Основные теоретические сведения

3.1.1. Структура „Prolog”- программы

Базовым языком программирования в системах искусственного интеллекта является язык логического программирования „Prolog”, в основу которого положен метод автоматического доказательства теорем в исчислении предикатов первого порядка (см. "Лабораторную работу №2").

В данной лабораторной работе необходимо разработать „Prolog”-программы моделей представления знаний (см. "Лабораторную работу №2") и „Prolog”-программу работы (решения задачи) экспертной системы (ЭС) в среде программирования "Turbo-Prolog" (версии 2.0), которая служит для организации диалога пользователя с ЭС.

„Prolog”-программа включает следующие разделы:

1) constans – объявление констант (раздел не обязательный);

2) domains– объявление типов данных для аргументов предикатов;

3) global domains- объявление глобальных типов данных (раздел не обязательный);

4) database- объявление предикатов динамической базы знаний;

5) global databaseобъявление предикатов глобальной динамической базы знаний (раздел не обязательный);

6) predicates - объявление предикатов;

7) global predicates - объявление глобальных предикатов (раздел не обязательный);

8) goal – определение компилятором цели запроса (целевого утверждения); при отсутствии в программе этого раздела пользователь вводит запрос самостоятельно;

9) clauses – определение правил (текст программы).

Утверждения (правила), представленные в виде предикатов и объявленные в разделе database, составляют внутреннюю базу данных (ВБД) „Prolog”- программы. Основными стандартными предикатами для работы с ВБД являются:

а) consult(Имя_файла) – дополнить ВБД другой базой данных, находящейся в файле с именем Имя_файла;

б) save (Имя_файла) –сохранить ВБД в файле с именем Имя_файла;

в)assert (Факт)– дополнить ВБД новым фактом Факт;

г) retract(Факт) – исключить факт Факт из ВБД.

Правила, представленные в разделе clauses, являются конструкциями вида:

вывод :-условие 1, условие 2, … условие n.

и интерпретируются компилятором „Prolog”-программы следующим образом: "Утверждение вывод является истинным при одновременной истинности утверждений условие 1, условие 2, … условие n".

Для ввода и вывода данных в процессе работы „Prolog”-программы используются следующие стандартные предикаты ввода-вывода:

· readint (X),  readreal (X), readln (X)– ввод с текущего устройства ввода соответственно целых, действительных чисел и символов;

· write ( Зн1, Зн2, Зн3,…)– вывод значений констант или переменных Зн1, Зн2, Зн3,…на текущее устройство вывода;

· nl– перевод выходного потока на следующий рядок текущего устройства вывода.

3.1.2. Выполнение „Prolog”- программы

Как уже отмечалось выше, в основу „Prolog”- программы положен аппарат автоматического доказательства теорем в исчислении предикатов первого порядка, которыйсостоит в следующем. Логическая база знанийсодержит истинные утверждения (правила), которые называются аксиомами или гипотезами. На основе двух или нескольких исходных аксиом можно доказать теорему, т.е. вывести очередное утверждение-следствие путем использования конечного числа правил вывода.Этот процесс называют логическим выводом на знаниях.

Метод автоматического доказательства теорем с использованием правил вывода следствий изнабора исходных аксиом получил название метода резолюций. Теорема, выведенная из двух или нескольких аксиом путем использования метода резолюций, называется резольвентой.

Основной операцией, выполняемой над данными в „Prolog”- программе, является операция сопоставления (линейная резолюция) утверждений. Задача „Prolog”- программы состоит в определении значений аргументов, входящих в состав целевого утверждения, который согласуется с одной из аксиом базы знаний. Это утверждение с точки зрения компилятора „Prolog”- программыявляется запросом, который необходимо ввести в диалоговое окно после сообщения Goal,  либо записать как часть текста программы в разделе goal.

Пример №1. Рассмотрим „Prolog”-программу построения базы знаний ЭСс использованием логической модели представления знаний (см. "Лабораторную работу №2").

Пусть предметнойобластью ЭС являются "Транспортные средства" с такими объектами (см. "Лабораторную работу №1"):

1. Самолет. 2. Вертолет. 3. Катер. 4. Танкер. 5. Грузовик. 6. Такси.

Указанные транспортные средства могут обладать следующими свойствами:

1. Иметь колеса. 2. Иметь винт. 3. Иметь крыло. 4. Возить грузы.

Связь между объектами и их свойствами представлена в табл. 3.1:

Табл. 3.1. Связь базы данных с базой знаний

где: "+" – объект имеет соответствующее свойство;

"-" – объект не имеет указанного свойства.

„Prolog”- программа логической базы знаний ЭС имеет вид:

not P(vrt, kls);  not P(vrt, vnt);  notP(vrt, vgr); Q(vrt).

not P(ktr, vnt); notP(ktr, vgr); Q(ktr).

not P(tnk, vnt); notP(tnk, vgr); Q(tnk).

not P(grz, kls); not P(grz, vgr); Q(grz).

not P(tks, kls); Q(tks).

not P(sml, kls); not P(vrt, kls); notP(grz, kls); notP(tks, kls);  R (kls ).

not P(sml, vnt); not P(vrt, vnt); notP(ktr, vnt); notP(tnk, vnt);  R (vnt ).

not P(sml, krl); R (krl ).

not P(sml, vgr); not P(vrt, vgr); notP(ktr, vgr);notP(tnk, vgr)); not P(grz, vgr); R (vgr ).

Пример №2. Рассмотрим „Prolog”-программу построения базы знаний ЭС с использованием семантической модели представления знаний (см."Лабораторную работу №2"):

domains %    Типы данных:

объект = symbol