· База правил содержит операторы
Машина логического вывода CLIPS сопоставляет эти факты и правила и выясняет, какие из правил можно активизировать. Это выполняется циклически, причем каждый цикл состоит из трех шагов:
(1) сопоставление фактов и правил;
(2) выбор правила, подлежащего активизации;
(3) выполнение действий, предписанных правилом.
Такой трехшаговый циклический процесс иногда называют "циклом распознавание— действие" (см. главу 5).
А.2.1. Факты
Сразу после запуска CLIPS-приложения на выполнение на экране появится приглашение, извещающее пользователя, что он работает с интерпретатором.
CLIPS>
В режиме интерпретатора пользователь может использовать множество команд. Факты можно включить в базу фактов прямо из командной строки с помощью команды assert, например:
CLIPS> (assert (today is Sunday))
<Fact-0>
CLIPS> (assert (weather is warm))
<Fact-l>
Для лучшего восприятия текста Приложения мы в дальнейшем будем выделять текст, вводимый пользователем, полужирным шрифтом, а запросы и ответы интерпретатора — обычным моноширинным шрифтом.
Для вывода списка фактов, имеющихся в базе, используется команда facts:
CLIPS> (facts)
f-0 (today is Sunday)
f-1 (weather is warm)
В последних версиях CLIPS, в частности, в той, которая работает в операционной среде Windows, такие команды, как facts, можно вызывать с помощью меню. Для удаления фактов из базы используется команда retract.
CLIPS> (retract 1)
CLIPS> (facts)
f-0 (today is Sunday)
Эти же команды, assert и retract, используются в выполняемой части правила (заключении правила) и с их помощью выполняется программное изменение базы фактов. Часто приходится пользоваться и другой командой интерпретатора, clear, которая очищает базу фактов (как правило, эта команда доступна в одном из выпадающих меню).
CLIPS> (clear) CLIPS> (facts)
В тексте программы факты можно включать в базу не по одиночке, а целым массивом. Для этого в CLIPS имеется команда deffacts.
(deffacts today
(today is Sunday)
(weather is warm) )
Выражение deffacts имеет формат, аналогичный выражениям в языке LISP. Выражение начинается с команды deffacts, затем приводится имя списка фактов, который программист собирается определить (в нашем примере — today), а за ним следуют элементы списка, причем их количество не ограничивается. Этот массив фактов можно затем удалить из базы командой undef facts.
CLIPS> (undeffacts today)
Выражение def facts можно вводить и в командную строку интерпретатора, но лучше записать его в текстовый файл с помощью редактора CLIPS или любого другого текстового редактора. Загрузить этот файл в дальнейшем можно с помощью команды в меню File либо из командной строки.
CLIPS> (load "my file")
Однако после загрузки файла факты не передаются сразу же в базу фактов CLIPS. Команда deffacts просто указывает интерпретатору, что существует массив today, который содержит множество фактов. Собственно загрузка выполняется командой reset.
CLIPS> (reset)
Команда reset сначала очищает базу фактов, а затем включает в нее факты из всех ранее загруженных массивов. Она также добавляет в базу единственный системно определенный факт:
f-0 (initial-fact)
Это делается по умолчанию, поскольку иногда имеет смысл включить в программу правило start rule, которое может быть сопоставлено с этим фактом и позволит выполнить какие-либо нестандартные инициализирующие операции. Однако включать такое правило в программу или нет — дело программиста.
Можно проследить, как выполняется команда reset, если перед выполнением приведенных выше команд установить режим слежения среды разработки. Для этого нужно вызвать команду Watch из меню Execution и установить в ней флажок Facts.
А.2.2. Правила
В языке CLIPS правила имеют следующий формат:
(defrule <имя правила>
< необязательный комментарий >
< необязательное объявление >
< предпосылка_1 >
< предпосылка_т > =>
< действие_1 >
< предпосылка_п > )
Например:
(defrule chores
"Things to do on Sunday"
(salience 10)
(today is Sunday)
(weather is warm) =>
(assert (wash car))
(assert (chop wood) )
В этом примере Chores — произвольно выбранное имя правила. Предпосылки в условной части правила
(today is Sunday) (weather is warm)
сопоставляются затем интерпретатором с базой фактов, а действия, перечисленные в выполняемой части правила (она начинается после пары символов =>), вставят в базу два факта
(wash car) (chop wood)
в случае, если правило будет активизировано. Приведенный в тексте правила комментарий
"Things to do on Sunday"
"Что сделать в воскресенье"
поможет в дальнейшем вспомнить, чего ради это правило включено в программу. Выражение
(salience 10)
указывает на степень важности правила. Пусть, например, в программе имеется другое правило
(defrule fun
"Better things to do on Sunday"
(salience 100)
(today is Sunday)
(weather is warm) =>
(assert (drink beer))
(assert (play guitar)) )
Поскольку предпосылки обоих правил одинаковы, то при выполнении оговоренных условий они будут "конкурировать" за внимание интерпретатора. Предпочтение будет отдано правилу, у которого параметр salience имеет более высокое значение, в данном случае — правилу fun. Параметру salience может быть присвоено любое целочисленное значение в диапазоне [-10 000, 10 000]. Если параметр salience в определении правила опущен, ему по умолчанию присваивается значение 0.
Обычно в определении правила присутствуют и переменные. Если, например, правило
(defrule pick-a-chore
"Allocating chores to days"
(today is ?day)
(chore is ?job) =>
(assert (do ?job on ?day)) )
будет сопоставлено с фактами
(today is Sunday) (chore is carwash)
то в случае активизации оно включит в базу новый факт
(do carwash on Sunday).
Аналогично, правило
(defrule drop-a-chore
"Allocating chores to days"
(today is ?day)
?chore <- (do ?job on ?day) =>
(retract ?chore) )
отменит выполнение работ по дому (a chore). Обратите внимание на то, что оба экземпляра переменной ?day должны получить одно и то же значение. Переменная ?chore в результате сопоставления должна получить ссылку на факт, который мы собираемся исключить из базы. Таким образом, если это правило будет сопоставлено с базой фактов, в которой содержатся
(today is Sunday)
(do carwash on Sunday)
то при активизации правила из базы будет удален факт
(do carwash on Sunday)
С подробностями выполнения процесса сопоставления в интерпретаторе CLIPS вы сможете познакомиться в Руководстве пользователя, а здесь только отметим, что факт
(do carwash on Sunday)
будет сопоставлен с любым из представленных ниже образцов
(do ? ? Sunday)
(do ? on ?)
(do ? on ?when)
(do $?)
(do $? Sunday)
(do ?chore $?when)
Учтите, что префикс $? является признаком сегментной переменной, которая будет связана с сегментом списка. Например, в приведенном выше примере переменная $?when будет связана с
(on Sunday)
Если за префиксами ? и $? не следует имя переменной, они рассматриваются как универсальные символы подстановки, которым соответственно может быть сопоставлен любой элемент или сегмент списка.
А.2.3. Наблюдение за процессом интерпретации
Теперь на простом примере познакомимся с возможностями, которые предоставляет среда разработки CLIPS в части отладки программы, состоящей из правил и фактов. Введите в текстовый файл правило, а затем загрузите этот файл в среду CLIPS.
(defrule start
(initial-fact)
(printout t "hello, world" crlf) )
Выполните команду reset. Для этого либо введите эту команду в командной строке интерпретатора
CLIPS> (reset)
либо выберите в меню команду Execution => Reset, либо нажмите <CTRL+U> (последних два варианта возможны в версии, которая работает под Windows).
Затем запустите интерпретатор. Для этого либо введите эту команду run в командную строку интерпретатора
CLIPS> (run)
либо выберите в меню команду ExecutionORun, либо нажмите <CTRL+R> (последних два варианта возможны в версии, которая работает под Windows).
В ответ программа должна вывести сообщение hello, world, знакомое всем программистам мира. Для повторного запуска программы повторите команды reset и run.
Если в меню Execution^Watch ранее был установлен флажок Rules или перед запуском программы на выполнение вы ввели в командную строку команду watch rules, то на экране появится результат трассировки процесса выполнения
CLIPS> (run) FIRE 1 start: f-0 hello, world
В этом сообщении в строке, начинающейся с FIRE, выведена информация об активизированном правиле: start— это имя правила, а f-0— имя факта, который "удовлетворил" условие в этом правиле. Команда watch позволяет организовать несколько разных режимов трассировки, с деталями которых вы можете познакомиться в Руководстве пользователя. Если перед запуском программы вы ввели
CLIPS> (dribble-on "dribble.dp")
TRUE
то выведенный протокол трассировки будет сохранен в файле dribble.dp. Сохранение протокола прекратится после ввода команды
CLIPS> (dribble-off)
TRUE
Это очень удобная опция, особенно на этапе освоения языка
А.2.4. Использование шаблонов
Для определения фактов можно использовать не только списочные структуры, но и шаблоны, которые напоминают простые записи. (Шаблоны в CLIPS не имеют ничего общего с шаблонами C++.) Шаблон выглядит примерно так:
(deftemplate student "a student record"
(slot name (type STRING)) (slot age (type NUMBER) (default 18))
Каждое определение шаблона состоит из произвольного имени шаблона, необязательного комментария и некоторого количества определений слотов. Слот включает поле данных, например name, и тип данных, например STRING. Можно указать и значение по умолчанию, как в приведенном выше примере.
Если в программу включено приведенное выше определение шаблона, то выражение
(deffacts students
(student (name fred))
(student (name freda) (age 19)) )
приведет к тому, что в базу фактов после выполнения команды reset будет добавлено
(student (name fred) (age 18)) (student (name freda) (age 19))
A.2.5. Определение функций
В языке CLIPS функции конструируются примерно так же, как в языке LISP (см. главу 4). Существенное отличие состоит в том, что переменные должны иметь префикс ?, как это показано в приведенном ниже определении.
(deffunction hypotenuse (?a ?b)
(sqrt (+ ( ?a ?a) ( ?b ?b)) )
Формат определения функции в CLIPS следующий:
(deffunction <имя функции (<аргумент> ... <аргумент>) <выражение>
<выражение> )
Функция возвращает результат последнего выражения в списке. Иногда выполнение функции имеет побочные эффекты, как в приведенном ниже примере.
(deffunction init (?day)
(reset)
(assert (today is ?day)) )
В результате после запуска функции на выполнение командой CLIPS> (init Sunday)
будет выполнена команда reset и, следовательно, очищена база фактов, а затем в нее будет включен новый факт (today is Sunday).
А.3. Объектно-ориентированные средства в CLIPS
Использование объектно-ориентированных средств в CLIPS позволяет значительно упростить программирование правил, поскольку для обновления данных можно применять механизм передачи и обработки сообщений методами классов. В этом разделе мы продемонстрируем, как это делается на примере, который моделирует правила обращения с полуавтоматическим пистолетом.
Первым делом определим класс pistol, в котором будут перечислены свойства, необходимые для моделирования.
(defclass pistol
(is-a USER)
(role concrete)
(pattern-match reactive)
(slot safety (type SYMBOL) (create-accessor read-write))
(slot slide (type SYMBOL) (create-accessor read-write))
(slot hammer (type SYMBOL) (create-accessor read-write))
(slot chamber (type INTEGER) (create-accessor read-write))
(slot magazine (type SYMBOL) (create-accessor read-write))
(slot rounds (type INTEGER) (create-accessor read-write)) )
Первые три слота — системные. Они нужны объектно-ориентированной надстройке CLIPS (COOL — CLIPS object-oriented language). Эти слоты COOL извещают о том, что
