- •Иван Братко Программирование на языке Пролог для искусственного интеллекта
- •От редактора перевода
- •Предисловие
- •Предисловие автора
- •Благодарности
- •Упражнения
- •1.2. Расширение программы-примера с помощью правил
- •Упражнения
- •1.3. Рекурсивное определение правил
- •Упражнение
- •1.4. Как пролог-система отвечает на вопросы
- •Упражнение
- •1.5. Декларативный и процедурный смысл программ
- •Литература
- •Глава 2 Синтаксис и семантика Пролог-программ
- •2.1. Объекты данных
- •2.1.1. Атомы и числа
- •2.1.2. Переменные
- •2.1.3. Структуры
- •Упражнения
- •2.2. Сопоставление
- •Упражнения
- •2.3. Декларативный смысл пролог-программ
- •Упражнения
- •2.4. Процедурная семантика
- •Программа
- •Шаги вычисления
- •Упражнение
- •2.5. Пример: обезьяна и банан
- •2.6. Порядок предложений и целей
- •2.6.1. Опасность бесконечного цикла
- •2.6.2. Варианты программы, полученые путем переупорядочивания предложений и целей
- •2.6.3. Сочетание декларативного и процедурного подходов
- •2.7. Замечания о взаимосвязи между Прологом и логикой
- •Упражнение
- •Литература
- •Глава 3 Списки, операторы, арифметика
- •3.1. Представление списков
- •3.2. Некоторые операции над списками
- •3.2.1. Принадлежность к списку
- •3.2.2. Сцепление (конкатенация)
- •Упражнения
- •3.2.3. Добавление элемента
- •3.2.4. Удаление элемента
- •3.2.5. Подсписок
- •3.2.6. Перестановки
- •Упражнения
- •3.3. Операторная запись (нотация)
- •Упражнения
- •3.4. Арифметические действия
- •Упражнения
- •Глава 4 Использование структур: примеры
- •4.1. Получение структурированной информации из базы данных
- •Упражнения
- •4.2. Абстракция данных
- •Упражнение
- •4.3. Моделирование недетерминированного автомата
- •Упражнения
- •4.4. Планирование поездки
- •4.5. Задача о восьми ферзях
- •4.5.1. Программа 1
- •Упражнение
- •4.5.2. Программа 2
- •4.5.3. Программа 3
- •4.5.4. Заключительные замечания
- •Упражнение
- •Глава 5 Управление перебором
- •5.1. Ограничение перебора
- •5.1.1. Эксперимент 1
- •5.1.2. Эксперимент 2
- •5.2. Примеры, использующие отсечение
- •5.2.1. Вычисление максимума
- •5.2.2. Процедура проверки принадлежности списку, дающая единственное решение
- •5.2.3. Добавление элемента к списку, если он в нем отсутствует (добавление без дублирования)
- •5.2.4. Задача классификации объектов
- •Упражнения
- •5.3. Отрицание как неуспех
- •Упражнения
- •5.4. Трудности с отсечением и отрицанием
- •6.2. Обработка файлов термов
- •6.2.2. Вывод списков
- •6.2.3. Формирование термов
- •6.2.4. Обработка произвольного файла термов
- •Упражнения
- •6.3. Обработка символов
- •Упражнение
- •6.4. Создание и декомпозиция атомов
- •Упражнения
- •6.5. Ввод программ: consult, reconsult
- •Глава 7 Другие встроенные процедуры
- •7.1. Проверка типов термов
- •7.1.1. Предикаты var , nоnvar , atom , integer , atomic
- •7.1.2. Решение числового ребуса с использованием nonvar
- •Упражнения
- •Упражнения
- •7.3. Различные виды равенства
- •7.4. Работа с базой данных
- •Упражнения
- •7.5. Средства управления
- •Упражнения
- •Глава 8 Стиль и методы программирования
- •8.1. Общие принципы хорошего программирования
- •8.2. Как представлять себе программы на Прологе
- •8.2.1. Использование рекурсии
- •8.2.2. Обобщение
- •8.2.3. Использование рисунков
- •8.3. Стиль программирования
- •8.3.1. Некоторые правила хорошего стиля
- •8.3.2. Табличная организация длинных процедур
- •8.3.3. Комментирование
- •8.4. Отладка
- •8.5. Эффективность
- •8.5.1. Повышение эффективности решения задачи о восьми ферзях
- •8.5.2. Повышение эффективности программы раскраски карты
- •8.5.3. Повышение эффективности конкатенации списков за счет совершенствования структуры данных
- •8.5.4. Повышение эффективности зa счет добавления вычисленных фактов к базе данных
- •Упражнения
- •9.1. Представление списков. Сортировка
- •9.1.1. Замечания в некоторых альтернативных способах представления списков
- •Упражнения
- •9.1.2. Сортировка списков
- •Упражнения
- •9.2. Представление множеств двоичными деревьями
- •Упражнения
- •9.3. Двоичные справочники: добавление и удаление элемента
- •9.4. Отображение деревьев
- •Упражнение
- •9.5. Графы
- •9.5.1. Представление графов
- •9.5.2. Поиск пути в графе
- •9.5.3. Построение остовного дерева
- •Упражнение
- •Литература
- •Глава 10 Усовершенствованные методы представления множеств деревьями
- •10.1. Двоично-троичные справочники
- •Упражнение
- •Литература
- •Глава 11. Основные стратегии решения задач
- •11.1. Предварительные понятия и примеры
- •11.2. Стратегия поиска в глубину
- •Упражнения
- •11.3. Поиск в ширину
- •11.3.1. Списковое представление множества кандидатов
- •11.3.2. Древовидное представление множества кандидатов
- •Упражнения
- •11.4. Замечания относительно поиска в графах, оптимальности к сложности
- •Литература
- •Глава 12 Поиск с предпочтением: эвристический поиск
- •12.1. Поиск с предпочтением
- •Упражнение
- •12.2. Поиск c предпочтением применительно к головоломке "игра в восемь"
- •Упражнение
- •12.3. Применение поиска с предпочтением к планированию выполнения задач
- •Литература
- •Глава 13 Сведение задач к подзадачам. И/или-Графы
- •13.1. Представление задач в виде и/или-графов
- •13.2. Примеры и/или-представления задач
- •13.2.1. И/или-представление задачи поиска маршрута
- •13.2.2. Задача о ханойской башне
- •13.2.3. Формулировка игровых задач в терминах и/или-графов
- •13.3. Базовые процедуры поиска в и/или-графах
- •Упражнения
- •13.4. Поиск с предпочтением в и/или-графах
- •13.4.1. Эвристические оценки и алгоритм поиска
- •13.4.2. Программа поиска
- •13.4.3. Пример отношений, определяющих конкретную задачу: поиск маршрута
- •Упражнение
- •Литература
- •Глава 14 Экспертные системы
- •14.1. Функции, выполняемые экспертной системой
- •14.2. Грубая структура экспертной системы
- •14.3. Правила типа "если-то" для представления знаний
- •Упражнения
- •14.4. Разработка оболочки
- •14.4.1. Процесс рассуждений
- •14.4.2. Формирование ответа на вопрос "почему"
- •14.4.3. Формирование ответа на вопрос "как"
- •14.5. Реализация
- •14.5.1. Процедура рассмотреть
- •14.5.2. Процедура ответпольз
- •14.5.3. Усовершенствование процедуры ответпольз
- •14.5.4. Процедура выдать
- •14.5.5. Драйвер верхнего уровня
- •14.5.6. Одно замечание по поводу программы-оболочки
- •14.5.7. Цели с отрицанием
- •Упражнение
- •14.6. Работа с неопределенностью
- •14.6.1. Степень достоверности
- •14.6.2. Модель Prospector'а
- •14.6.3. Принципы реализации
- •14.7. Заключительные замечания
- •Проекты
- •Литература
- •Глава 15 Игры
- •15.1. Игры двух лиц с полной информацией
- •15.2. Минимаксный принцип
- •15.3. Альфа-бета алгоритм: эффективная реализация минимаксного принципа
- •15.4. Минимаксные игровые программы: усовершенствования и ограничения
- •15.5. Знания о типовых ситуациях и механизм "советов"
- •15.5.1. Цели и ограничения на ходы
- •15.5.2. Выполнимость совета
- •15.5.3. Правила и таблицы советов
- •15.6. Программа на языке al0 для игры в шахматном эндшпиле
- •15.6.1. Миниатюрный интерпретатор языка al0
- •15.6.2. Программа на языке советов для эндшпиля "король и ладья против короля"
- •Литература
- •Глава 16 Программирование в терминах типовых конфигураций
- •16.1. Архитектура, ориентированная на типовые конфигурации
- •16.1.1. Основные понятия
- •16.1.2. Прологовские программы как системы, управляемые образцами
- •16.1.3. Пример составления программы
- •16.2. Простой интерпретатор программ, управляемых образцами
- •16.3. Простая программа для автоматического доказательства теорем
- •16.4. Заключительные замечания
- •Литература
- •Ответы к некоторым упражнениям Глава 1
- •Глава 2
- •Глава 3
- •Глава 4
- •Глава 5
- •Глава 6
- •Глава 7
- •Глава 8
- •Глава 9
- •Глава 10
- •Глава 11
Литература
Программа поиска с предпочтением, представленная в настоящей главе, — это один из многих вариантов похожих друг на друга программ, из которых А*-алгоритм наиболее популярен. Общее описание А*-алгоритма можно найти в книгах Nillson (1971, 1980) или Winston (1984). Теорема о допустимости впервые доказана авторами статьи Hart, Nilsson, and Raphael (1968). Превосходное и строгое изложение многих разновидностей алгоритмов поиска с предпочтением и связанных с ними математических результатов дано в книге Pearl (1984). В статье Doran and Michie (1966) впервые изложен поиск с предпочтением, управляемый оценкой расстояния до цели.
Головоломка "игра в восемь" использовалась многими исследователями в области искусственного интеллекта в качестве тестовой задачи при изучении эвристических принципов (см., например, Doran and Michie (1966), Michie and Ross (1970) и Gaschnig (1979)).
Задача планирования, рассмотренная в настоящей главе, также как и многие ее разновидности, возникает во многих прикладных областях в ситуации, когда необходимо спланировать обслуживание запросов на ресурсы. Один из примеров — операционные системы вычислительных машин. Задача планирования со ссылкой на это конкретное приложение изложена в книге Coffman and Denning (1973).
Найти хорошую эвристику — дело важное и трудное, поэтому изучение эвристик — одна из центральных тем в искусственном интеллекте. Существуют, однако, некоторые границы, за которые невозможно выйти, двигаясь в направлении улучшения качества эвристик. Казалось бы, все, что необходимо для эффективного решения комбинаторной задачи — это найти мощную эвристику. Однако есть задачи (в том числе многие задачи планирования), для которых не существует универсальной эвристики, обеспечивающей во всех случаях как эффективность, так и допустимость. Многие теоретические результаты, имеющие отношение к этому ограничению, собраны в работе Garey and Johnson (1979).
Coffman E.G. and Denning P.J. (1973). Operating Systems Theory. Prentice-Hall.
Doran J. and Michie D. (1966). Experiments with the graph traverser program. Proc. Royal Socieiy of London 294(A) : 235-259.
Garey M. R. and Johnson D. S. (1979). Computers and Intractability . W. H. Freeman. [Имеется перевод: Гэри M., Джонсон Д. С- Вычислительные машины и труднорешаемые задачи. — M.: Мир, 1982.]
Gaschnig J. (1979). Performance measurement and analysis of certain search algorithms. Carnegie-Mellon University: Computer Science Department-Technical Report CMU-CS-79-124 (Ph. D. Thesis).
Hart P.E., Nilsson N.J. and Raphael B. (1968). A formal basis for the heuristic determination of minimum cost paths. IEEE Transactions on Systems Sciences and Cybernetics SSC-4(2) :100-107
Michie D. and Ross R. (1970). Experiments with the adaptive graph traverser. Machine Intelligence 5 : 301–308.
Nilsson N.J. (1971). Problem — Solving Methods in Artificial Intelligence . McGraw-Hill. [Имеется перевод: Нильсон H. Искусственный интеллект. Методы поиска решений. — M: Мир, 1973.]
Nilsson N. J. (1980). Principles of Artificial Intelligence . Tioga; also Springer-Verlag.
Pearl J. (1984). Heuristics: Intelligent Search Strategies for Computer Problem Solving . Addison-Wesley.
Winston P. H. (1984). Artificial Intelligence (second edition). Addison-Wesley. [Имеется перевод первого издания: Уинстон П. Искусственный интеллект. — M.: Мир, 1980.]
