Общая характеристика среды CLIPS CLIPS

Базовые типы данных и представление фактов
Поддерживаются восемь базовых типов данных: 1) целые (integer) и 2) вещественные (float) числа, 3) символьные (symbol) и 4) строковые (string) данные, 5) внешний адрес (external-address), 6) адрес факта (fact-address), 7) имя экземпляра (instance-name) и 8) адрес экземпляра (instance-address).
27; +125; -38
12.0; -1.59; 237e3; -32.3e-7
bad_value; 456-93-039; @+=%
ограничители–неотобр.символ ‘ ( ) & | < ~ ; не может начинаться с ? и $?
"abc"; "a & b"; "a\"quote"; "fgs\\85"
адрес внешней структуры данных:
для ссылки на факты:
для ссылки на экземпляры классов: [pump-1]; [foo]; [123-890]
, где ХХХ – имя экземпляра

Базовые типы данных, представление фактов (2)
Место, занимаемое одним значением базового типа данных, называется полем (field). Значения базовых типов являются одноместными.
Многоместные значения: (a 123); (); (x 3.0 "red" 567)
Упорядоченные факты: (высота 100); (студент Сидоров); (отец Иван Петр); (однокурсники Иванов Петров Сидоров)
Команды: assert – добавляет факт в факт-список; retract – удаляет факт из списка; modify – модифицирует список; duplicate – дублирует факт:
(assert (length 150) (width 15) (weight “big”))
Идентификатор факта (fact-identifier): f-10 ссылается на факт с индексом 10.

Базовые типы данных, представление фактов (3)
Задание исходного множества упорядоченных фактов:
(deffacts <имя_группы_фактов> ["<комментарий>"] <факт>*)
Пример: (deffacts stud "Студент"
(student name John)
(student spec “COMPUTER”))
Неупорядоченные факты - список взаимосвязанных именованных полей – слотов. Возможен доступ к полям по именам.
Одиночные (одно поле) и мультислоты (любое число полей).

Базовые типы данных, представление фактов (4)
Шаблоны – для спецификации состава неупорядоченных фактов.
Синтаксис конструкции deftemplate:
(deftemplate <имя шаблона> [“<комментарий>”]
<определение слота-1>
. . .
<определение слота-N>)
Пример шаблона:
(deftemplate object “Шаблон объекта”
(slot name)
(slot location)
(slot weight))
Пример неупорядоченного факта на основе этого шаблона:
(object (name car) (location 100) (weight 600))

Представление правил в базе знаний.
Типы условных элементов.
(defrule <имя_правила> ["<комментарий>"][<объявление>]
<условный элемент>*; Левая часть правила (антецедент)
=>
<действие>*) ; Правая часть правила (консеквент)
Пример:
(defrule R1
(days 2)
(works 100)
=>
(printout t crlf "Свободного времени нет" crlf)
(assert (freetime "no")))

Представление правил в базе знаний.
Типы условных элементов
Антецедент правила состоит из последовательности условных элементов (УЭ). Если все УЭ правила удовлетворяются при текущем состоянии базы данных, то правило помещается в список готовых к выполнению правил – агенду.
Шесть типов условных элементов:
1) УЭ-образцы (Pattern Conditional Elements);
2) УЭ-проверки (Test Conditional Elements);
3) УЭ “ИЛИ” (Or Conditional Elements);
УЭ “И” (And Conditional Elements);
УЭ “НЕ” (Not Conditional Elements);
4) УЭ “Существует” (Exists Conditional Elements);
5) УЭ “Для всех” (Forall Conditional Elements);
6) Логические УЭ (Logical Conditional Elements).

Представление правил в базе знаний.
Типы условных элементов (1)
УЭ-образец состоит из совокупности ограничений на поля, масок (wildcards) полей и переменных, используемых при сопоставлении УЭ с образцом – фактом или экземпляром объекта.
В УЭ-образцах используются следующие конструкции:
- литеральные ограничения (Literal Constraints);
- одно и многоместные маски (Single- and Multifield Wildcards);
- одно и многоместные переменные (Single- and Multifield Variables);
- ограничения со связками (Connective Constraints);
- предикатные ограничения (Predicate Constraints);
- ограничения возвращаемым значением (Return Value Constraints).

Представление правил в базе знаний.
Типы условных элементов (1)
Литеральное ограничение
Упорядоченный: (data 1 one “two”)
Неупорядоченный: (person (name Bob) (age 20))
2) Одно- и многоместные маски:
(data ? blue red $?) будет сопоставляться со следующими упорядоченными фактами:
(data 1 blue red),
(data 5 blue red 6.9 "avto"),
но не будет сопоставлен со следующими фактами:
(data 1.0 blue "red"),
(data 1 blue)
3) Одно- и многоместные переменные:
Одноместные: ?x, ?var, ?age Многоместные: $?y, $?zum

Представление правил в базе знаний.
Типы условных элементов (1)
Пример:
(data 2 blue green),
(data 1 blue),
(data 1 blue red)
(defrule find-data-1
(data ?x ?y ?z)
=>
(printout t ?x " : " ?y " : " ?z crlf))
УЭ данного правила будет сопоставляться с первым и третьим фактом, поэтому в результате срабатывания правила будет выведено:
1 : blue : red
2 : blue : green

Представление правил в базе знаний.
Типы условных элементов (1)
4) Ограничения со связками:
?x&red⏐blue трактуется как ?x&(red⏐blue), а не как (?x&red)⏐blue
(defrule r1
(data (value ?x&~red&~green))
=>
(printout t "slot value = " ?x crlf)).
Для факта (data (value blue)) это правило выведет сообщение:
slot value = blue
5) Предикатное ограничение задается с помощью символа “:”, за которым следует вызов предикатной функции. В качестве предикатных функций используются встроенные функции CLIPS: numberp, floatp, integerp, symbolp, stringp
Пусть заданы факты: ((data 1) (data 2) (data red)) Для определения значений числового типа: (data ?x&:(numberp ?x))

Представление правил в базе знаний.
Типы условных элементов (1)
6) Ограничение возвращаемым значением:
Использует в качестве ограничения значение, возвращаемое внешней функцией. Эта функция вызывается непосредственно из УЭ-образца с использованием следующего синтаксиса: =<вызов-функции>
Пример:
(defrule twice
(data (x ?x) (y =(* 2 ?x)))
=>...)
будет сопоставляться со всеми неупорядоченными фактами, у которых значение в слоте y равно удвоенному значению слота x

Представление правил в базе знаний.
Типы условных элементов (2)
УЭ-проверка
(test
)
Удовлетворяется, если функция, вызываемая из него, возвращает значение отличное от FALSE.
В следующем правиле проверяется, что модуль разности двух чисел не меньше трех:
(defrule example-1
(data ?x)
(value ?y)
(test (>= (abs (- ?y ?x)) 3))
=>...)

Представление правил в базе знаний.
Типы условных элементов (3)
Условный элемент “ИЛИ”
задается конструкцией (or <УЭ-1> ... < УЭ-N>)
Правило
(defrule r1
(man stud)
(or (spec computeer) (age 20))
=>...) эквивалентно двум следующим:
(defrule r2
(man stud) (spec computeer)
=>...)
(defrule r3
(man stud) (age 20)
=>...)

Представление правил в базе знаний.
Типы условных элементов (3)
Условный элемент “И”
задается (and <УЭ-1> ... < УЭ-N>)
Можно комбинировать УЭ “И” и “ИЛИ” в любых сочетаниях.
Пример:
(defrule r1
(sys-mode search)
(or (and (distance high) (resol little))
(and (distance low) (resol big)))
=>...)

Представление правил в базе знаний.
Типы условных элементов (3)
Условный элемент “НЕ”
задается (not <УЭ>)
Пример:
(defrule not-double
(not (data red ?x ?x))
=>...)
Правило ищет факты, у которых второе поле – red, а третье и четвертое поля не совпадают.

Представление правил в базе знаний.
Типы условных элементов (4)
Условный элемент “Существует”
синтаксис (exists <УЭ-1> ... <УЭ-N>)
Используется для определения удовлетворяется ли группа УЭ, специфицированных внутри условного элемента “Существует”, хотя бы одним набором образцов-сущностей в базе данных.
Пример:
правило:
(defrule example
(exists (a ?x) (b ?x))
=>...)
будет активизировано, если в базе данных имеется хотя бы одна пара фактов, содержащих в первых полях значения a и b, а вторые поля которых совпадают.

Представление правил в базе знаний.
Типы условных элементов (5)
Условный элемент “Для всех”
синтаксис (forall <УЭ-1> ... <УЭ-N>)
Используется для определения, удовлетворяется ли группа УЭ, специфицированных внутри условного элемента “Для всех”, для каждого появления УЭ-1.
Пример: правило
(defrule all-students-passed
(forall (student ?name)
(reading ?name)
(writing ?name)
(arithmetic ?name))
=> (printout t "All students passed." crlf))
активизируется, если каждый студент научился чтению, письму и арифметике.

Представление правил в базе знаний.
Типы условных элементов (6)
Логические условные элементы
синтаксис (logical <УЭ>+)
Логический УЭ группирует образцы точно так же, как УЭ “И” и может использоваться в сочетании с УЭ “И”, УЭ “ИЛИ” и УЭ “НЕ”.
Однако логические УЭ можно применять только в первых образцах правила.

Представление правил в базе знаний.
Типы условных элементов (6)
Пример: допустимо правило
(defrule ok
(logical (a))
(logical (b))
(c)
=>
(assert (d)))
но недопустимо правило
(defrule not-ok-1
(logical (a))
(b)
(logical (c))
=>
(assert (d)))

Логический вывод в системе CLIPS
Базовый цикл работы МЛВ в системе CLIPS:
1. Если достигнут предел активации правил или нет текущего фокуса – останов МЛВ. Иначе - выбор верхнего правила агенды модуля, которому принадлежит текущий фокус. Если в агенде нет правил, текущий фокус извлекается из стека фокусов и управление переходит к следующему модулю. Если стек фокусов пуст, то выполнение останавливается, в противном случае вновь выполняется шаг 1.
2. Выполняются операторы, содержащиеся в консеквенте выбранного правила. Счетчик числа правил инкрементируется.
3. Активированные правила помещаются в агенду модуля, в котором они определены. Деактивированные правила удаляются из агенды.
4. Значения значимостей всех правил, содержащихся в агенде переоцениваются. Цикл повторяется с шага 1.

Помещение правил в агенду
1. Вновь активируемые правила помещаются над всеми правилами с более низкой значимостью (salience) и ниже всех правил с более высокой значимостью.
2. Для определения места среди правил равной значимости используется текущая стратегия разрешения конфликта.
3. Если в результате добавления или удаления факта одновременно активизируются несколько правил и шаги 1 и 2 не позволяют выполнить упорядочение, то эти правила упорядочиваются между собой произвольно.

Назначение приоритетов правил
(defrule r1
(declare (salience 500))
(fire test-1)
=>
(printout t "Rule r1 firing." crlf))
Значимость назначается:
при определении правила,
при активизации правила (динамическая),
в каждом цикле выполнения (динамическая).
Команда set-salience-evaluation используется для 2-го и 3-го случаев.

Стратегии разрешения конфликтов
“вглубь” (depth), используется по умолчанию,
“вширь” (breadth),
“простоты” (simplicity),
“сложности” (complexity),
LEX (lex),
MEA (mea)
случайного выбора (random).
Команда (set-strategy
) или меню “Execution/Options”
(set-strategy
),
где
::= depth⏐breadth⏐simplicity ⏐complexity⏐ lex⏐mea⏐random.

Стратегии “вглубь” и “вширь”
ВГЛУБЬ: вновь активируемые правила помещаются в агенду над всеми правилами такой же значимости.
Факт f-1 активирует правила rule-1 и rule-2,
Факт f-2 активирует правила rule-3 и rule-4.
Тогда если f-1 устанавливается раньше, чем f-2, то rule-3 и rule-4 окажутся в агенде выше правил rule-1 и rule-2.
ВШИРЬ: Вновь активируемые правила помещаются ниже всех правил с такой же значимостью.

Стратегии “простоты” и “сложности”
ПРОСТОТЫ: активируемые правила помещаются над всеми правилами с равной или большей специфичностью.
(defrule example
(item ?x ?y ?x)
(test (and(numberp ?x) (> ?x (+ 10 ?y)) (< ?x 100)))
=>…)
имеет специфичность 5 (считаются операторы (item ?x ?y ?x), ?x, numberp, >, <).
СЛОЖНОСТИ: активируемые правила помещаются над всеми правилами с равной или меньшей специфичностью.

Стратегия LEX
Правило с большим значением временного тега помещается в агенду выше другого правила.
Сработает правило Rule1, т.к. временной тег образца, связанного с его третьим условным элементом (8) больше, чем временной тег соответствующего образца у правила Rule2 (6).

Стратегия “МЕА”
Правило с большим временным тегом первого условного элемента , помещается в агенду выше. Если временные теги первых образцов равны, то используется стратегия LEX.
В примере на рисунке раньше сработает правило Rule1.

Стратегия случайного выбора
Каждому правилу сопоставляется случайное число, которое используется для определения его местоположения в агенде среди правил равной значимости.
Это случайное число сохраняется при изменении стратегии, а в случае возврата к случайной стратегии разрешения конфликта восстанавливается тот же порядок среди правил, которые находились в агенде, когда стратегия была изменена.

Фрагмент простой ЭС в среде CLIPS
(defrule data-input
(initial-fact)
=>
(printout t crlf "Введите число дней до зачета (целое значение): ")
(bind ?days (read))
(if (numberp ?days)
then (assert (days ?days))
else (printout t "Введите число" crlf))
(printout t crlf "Введите число несданных лабораторных работ (в %)")
bind ?works (read))
(assert (works ?works)))
(defrule R1
(days ?days)
(works ?works)
(test (and (= ?days 1) (<> ?works 0)))
=>
(printout t crlf "Свободного времени нет" crlf)
(assert (freetime "no")))