logo
Интеллектуальные Информационные Системы / лекции

7.2. Основы программирования в системе clips

CLIPS (C Language Integrated Production System) начала разрабатываться в космическом центре Джонсона NASA в 1984 году. Сейчас CLIPS и документация на этот инструмент свободно распространяется через интернет (http://www.ghg.net/clips/clips.html). Язык CLIPS свободен от недостатков предыдущих инструментальных средств для создания ЭС, основанных на языке LISP. Язык CLIPS получил большое распространение в государственных организациях и учебных заведениях благодаря низкой стоимости, мощности, эффективности и переносимости с платформы на платформу. Например, даже Web-ориентированный инструментарий JESS (Java Expert System Shell), использующий язык представления знаний CLIPS, приобрел достаточную известность в настоящее время.

Следует отметить, что несмотря на многочисленные преимущества функционального программирования, некоторые задачи лучше решать в терминах объектно-ориентированного программирования (ООП), для которого характерны три основные возможности: ИНКАПСУЛЯЦИЯ (работа с классами), ПОЛИМОРФИЗМ (работа с родовыми функциями, поддерживающими различное поведение функции в зависимости от типа аргументов), НАСЛЕДОВАНИЕ (поддержка абстрактных классов). ООП поддерживает многие языки, в том числе Smalltalk, C++, Java, Common LISP Object System (CLOS). Язык CLIPS, в свою очередь, вобрал в себя основные преимущества С++ и CLOS.

Читатель может познакомиться с языком CLIPS, получив через Интернет полный комплект документации на английском языке, или прочитав изданную на русском языке книгу. В данном разделе лекции дается краткое неформальное введение в CLIPS, необходимое для программирования учебных задач.

Отличительной особенностью CLIPS являются конструкторы для создания баз знаний (БЗ):

defrule

определение правил;

deffacts

определение фактов;

deftemplate

определение шаблона факта;

defglobal

определение глобальных переменных;

deffunction

определение функций;

defmodule

определение модулей (совокупности правил);

defclass

определение классов;

defintances

определение объектов по шаблону, заданному defclass;

defmessagehandler

определение сообщений для объектов;

defgeneric

создание заголовка родовой функции;

defmethod

определение метода родовой функции.

Конструкторы не возвращают никаких значений, в отличии от функций, например:

(deftemplate person

(slot name)

(slot age)

(multislot friends))

(deffacts people

(person (name Joe) (age 20))

(person (name Bob) (age 20))

(person (name Joe) (age 34))

(person (name Sue) (age 34))

(person (name Sue) (age 20)))

Пример функции:

(deffunction factorial (?a)

(if (or (not (integerp ? a)) (< ? a0)) then

(printout t "Factorial Error!" crlf)

else

(if (= ? a0) then

1

else

(*? a (factorial ($-$ ? a1))))))

Правила в CLIPS состоят из предпосылок и следствия. Предпосылки также называют ЕСЛИ-частью правила, левой частью правила или LHS правила (left-hand side of rule). Следствие называют ТО-частью правила, правой частью правила или RHS правила (right-hand side of rule).

Пример правила представлен ниже:

(deftemplate data (slot x) (slot y))

(defrule twice

(data (x ? x) (y =(*2 ? x)))

)

(assert (data (x2) (y4)); f-0

(data (x3) (y9))); f-1

Здесь самая распространенная в CLIPS функция assert добавляет новые факты в список правил. В противоположность assert функция retract удаляет факты из списка фактов, например:

(defrule vis11

?doors < — (fit ? wdfit)

(test (eq ? wdfit no))

(assert (EVIDENCE OF MAJOR ACCIDENT))

(retract ? doors))

В этом правиле проверяется наличие факта doors и в случае его отсутствия факт doors удаляется из списка фактов задачи.

Функция modify является также весьма распространенной. Она позволяет в определенном факте поменять значение слота, например,

(deftemplate age (slot value))

(assert (age (value young)))

(modify 0 (value old))

Следующий пример описывает представление данных в виде фактов, объектов и глобальных переменных. Примеры фактов:

(voltage is 220 volt)

(meeting (subject "AI") (chief "Kuzin") (Room "3240"))

В первой строке приведен упорядоченный факт, во второй - неупорядоченный, в котором порядок слотов не важен.

CLIPS поддерживает следующие типы данных: integer, float, string, symbol, external-address, fact-address, instance-name, instance-address.

Пример integer:

594

23

+51

−17

Пример float:

594e2

23.45

+51.0

−17.5e−5

String — это строка символов, заключенная в двойные кавычки.

Пример string: "expert", "Phil Blake", "состояние $-0$", "quote=\"

CLIPS поддерживает следующие процедурные функции , реализующие возможности ветвления, организации циклов в программах и т.,п.:

If

оператор ветвления;

While

цикл с предусловием;

loop-for-count

итеративный цикл;

prong

объединение действий в одной логической команде;

prong$

выполнение набора действий над каждым элементом поля;

return

прерывание функции, цикла, правила и т.д.;

break

то же, что и return, но без возвращения параметров;

switch

оператор множественного ветвления;

bind

создание и связывание переменных.

Функции CLIPS описываются в книгах. Среди логических функций (возвращающих значения true или false) следует выделить следующие группы:

Среди математических функций следует выделить следующие группы:

Среди функций работы со строками следует назвать функции:

str-cat

объединение строк,

sym-cat

объединение строк в значение типа symbol,

sub-string

выделение подстроки,

str-index

поиск подстроки,

eval

выполнение строки в качестве команды CLIPS,

build

выполнение строки в качестве конструктора CLIPS,

upcase

преобразование символов в символы верхнего регистра,

lowcase

преобразование символов в символы нижнего регистра,

str-compare

сравнение строк,

str-length

определение длины строки,

check-syntax

проверка синтаксиса строки,

string-to-field

возвращение первого поля строки.

Функции работы с составными величинами являются одной из отличительных особенностей языка CLIPS. В их число входят:

create$

создание составной величины,

nth$

получение элемента составной величины,

members

поиск элемента составной величины,

subset$

проверка одной величины на подмножество другой,

delete$

удаление элемента составной величины,

explode$

создание составной величины из строки,

implode$

создание строки из составной величины,

subseq$

извлечение подпоследовательности из составной величины,

replace$

замена элемента составной величины,

insert$

добавление новых элементов в составную величину,

first$

получение первого элемента составной величины,

rest$

получение остатка составной величины,

length$

определение числа элементов составной величины,

delete-member$

удаление элементов составной величины,

replace-member$

замена элементов составной величины.

Функции ввода-вывода используют следующие логические имена устройств:

stdin

устройство ввода,

stdout

устройство вывода,

wclips

устройство, используемое как справочное,

wdialog

устройство для отправки пользователю сообщений,

wdisplay

устройство для отображения правил, фактов и т.,п.,

werror

устройство вывода сообщений об ошибках,

wwarning

устройство для вывода предупреждений,

wtrase

устройство для вывода отладочной информации,

Собственно функции ввода-вывода следующие:

open

открытие файла (виды доступа r, w, r+, a, wb),

close

закрытие файла,

printout

вывод информации на заданное устройство,

read

ввод данных с заданного устройства,

readline

ввод строки с заданного устройства,

format

форматированный вывод на заданное устройство,

rename

переименование файла,

remove

удаление файла.

Среди двух десятков команд CLIPS следует назвать основные команды при работе со средой CLIPS:

load

загрузка конструкторов из текстового файла,

load+

загрузка конструкторов из текстового файла без отображения,

reset

сброс рабочей памяти системы CLIPS,

clear

очистка рабочей памяти системы,

run

выполнение загруженных конструкторов,

save

сохранение созданных конструкторов в текстовый файл,

exit

выход из CLIPS.

В рамках нашего краткого описания опустим список функций для работы с методами родовых функций и список функций для работы с классами, объектами, слотами, обработчиками сообщений. С этим можно ознакомиться по документации. Список сообщений об ошибках приведен в [91].

В завершение следует иметь в виду, что CLIPS может не удовлетворительно работать в реальном времени, когда потребуется время реакции менее 0,1 сек.В этом случае надо исследовать на разработанном прототипе механизмы вывода для всего множества правил предметной области на различных по производительности компьютерах. Как правило, современные мощные компьютеры Intel обеспечивают работу с продукционными системами объемом 1000--2000 правил в реальном времени. Веб-ориентированные средства на базе JAVA (системы Exsys Corvid, JESS) являются более медленными, чем, например, CLIPS 6.0 или OPS-2000. Поэтому CLIPS - лучший на сегодня выбор для работы в реальном времени среди распространяемых свободно оболочек ЭС, разработанных на C++.