- •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
Упражнение
14.3. База знаний может, в принципе, содержать циклы. Например:
прав1: если бутылка_пуста то джон_пьян.
прав2: если джон_пьян то бутылка_пуста.
Работая с подобной базой знаний, наша процедура рассмотреть может зациклиться на обработке одних и тех же целей. Внесите в процедуру рассмотреть изменения, предотвращающие зацикливание. Используйте для этого объект Трасса. Однако соблюдайте осторожность: если текущая цель сопоставима с одной из предыдущих целей, то такую ситуацию следует рассматривать как цикл только в том случае, когда текущая цель имеет большую, степень общности, чем предыдущая.
14.6. Работа с неопределенностью
14.6.1. Степень достоверности
Наша оболочка экспертной системы, описанная в предыдущем разделе, может работать только с такими вопросами (утверждениями), которые либо истинны, либо ложны. Предметные области, в которых на любой вопрос можно ответить "правда" или "ложь", называются категорическими . Наши правила базы знания (также, как и данные) были категорическими, это были "категорические импликации". Однако многие области экспертных знаний не являются категорическими. Как правило, в заключениях эксперта много догадок (впрочем, высказанных с большой уверенностью), которые обычно верны, но могут быть и исключения. Как данные, относящиеся к конкретной задаче, так и импликации, содержащиеся в правилах, могут быть не вполне определенными. Неопределенность можно промоделировать, приписывая утверждениям некоторые характеристики, отличные от "истина " и "ложь ". Характеристики могут иметь свое внешнее выражение в форме дескрипторов, таких, как, например, верно , весьма вероятно , вероятно , маловероятно , невозможно . Другой способ: степень уверенности может выражаться в форме действительного числа, заключенного в некотором интервале, например между 0 и 1 или между -5 и +5. Такую числовую характеристику называют по-разному — "коэффициент определенности", "степень доверия" или "субъективная уверенность". Более естественным было бы использовать вероятности (в математическом смысле слова), но попытки применить их на практике приводят к трудностям. Происходит это по следующим причинам:
• Экспертам, по-видимому, неудобно мыслить в терминах вероятностей. Их оценки правдоподобия не вполне соответствуют математическому определению вероятностей.
• Работа с вероятностями, корректная с точки зрения математики, потребовала бы или какой-нибудь недоступной информации, или каких-либо упрощающих допущений, не вполне оправданных с точки зрения практического приложения.
Поэтому, даже если выбранная мера правдоподобия лежит в интервале 0 и 1, более правильным будет называть ее из осторожности "субъективной уверенностью", подчеркивая этим, что имеется в виду оценка, данная экспертом. Оценки эксперта не удовлетворяют всем требованиям теории вероятностей. Кроме того, вычисления над такими оценками могут отличаться от исчисления вероятностей. Но, несмотря на это, они могут служить вполне адекватной моделью того, как человек оценивает достоверность своих выводов.
Для работы в условиях неопределенности было придумано множество различных механизмов. Мы будем рассматривать здесь механизм, используемый в системах Prospector и AL/X для минералогической разведки и локализации неисправностей соответственно. Следует заметить, что модель, применяемая в системе Prospector, несовершенна как с теоретической, так и с практической точек зрения. Однако она использовалась на практике, она проста и может служить хорошей иллюстрацией при изложении основных принципов, а потому вполне подойдет нам, по крайней мере для первого знакомства с этой областью. С другой стороны, известно, что даже в значительно более сложных моделях не обходится без трудностей.
