Книга: Программирование на языке Пролог для искусственного интеллекта

14.5.3. Усовершенствование процедуры ответпольз

14.5.3. Усовершенствование процедуры ответпольз

Один из недостатков нашей процедуры ответпольз, который хорошо виден из приведенного выше диалога, — это появление на выходе системы имен, генерируемых пролог-системой, что выглядит довольно неуклюже. Символы, подобные _17, следовало бы заменить на более осмысленные слова.

Другой, более серьезный дефект этой версии процедуры ответпольз состоит в следующем. Если мы еще раз обратимся к ответпольз, задав ту же самую цель, то пользователю придется повторно вводить все варианты решений. Поэтому, если наша экспертная система придет в процессе рассуждений к рассмотрению той же самой цели второй раз, то, вместо того, чтобы использовать информацию, уже полученную от пользователя, она проведет с пользователем в точности тот же самый скучный диалог.

Давайте исправим эти два дефекта. Во-первых, улучшение внешнего вида запросов системы будет основано на введении стандартного формата для каждой "запрашиваемой" цели. Для этого в отношение можно_спросить мы добавим второй аргумент, который и будет задавать этот формат, как видно из следующего примера:

можно_спросить(X ест Y, 'Животное' ест 'Что-то').

При передаче запроса пользователю каждая переменная вопроса должна быть заменена на ключевое слово, взятое из формата, например:

?- ответпольз( X ест Y, [], Ответ).
Это правда: Животное ест Что-то?
да.
Животное =питер.
Что-то =мясо.
Ответ = правда
X = питер
Y = мясо

В улучшенной версии процедуры ответпольз, показанной на рис. 14.11, такое форматирование запросов выполняется процедурой

формат( Цель, ВнешФормат, Вопрос, Перем0, Перем )

Здесь Цель — утверждение, которое нужно форматировать. ВнешФормат определяет внешний формат этого утверждения, задаваемый отношением

можно_спросить( Цель, ВнешФормат)
Вопрос — это Цель, отформатированная в соответствии с ВнешФормат. Перем — список переменных, входящих в Цель, вместе с соответствующими ключевыми словами (как указано в ВнешФормат), причем список Перем получается из списка Перем0 добавлением новых переменных. Например:

?- формат( X передает документы Y,
 'Кто' передает 'Что' 'Кому',
 Вопрос, [], Перем).
Вопрос = 'Кто' передает документы 'Кому',
 Перем = [ X/'Кто', Y/'Кому'].

Второе усовершенствование, состоящее в устранении повторных вопросов к пользователю, будет более трудным. Во-первых, все ответы пользователя следует запоминать, с тем чтобы их можно было отыскать в памяти в более поздний момент времени. Для этого достаточно сделать ответы пользователя элементами некоторого отношения и применить assert, например

assert( сказано( мери передает документы друзьям, правда) ).

В ситуации, когда имеется несколько решений, предложенных пользователем для одной и той же цели, в память относительно нее будет записано несколько фактов. Здесь возникает одно осложнение. Допустим, что в нескольких местах программы встречаются различные варианты некоторой цели (отличающиеся именованием переменных). Например:

( X имеет Y) и   % Первый вариант - Цель1
...
( X1 имеет Y1) и % Второй вариант - Цель2
...

Допустим также, что пользователя просят (через механизм возвратов) предложить несколько решений для Цель1. Затем процесс рассуждений продвигается вплоть до Цель2. Так как у нас уже есть несколько решений для Цель1, мы захотим, чтобы система автоматически применила их и к Цель2 (поскольку очевидно, что они удовлетворяют Цель2). Теперь предположим, что система пытается применить эти решения к Цель2, но ни одно из них не удовлетворяет некоторой другой цели, расположенной ниже. Система делает возврат к Цель2 и просит пользователя предложить новые решения. Если пользователь введет еще несколько решений, то их также придется запомнить. И если система в дальнейшем сделает возврат к Цель1, то эти новые решения надо будет применить к Цель1.

Для того, чтобы правильным образом использовать информацию, вводимую пользователем по запросам из разных точек программы, мы будем снабжать каждую такую информацию специальным индексом. Таким образом, факты, запоминаемые системой, будут иметь вид

сказано( Цель, Истинность, Индекс)

где Индекс — это значение счетчика, ответов пользователя. Процедура

ответпольз( Цель, Трасса, Ответ)

теперь должна будет отслеживать число решений, уже порожденных механизмом возвратов к моменту обращения к этой процедуре. Это можно сделать при помощи другого варианта процедуры ответпольз с четырьмя аргументами:

ответпольз( Цель, Трасса, Ответ, N)

где N — некоторое целое число. Такое обращение к ответпольз должно порождать решения для Цель с индексами, начиная с N и далее. Обращение

ответпольз( Цель, Трасса, Ответ)

соответствует получению всех решений, индексируемых, начиная с 1, поэтому мы имеем следующее соотношение:

ответпольз( Цель, Трасса, Ответ) :-
 ответпольз( Цель, Трасса, Ответ, 1).

Принцип работы процедуры

ответпольз( Цель, Трасса, Ответ, N)

таков: сначала получить решения для Цель, отыскивая в памяти все уже известные решения с индексами, начиная с N и далее. Когда все старые решения исчерпаются, начать задавать вопросы пользователю относительно утверждения Цель, записывая полученные таким образом новые решения в память при помощи assert и индексируя их должным образом при помощи целых чисел. Когда пользователь сообщит, что больше нет решений, записать в память факт

конец_ответов( Цель)

Если пользователь с самого начала скажет, что решений нет вообще, то записать факт

сказано( Цель, ложь, Индекс)

Находя в памяти те или иные решения, процедура ответпольз должна правильно интерпретировать подобную информацию.

Однако существует еще одна трудность. Пользователь может, оставляя некоторые переменные неконкретизированными, указывать общие решения. Если найдено положительное решение, более общее, чем Цель, или столь же общее, как Цель, то нет смысла продолжать задавать вопросы об утверждении Цель, поскольку мы уже имеем более общее решение. Аналогичным образом следует поступить, если обнаружен факт

сказано( Цель, ложь, _ )

Программа ответпольз, показанная на рис. 14.11, учитывает все вышеприведенные соображения. В нее введен новый аргумент Копия (копия утверждения Цель), который используется в нескольких случаях сопоставлений вместо Цель, с тем чтобы оставить в неприкосновенности переменные утверждения Цель. Эта программа использует также два вспомогательных отношения. Одно из них

конкретный( Терм)

истинно, если Терм не содержит переменных. Другое

конкретизация( Терм, Терм1)

означает, что Терм1 есть некоторая конкретизация (частный случай) терма Терм, т.е. Терм — это утверждение не менее общее, чем Терм1. Например:

конкретизация( X передает информацию Y,
 мэри передает информацию Z)

Обе процедуры основаны на еще одной процедуре:

нумпер( Терм, N, М)

Эта процедура "нумерует" переменные, содержащиеся в Терм, заменяя каждую из них на некоторый специальный новый терм таким образом, чтобы эти "нумерующие" термы соответствовали числам от N до M–1, Например, пусть эти термы имеют вид

пер/0, пер/1, пер/2, ...

тогда в результате обращения к системе

?- Терм = f( X, t( a,Y, X) ), нумпер( Терм, 5, М).

мы получим

Терм = f( пер/5, t( а, пер/6, пер/5) )
М = 7
% Процедура
%
% ответпольз( Цель, Трасса, Ответ)
%
% порождает, используя механизм возвратов, все решения
% для целевого утверждения Цель, которые указал пользователь.
% Трасса - это цепочка целей-предков и правил,
% используемая для объяснения типа "почему".
ответпольз( Цель, Трасса, Ответ) :-
 можно_спросить( Цель, _ ), % Можно спросить?
 копия( Цель, Копия),       % Переименование переменных
 ответпольз( Цель, Копия, Трасса, Ответ, 1).
% Не спрашивать второй раз относительно конкретизированной цели
ответпольз( Цель, _, _, _, N) :-
 N > 1,                     % Повторный вопрос?
 конкретный( Цель),  !,     % Больше не спрашивать
 fail.
% Известен ли ответ для всех конкретизации утверждения Цель?
ответпольз( Цель, Копия, _, Ответ, _ ) :-
 сказано( Копия, Ответ, _ ),
 конкретизация( Копия, Цель), !. % Ответ известен
% Найти все известные решения для Цель с индексами, начиная с N
ответпольз( Цель, _, _, правда, N) :-
 сказано( Цель, правда, М),
 М >= N.
% Все уже сказано об утверждении Цель?
ответпольз( Цель, Копия, _, Ответ, _) :-
 конец_ответов( Копия),
 конкретизация( Копия, Цель), !, % Уже все сказано
 fail.
% Попросить пользователя дать (еще) решения
ответпольз( Цель, _, Трасса, Ответ, N) :-
 спросить_польз( Цель, Трасса, Ответ, N).
спросить_польз( Цель, Трасса, Ответ, N) :-
 можно спросить( Цель, ВнешФормат),
 формат( Цель, ВнешФормат, Вопрос, [], Перем),
  % Получить формат вопроса
 спросить( Цель, Вопрос, Перем, Трасса, Ответ, N).
спросить( Цель, Вопрос, Перем, Трасса, Ответ, N) :-
 nl,
 ( Перем = [], !,                % Сформулировать вопрос
 write( 'Это правда: ');
 write( 'Есть (еще) решения для :' )),
 write( Вопрос), write( '?'),
 принять( Ответ1), !,            % Ответ1 - да/нет/почему
 обработать( Ответ1, Цель, Вопрос, Перем,
             Трасса, Ответ, N).
обработать( почему, Цель, Вопрос, Перем,
 Трасса, Ответ, N):-
 выд_трассу( Трасса),
 спросить( Цель, Вопрос, Перем, Трасса, Ответ, N).
обработать( да, Цель,_, Перем, Трасса, правда, N) :-
 след_индекс( Инд),
  % Получить новый индекс для "сказано"
 Инд1 is Инд + 1,
 ( запрос_перем( Перем),
   assertz( сказано( Цель, правда, Инд) );
    % Запись решения
 копия( Цель, Копия),            % Копирование цели
 ответпольз( Цель, Копия, Трасса, Ответ, Инд1) ).
  % Есть еще решения?
обработать( нет, Цель, _, _, _, ложь, N) :-
 копия( Цель, Копия),
 сказано( Копия, правда, _), !,
  % 'нет' означает, больше нет решений
 assertz( конец_ответов( Цель) ),
  % Отметить конец ответов
 fail;
 след_индекс( Инд),
  % Следующий свободный индекс для "сказано"
 assertz( сказано( Цель, ложь, Инд) ).
  % 'нет' означает нет ни одного решения
формат( Пер, Имя, Имя, Перем, [Пер/Имя | Перем]) :-
 var( Пер), !.
формат( Атом, Имя, Атом, Перем, Перем) :-
 atomic( Атом), !,
 atomic( Имя).
формат( Цель, Форм, Вопрос, Перем0, Перем) :-
 Цель =.. [Функтор | Apг1],
 Форм =.. [Функтор | Форм1],
 формвсе( Apг1, Форм1, Арг2, Перем0, Перем),
 Вопрос =.. [Функтор | Арг2].
формвсе( [], [], [], Перем, Перем).
формвсе( [X | СпХ], [Ф | СпФ], [В | СпВ], Перем0, Перем) :-
 формвсе( СпХ, СпФ, СпВ, Перем0, Перем1),
 формат( X, Ф, В, Перем1, Перем).
запрос_перем( []).
запрос_перем( [Переменная/Имя | Переменные]) :-
 nl, write( Имя), write( '='),
 read( Переменная),
 запрос_перем( Переменные).
выд_трассу( []) :-
 nl, write( 'Это был ваш вопрос'), nl.
выд_трассу( [Цель по Прав | Трасса] ) :-
 nl, write( 'Чтобы проверить по' ),
 write( Прав), write( ', что'),
 write( Цель),
 выд_трассу( Трасса).
конкретный( Терм) :-
 нумпер( Терм, 0, 0).            % Нет переменных в Терм'е
% конкретизация( Т1, Т2) означает, что Т2 - конкретизация Т1,
% т.е. терм Т1 - более общий, чем Т2, или той же степени
% общности, что и Т2
конкретизация( Терм, Терм1) :-
  % Терм1 - частный случай Терм'а
 копия( Терм1, Терм2),
  % Копия Терм1 с новыми переменными
 нумпер( Терм2, 0, _), !,
 Терм = Терм2.       % Успех, если Терм1 - частный случай Терм2
копия( Терм, НовТерм) :-
  % Копия Терм' а с новыми переменными
 asserta( copy( Терм) ),
 retract( сору( НовТерм) ), !.
посл_индекс( 0).     % Начальный индекс для "сказано"
след_индекс( Инд) :- % Следующий индекс для "сказано"
 retract( посл_индекс( ПослИнд) ), !,
 Инд is ПослИнд + 1,
 assert( посл_индекс( Инд) ).

Рис. 14.11. Оболочка экспертной системы: Вопросы к пользователю и ответы на вопросы "почему".

Отношение, подобное нумпер, часто входит в состав пролог-системы в качестве встроенной процедуры. Если это не так, то его можно реализовать программно следующим способом:

нумпер( Терм, N, Nплюс1) :-
 var( Терм), !, % Переменная?
 Терм = пер/N,
 Nплюс1 is N + 1.
нумпер( Терм, N, М) :-
 Терм =.. [Функтор | Аргументы], % Структура или атом
 нумарг( Аргументы, N, M).
  % Пронумеровать переменные в аргументах
нумарг( [], N, N) :- !.
нумарг( [X | Спис], N, M) :-
 нумпер( X, N, N1),
 нумарг( Спис, N1, М).

Оглавление книги