u mel Á i nteligenci a prednáška č. 10

Katedra kybernetiky a umelej inteligencie FEI, TU v Košiciach 1/ 28

UMELÁ INTELIGENCIA prednáška č. 10

Programovacie jazykypre

umelú inteligenciu

[email protected]:// neuron.tuke.sk/~machm


Osnova prednáškyÚvodUkážkový problémFOR jazyk IN (Lisp, Prolog, Clips)

vybrané charakteristiky jazyka (nevyhnutne potrebné pre pochopenie ukážok programov)

demo programy poznámky k programom (diskusia)

Záver


UI využíva tri typy programovacích jazykov: štandardné jazyky ‘špeciálne’ jazyky (so všeobecným použitím) špecializované jazyky (clp, reprezentácia znalostí)

Väčší dopyt po širokom spektre jazykov pochádza zo symbolickej vetvy UI

Jazyková ochutnávka: Common Lisp - funkcionálne programovanie Prolog - logické (deklaratívne) programovanie Clips - pravidlové programovanie

Jazyky pre UI


Potrebný taký problém, aby: riešenie nebolo dlhé nebol príliš špecializovaný (šitý pre nejaký jazyk) vyžadoval základné programové konštrukcie bol všeobecne pochopiteľný

Požiadavky na demo problém

čo tak si zaspievať ?


Jednoduchý problém (implementovaný v niekoľkých stovkách jazykov)

Demo problém

99 bottles of beer on the wall. Take one down, and pass it around.99 bottles of beer on the wall. Take one down, and pass it around.......2 bottles of beer on the wall. Take one down, and pass it around.2 bottles of beer on the wall. Take one down, and pass it around.1 bottle of beer on the wall. Take one down, and pass it around.1 bottle of beer on the wall. Take one down, and pass it around.Now, they are all gone.Now, they are all gone.

cyklus, iterácia (99,...,2,1) vetvenie (‘bottles’ vers. ‘bottle’) sekvencia (tlač textu po častiach)


Jedným z hlavných znakov je (rozsiahle) používanie rekurzie

V C jazyku možné, avšak používané výnimočne Príklad: vytlačiť zopár hviezdičiek za sebou

Common Lisp (1)

void tlacvoid tlac(int x)(int x){{ if( x <= 0 ) return;if( x <= 0 ) return; printf(“ * ”);printf(“ * ”); tlac(--x);tlac(--x);}}

int tlacint tlac(int x)(int x){{ if( x > 0 ) printf(“ * ”,tlac(--x));if( x > 0 ) printf(“ * ”,tlac(--x));}}


Funkcionálne programovanie aplikácia funkcie na vstupné dáta produkuje výsledok funkcia vždy vracia výsledok (môže mať aj iný

(vedľajší) efekt, napr. výstup alebo zmenu hodnoty) problém so sekvenciou

Lispovský program pozostáva (najmä) z funkcií návratová hodnota jednej funkcie sa priamo používa

ako vstup inej funkcie

Common Lisp (2)


Dátové typy atómy (čísla a symboly) zoznamy reťazce (vektory znakov)

Zoznamy reprezentujú dáta alebo program ! () - prázdny zoznam (pondelok utorok (sobota nedeľa)) (< 3 4 5), (sqrt (+ (* x x) (* y y)))

Common Lisp (3)


Vyhodnotenie symbolu vráti hodnotu (value) hodnota môže byť nedefinovaná, alebo to je niečo,

napr. iný symbol

Funkčné vyhodnotenie symbolu vráti fvalue

Špeciálne symboly: t (hodnota je true), nil (hodnota je nil)

Predikát funkcia vracajúca t alebo nil

Common Lisp (4)

SymbolSymbol

value value ::fvalue fvalue ::... ... ::


Interaktívny mód: read-eval-print loop

Eval je definovaný: ak výraz je atóm, vráť value ak je zoznam, testuj prvý prvok v zozname

ak špeciálna forma, tak ju a jej argumenty ošetri osobitne ak makro, tak ho expanduj a choď na začiatok ak funkcia, tak:

nájdi fvalue prvého symbolu v zozname vyhodnoť všetky argumenty aplikuj funkciu na argumenty vráť hodnotu

Common Lisp (5)


Common Lisp (6)

LispLisp

(setq b 8)(setq b 8)

(setq a b)(setq a b)=> => aa obsahuje 8 obsahuje 8

(setq a ‘b)(setq a ‘b)=> => aa obsahuje B obsahuje B

(set a ‘c)(set a ‘c)=> => bb obsahuje C obsahuje C=> => aa obsahuje B obsahuje B

CC

int a, b;int a, b;b = 8;b = 8;a = b;a = b;

=> => aa obsahuje 8 obsahuje 8


Common Lisp (7)

Demo príklady


Interaktívny režim kladenie otázok, ktoré sa systém snaží zodpovedať na

základe svojej databázy otázka je považovaná za výrok

ktorý sa systém snaží dokázať systém stanoví podmienky za ktorých je výrok platný

systém obsahuje zabudovaný odvodzovací mechanizmus

stačí povedať čo sa má robiť, nie je potrebné definovať ako sa to má urobiť

možno ho využiť vo väčšej alebo menšej miere

Prolog (1)


Objekty jazyka (termy): konštanty

čísla atómy (napr. textové konštanty začínajúce malým písmenom)

premenné Januar (veľké písmeno), _ (špeciálna anonymná premenná)

štruktúry funktor a argumenty (árnosť = počet argumentov) ma(jano, rokov(20)) - klasický zápis operátorový zápis (árnosť 1 alebo 2) - jano ma 20 rokov zoznam (špeciálny zápis - [jano, fero, miso])

Prolog (2)


Prolog (3)

Databáza obsahuje klauzuly (fakty a pravidlá): fakty

sú to štruktúry (ľubovoľnej árnosti) definujú to čo platí

Model ‘uzavretého sveta’ - čo nie je v databáze, alebo sa z nej nedá odvodiť, to neplatí

osoba(meno,priezvisko).osoba(meno,priezvisko).pocasie([vietor, hmla]).pocasie([vietor, hmla]).teplota(Chladno).teplota(Chladno).prsi.prsi.


Databáza obsahuje klauzuly (fakty a pravidlá): pravidlá

binárne štruktúry tvaru: HLAVA :- TELO definujú vzťahy medzi cieľmi (rozklad cieľa na podciele)

Premenné sú lokálne, ich platnosť je iba v rámci jednej klauzuly

Prolog (4)

pocasiepocasie(zle) (zle) :- dazd(husty); teplota(chladno). :- dazd(husty); teplota(chladno).meno([jano| OSTATNI]) :- meno(OSTATNI).meno([jano| OSTATNI]) :- meno(OSTATNI).sirota(Kto)sirota(Kto) :- not(matka(Matka, Kto)), :- not(matka(Matka, Kto)),

not(otec(_, Kto)).not(otec(_, Kto)).


Unifikácia (zhodnosť) neviazaná premenná sa môže unifikovať na ľubovoľný

objekt, naviaže sa naň unifikáciou dvoch neviazaných premenných vzniknú

zdieľané premenné ak jedna získa hodnotu, tak ju bude mať aj druhá

štruktúry sú unifikovateľné, ak majú rovnaký funktor a počet argumentov, a jednotlivé argumenty sú unifikovateľné

Viazaná premenná nemôže zmeniť svoju hodnotu

Prolog (5)


Dokazovanie (prehľadávanie) pokus o splnenie cieľa

DB sa prehľadáva zhora nadol, začína sa od začiatku

pokus o opätovné splnenie (hľadanie alternatívy) DB sa prehľadáva zhora nadol, začína sa od posledne nájdenej

možnosti

v prípade neúspešného pokusu sa systém vracia k posledne úspešnému splneniu a pokúša sa o novú alternatívu

zrušia sa viazania premenných, ktoré prebehli pri práve rušenej unifikácii

Prolog (6)


Prolog (7) opocasiepocasie(zle) :- (zle) :-

dazd(husty); dazd(husty); teplota(chladno).teplota(chladno).

pocasie(pekne) :- pocasie(pekne) :- slnko(svieti), slnko(svieti), teplota(teplo).teplota(teplo).

pocasie(zle) :- pocasie(zle) :- slnko(nesvieti).slnko(nesvieti).

pocasie(zle) :-pocasie(zle) :-not(pocasie(pekne)).not(pocasie(pekne)).

pocasie(zle).pocasie(zle).slnko(svieti).slnko(svieti).teplota(chladno).teplota(chladno).dazd(ziadny).dazd(ziadny).

?- ?- pocasie(zle).pocasie(zle).yesyes

?- ?- pocasie(pekne).pocasie(pekne).nono

?- ?- pocasie(X).pocasie(X).X = zleX = zleyesyes

?- ?- pocasie(X).pocasie(X).X = zle X = zle ;;X = zle X = zle ;;X = zle X = zle ;;nono


Prolog (8)

Demo príklady


Poskytuje tri možné prístupy: funkcionálny - štandardné volanie funkcií, vrátane

definovania vlastných objektový - abstrakcia, zapúzdrenie, dedičnosť,

polymorfizmus pravidlový - implementujúci dopredné reťazenie

pravidiel

Tieto prístupy sa dajú používať samostatne alebo vo vzájomnom kombinovaní

Clips (1)


Základné elementy (pravidlový prístup): fakty (umiestnené v oddelenej dátovej pamäti - DP) pravidlá (v osobitnej báze pravidiel)

Fakty: fakt obsahuje jeden alebo viacero symbolov pozičné alebo nepozičné

(muzi fero miso) - záleží na poradí symbolov

fakt v DP získava identifikátor, pomocou ktorého je možné s týmto faktom manipulovať (mazať z DP, filtrovať výpis obsahu DP)

Clips (2)


Pravidlá: všeobecný tvar je: LHS => RHS LHS obsahuje

vzory, ktoré je možné porovnávať s obsahom DP ďalšie podmienky (and, or, negácia, testy)

RHS obsahuje akcie (príkazy), ktoré sa majú vykonať

manipulácia s obsahom DP iné (napr. tlač)

Clips (3)


Premenné: lokálna platnosť iba pre dané pravidlo, v ktorom sa

vyskytujú špeciálna syntax: ?kto (začínajú otáznikom) možné priradiť hodnotu tromi spôsobmi:

zrovnanie s obsahom DP (LHS) priradenie identifikátora faktu (LHS) priradenie hodnoty (RHS)

Clips (4)


Pravidlo môže byť aktivované všetky vzory z LHS pravidla je možné úspešne

porovnať s DP (môže dôjsť k priradeniu premenných)

ostatné podmienky v LHS sú splnené

Aktivácie sa ukladajú do agendy

Ak vzory z LHS je možné porovnať viacerými spôsobmi s DP, pre každý z nich sa získa jedna aktivácia

Clips (5)


Aktivácia pravidiel a ich uloženie do agendy

Usporiadanie pravidiel v agende podľa priority v rámci rovnakej priority podľa nejakej nastavenej

stratégie (je niekoľko rôznych stratégií)

Prvé pravidlo/ aktivácia sa odpáli (vyberie z agendy a vykoná jeho RHS)

Neplatné aktivácie sú z agendy odstránené, nové aktivácie sú pridané

Ak agenda nie je prázdna, choď na krok 2.

Clips (6)


Clips (7)

Demo príklady


Pohľadať na Internete: odkedy sa prezentované jazyky používajú dostupné implementácie (komerčné a nekomerčné) trochu z histórie vývoja jazykov aplikácie postavené na prezentovaných jazykoch

Čo bude Prolog generovať, ak pre nasledujúci obsah databázy a otázku ?-pocet(Kolko) na ľubovoľnú odpoveď systému budete žiadať ďalšiu alternatívu?

Domáca úloha (namiesto záveru)

pocetpocet(0). (0). pocet(X) :- pocet(Y), X is Y + 1.pocet(X) :- pocet(Y), X is Y + 1.

u mel Á i nteligenci a prednáška č. 10

Documents