KRR: Prolog - baza wiedzy

Historia

Prolog to system realizujący użycie logiki jako paradygmatu „programowania” (PROgrammation en LOGique, PROgramming in LOGic). Wybrane informacje:

Więcej wskazówek związanych z uczeniem się Prologu można znaleźć na głównej stronie laboratorium.

Uwaga: nie należy za bardzo przejmować się hasłem o Prologu w Wikipedii – jest źle napisane!

Prolog jako system reprezentowania wiedzy i wnioskowania

Prolog dostarcza metodę reprezentacji wiedzy (klauzule Horna), która pozwala na opis i budowę bazy wiedzy (ang. knowledge base).

Prolog jest wyposażony w system automatycznego wnioskowania (ang. automated reasoning), który pozwala w szczególności na automatyczne wyszukiwanie rozwiązań problemów/zadań opisanych przy pomocy bazy wiedzy.

Praca z systemem obejmuje:

  1. opis problemu (KB),
  2. sformułowanie celu (ang. goal) czy też pytania (ang. query),
  3. automatyczne wyszukanie rozwiązania.

Co za tym idzie Prolog nie jest „językiem programowania” ile systemem rozwiązywania problemów, obejmującym język ich opisu.

SWI Prolog

Współcześnie jest dostępnych szereg implementacji Prologu, w tym swobodnie dostępne kompilatory Prologu:

W czasie zajęć będzie się pracować w środowisku SWI.

Podstawowym interfejsem w SWI jest powłoka. W powłoce pracuje się podobnie jak w powłoce unixowej, oczywiście z uwzględnieniem specyfiki Prologu.

Uruchamianie powłoki

Ćwiczenie

Unix/GNU/Linux: Proszę otworzyć okno terminala, np. xterm i uruchomić w nim powłokę SWI przez polecenie swipl (może też być dostępny przez polecenie pl).

Windows: uruchomić za pomoc ikony, menu, itp.

UWAGA: każda linia kodu w Prologu musi się kończyć kropką, podobnie linia, polecenie w powłoce!

Proszę sprawdzić działanie systemu pomocy, przez predykat help., a następnie przeczytać opis do predykatu consult/1.

Proszę wyjść z powłoki przez halt.

Proszę ponownie uruchomić powłokę SWI. Przy pomocy jakiej kombinacji klawiszy można wyjść z powłoki unixowej - analogiczenie w SWI?

Środowisko pracy

SWI dostarcza przede wszystkim zaawansowanej powłoki, wyposażonej w bibliotekę GNU ReadLine.

Cennym uzupełnieniem jest edytor GNU Emacs ze środowiskiem edycyjnym (trybem) prolog.el.

SWI w wersji rozszerzonej o środowisko XPCE dostarcza również narzędzi programistycznych, takich jak wbudowany edytor emacs. Aby z niego skorzystać należy zamiast swipl wywołać xpce a potem w powłoce Prologu emacs..

Ćwiczenie

Sprawdzić działanie systemu pracy z linią poleceń (GNU Readline): historia, dopełnianie, skrótu klawiaturowe. Przeglądnąć tryb pracy w GNU Emacs i edytor PCE Emacs (uruchomić SWI Prolog przez xpce).

Fakty w bazie wiedzy

Baza wiedzy obejmuje dwa rodzaje sformułowań, prostszym z nich są fakty.

Ćwiczenie

Proszę przyjrzeć się poniższej, prostej bazie wiedzy.

rodzic(kasia,robert).
rodzic(tomek,robert).
rodzic(tomek,eliza).
 
kobieta(kasia).
kobieta(eliza).
 
mezczyzna(tomek).
mezczyzna(robert).

Proszę uruchomić wybrany zewnętrzny edytor i wpisać w nim podobny tekst, dotyczący własnej (albo innej) rodziny. Mniej ambitni mogą po prostu przepisać… Program należy zapisać w pliku fam1.pl.

Inny przykład pf1.pl:

woman(mia).
woman(jody).
woman(yolanda).
playsAirGuitar(jody).
party. 

Wczytywanie bazy wiedzy

Aby użyć bazy wiedzy należy w powłoce załadować plik przy pomocy predykatu consult/1 (skrót: [nazwa].)

Operację tę należy powtarzać po każdej modyfikacji pliku bazy wiedzy.

Ćwiczenie

W powłoce SWI należy wczytać powyższe pliki:

?- [fam1].
?- [pf1].

Zawarta w nich wiedza dodawana do bazy wiedzy dostępnej z powłoki SWI.

?- listing.

Proste pytania

Dysponując bazą wiedzy można zadawać pytania/cele.

Czy Kasia jest kobietą?

?- kobieta (kasia).

Czy Mia jest kobietą?

Czy Tomek jest rodzicem Elizy?

Uwaga: Prolog zawsze „wie”. Ale wie dokładnie tyle ile mu powiemy:

Czy Kopernik jest kobietą?

Czy Vincent jest kobietą?

Nazywamy to closed world assumption.

Inny ogólniejszy rodzaj pytań.

Czy znasz/istnieją jakieś Kobiety?

?- kobieta(_).

Czy Tomek jest rodzicem?

Generowanie rozwiązań

Poza odpowiadaniem na pytania Prolog potrafi wyszukiwać - generować rozwiązania.

Jakie znasz/są/istnieją kobiety?

?- kobieta(Kto).

Kto jest rodzicem?

?- rodzic(R,_).

Pytania złożone

Czy znasz rodziców, którzy mają synów-dzieci, które są mężczyznami?

?- rodzic(R,S),mezczyzna(S).

Kto jest ojcem, tj. rodzicem, który jest mężczyzną:

?- rodzic(R,S),mezczyzna(R).

Reguły i wnioskowanie

Reguły pozwalają na uchwycenie pewnych prawidłowości i generowanie w procesie wnioskowania nowej wiedzy, nie reprezentowanej explicite.

Dopisz do poprzednich plików i zapisz pod nową nazwą, następnie wczytaj (consult).

fam2.pl:

matka(M,D) :-
	rodzic(M,D),
	kobieta(M).
 
ojciec(O,D) :-
	rodzic(O,D),
	mezczyzna(O).

Proszę zdefiniować reguły opisujące: brata, siostrę, dziadka i babcię. Proszę dokładnie sprawdzić ich działanie.

Jaki pojawia się problem przy bracie/siostrze? Uwaga na operator: \=

Proszę się zastanowić nad własnymi regułami opisującymi relacje w rodzinie.

pf2.pl

happy(yolanda).
listens2Music(mia).
listens2Music(yolanda):-  happy(yolanda).
playsAirGuitar(mia):-  listens2Music(mia).
playsAirGuitar(yolanda):-  listens2Music(yolanda).

Wyszukiwanie wszystkich rozwiązań rozwiązań

Po niektórych pytaniach można nacisnąć średnik „;”…

Bazy danych

book(signature_1,title_1,author_1,publisher_1,year_1).
book(signature_2,title_2,author_2,publisher_2,year_2).
book(signature_3,title_3,author_1,publisher_3,year_3).
book(signature_4,title_4,author_4,publisher_4,year_4).
book(signature_5,title_5,author_1,publisher_5,year_5).
 
journal(journal_id_1,title_1,volume_1,number_1,year_1).
journal(journal_id_2,title_2,volume_2,number_2,year_2).
journal(journal_id_3,title_3,volume_3,number_3,year_3).
journal(journal_id_4,title_4,volume_4,number_4,year_4).
journal(signature_5,title_5,volume_5,number_5,year_5).
 
user(id_1,surname_1,forename_1,born_1,address_1).
user(id_2,surname_2,forename_2,born_2,address_2).
user(id_3,surname_3,forename_3,born_3,address_3).
user(id_4,surname_4,forename_4,born_4,address_4).
user(id_5,surname_5,forename_5,born_5,address_5).
 
register(id_1,signature_1,borrow_date_1,return_date_1).
register(id_1,signature_2,borrow_date_2,return_date_2).
register(id_2,signature_1,borrow_date_3,return_date_3).
%%% Algebraic operations
 
sum(Id,Title,Year):- 
   book(Id,Title,_,_,Year);
   journal(Id,Title,_,_,Year), not(book(Id,Title,_,_,Year)).
 
intersect(Id,Title,Year):-
   book(Id,Title,_,_,Year),
   journal(Id,Title,_,_,Year). 
 
except(Id,Title,Year):-
   book(Id,Title,_,_,Year),
   not(journal(Id,Title,_,_,Year)).  
 
projection(Title,Author,Year):-
   book(_,Title,Author,_,Year).
 
selection(Signature,Title,Author,Publisher,Year):-
   book(Signature,Title,Author,Publisher,Year),
   Author = author_1.
 
cartesian_product(Signature,Uid):-
   book(Signature,_,_,_,_),
   user(Uid,_,_,_,_).
 
who_what_book(Uid,Surname,Name,Signature,Title,BorrowDate,ReturnDate):-
   register(Uid,Signature,BorrowDate,ReturnDate),
   user(Uid,Surname,Name,_,_),
   book(Signature,Title,_,_,_).

Brak I/O

% Definicje działania bramek podstawowych
not(1,0).
not(0,1).
 
and(0,0,0).
and(0,1,0).
and(1,0,0).
and(1,1,1).
 
or(0,0,0).
or(0,1,1).
or(1,0,1).
or(1,1,1).
 
% Definicja przykładowego układu - xor
 
xor(Input1,Input2,Output) :-
        not(Input1,N1),
        not(Input2,N2),
        and(Input1,N2,N3),
        and(Input2,N1,N4),
        or(N3,N4,Output).
 
% Przykładowe testy:
% xor(1,0,W), xor(1,I,1), xor(I1,I2,0)

Zapamiętywanie nowych faktów

Predykaty assert/a/z /1, retract/a/z /1 pozwalają na dodawanie, usuwanie faktów do/z bazy wiedzy, na/do jej początku/końca.

Predykat abolish/1 pozwala usunąć predykat z bazy wiedzy. (np. abolish(kobieta/1).)

Predykat retractall/1 pozwala usunąć klauzule danego predykatu z bazy wiedzy. (np. retractall(kobieta(K)).)

Ćwiczenie

Proszę napisać:

?- assert(kobieta(kopernik)).

jak zmieniła sie wiedza na temat kobiet?

?- listing(kobieta).

Proszę sprawdzić:

kobieta(K),write(K),write(' to kobieta.'),nl,fail.

Uwaga: niektóre kompilatory Prologu (np. SWI) wymagają wcześniejszego zadeklarowania predykatu jako takiego, który może być dynamicznie modyfikowany. Robi się to przez predykat dynamic/1, np. dla predykatu kobieta/1 deklaracja w pliku fam2.pl ma postać :- dynamic(kobieta/1)..

Proszę oglądnąć zastosowanie assert/retract na przykładzie programu learner.pl

Początkowa baza wiedzy jest w pliku learner_kb.pl

Należy uruchomić program przez start.

Jakie 3 przypadki odpowiedzi są brane pod uwagę? Co dzieje się przy wyjściu z programu i jak to wpływa na jego kolejne uruchamianie?

Uwaga: operator \+ oznacza negację.

Dla zaawansowanych

liczby-send.pl

% Fakty: definicja dostępnych cyfr. 
   cyfra(0).
   cyfra(1).
   cyfra(2).
   cyfra(3).
   cyfra(4).
   cyfra(5).   
   cyfra(6).
   cyfra(7).
   cyfra(8).
   cyfra(9).
 
% Skrót nazwy predykatu cyfra/1.
   c(X) :- cyfra(X).
 
% Rozwiązanie dla problemu SEND + MORE = MONEY
solve(S,E,N,D,M,O,R,E,Y) :-
    c(M),M > 0, c(S),c(E),  c(N), c(D),  c(M),  c(O),   c(R),   c(Y), 
      S \= E, S \= N, S \= D, S \= M, S \= O, S \= R, S \= Y,
              E \= N, E \= D, E \= M, E \= O, E \= R, E \= Y,
                      N \= D, N \= M, N \= O, N \= R, N \= Y,
                              D \= M, D \= O, D \= R, D \= Y,
                                      M \= O, M \= R, M \= Y,
                                              O \= R, O \= Y,
                                                      R \= Y,
     L1 is S*1000 + E*100 + N*10 + D, 
     L2 is M*1000 + O*100 + R*10 + E, 
     L3 is M*10000 + O*1000 + N*100 + E*10 + Y,
     Q is (L1 + L2) - L3, % write(Q),nl,
     Q = 0.
 
sm : - solve(S,E,N,D,M,O,R,E,Y),
     write(' '),write(S),write(E),write(N),write(D),nl,
     write('+'),write(M),write(O),write(R),write(E),nl,
     write(M),write(O),write(N),write(E),write(Y).

Dalsza rozbudowa bazy wiedzy PF, przepisz treść i zadaj pytania podane w LPN.

Źródła

pl/dydaktyka/krr/lab_baza_wiedzy.txt · ostatnio zmienione: 2017/07/17 08:08 (edycja zewnętrzna)
www.chimeric.de Valid CSS Driven by DokuWiki do yourself a favour and use a real browser - get firefox!! Recent changes RSS feed Valid XHTML 1.0