабатываются специальные модели представления знаний и языки для описания знаний, выделяются различные типы знаний. Изучаются источники, из которых ИС может черпать знания, и создаются процедуры и приемы, с помощью которых возможно приобретение знаний для ИС. Проблема представления знаний для ИС чрезвычайно актуальна, т.к. ИС - это система, функционирование которой опирается на знания о проблемной области, которые хранятся в ее памяти.

Информация, с которой имеют дело ЭВМ, разделяется на процедурнуюидекларативную. Процедурная информация овеществлена впрограммах, которые выполняются в процессе решения задач, декларативная информация - вданных, с которыми эти программы работают. Стандартной формой представления информации в ЭВМ являетсямашинное слово, состоящее из определенного для данного типа ЭВМ числа двоичных разрядов -битов.

Параллельно с развитием структуры ЭВМ происходило развитие информационных структур для представления данных. Появились способы описания данных в виде векторов и матриц, возникли списочные структуры, иерархические структуры. В настоящее время в языках программирования высокого уровня используются абстрактные типы данных, структура которых задается программистом. Появлениебаз данных(БД) знаменовало собой еще один шаг на пути организации работы с декларативной информацией. В базах данных могут одновременно храниться большие объемы информации, а специальные средства, образующиесистему управления базами данных(СУБД), позволяют эффективно манипулировать с данными, при необходимости извлекать их из базы данных и записывать их в нужном порядке в базу.

По мере развития исследований в области ИС возникла концепция знаний, которые объединили в себе многие черты процедурной и декларативной информации. Данные– это отдельные факты, характеризующие объекты и процессы предметной области.Знания– это закономерности предметной области, полученные в результате практической деятельности, т.е. основанные на опыте человека. Знания – это хорошо структурированные данные. Знания проходят этапы:

1 – знания в голове человека;

2 – знания на бумажном носителе информации, записанные на естественном языке;

3 – формальные модели представления знаний;

4 – база знаний на машинном носителе информации.

Продукционные правила имеют вид:

P₁… P_m^Q₁…Q_n

Если предпосылки P₁…Р_т верны, то верны и заключенияQ₁…Q_n. Предпосылки часто называютсяусловиями. Иногда используется и другая терминология, согласно которой предпосылки называютсялевой частью правила, а действия —правой. Иногда подобные правила записывают в виде условного оператора:ifP₁… P_m then Q₁…Q_n.

Продукционная модель представления знаний реализована в языке ЛП Пролог. Она включает факты и правила. Основными понятиями в языке Пролог являются факты, правила логического вывода и запросы, позволяющие описывать базы знаний, процедуры логического вывода и принятия решений. Особую роль в интерпретаторе Пролога играют конкретные запросы к базам знаний, на которые система логического программирования генерирует ответы «истина» и «ложь». Для обобщённых запросов с переменными в качестве аргументов созданная систем Пролог выводит конкретные данные в подтверждение истинности обобщённых сведений и правил вывода. В языке Прологе факты описываются в форме логических предикатов с конкретными значениями. Правила описываются логическими предикатами с определением правил логического вывода в виде списка предикатов над базами знаний и процедурами обработки информации.