· Произведен ли выстрел
Для этого можно использовать следующий шаблон:
(deftemplate range-test
(field check (type SYMBOL) (default no))
(field fired (type SYMBOL) (default no)) )
Первое правило будет устанавливать в рабочую память программы задачу range-test.
(defrule start
(initial-fact) =>
(assert (range-test)) )
При активизации этого правила в рабочую память будет добавлено (range-test (check no) (fired no))
Следующие три правила будут проверять, правильно ли снаряжен пистолет.
(defrule check
(object (name [PPK]) (safety on) (magazine out)
?T <- (range-test (check no)) =>
(send [PPK] clear)
(modify ?T (check yes) )
Правило check заключается в том, что если пистолет стоит на предохранителе (safety on), обойма вынута (magazine out) и пистолет не был проверен, то нужно очистить патронник и проверить, нет ли в нем патрона. Обработчик сообщения clear для класса pistol будет выглядеть следующим образом:
(defmessage-handler pistol clear ( )
(dynamic-put chamber 0)
(ppinstance) )
В первой строке объявляется, что clear является обработчиком сообщения для класса pistol, причем этот обработчик не требует передачи аргументов. Оператор во второй строке "очищает" патронник. Присвоение выполняется независимо от того, какое текущее значение имеет слот chamber, — 0 или 1 . Оператор в третьей строке требует, чтобы экземпляр распечатал информацию о текущем состоянии своих слотов.
В следующих двух правилах обрабатываются ситуации, когда пистолет снаряжен неправильно, — не установлен на предохранитель или в него вставлена обойма. Правило correctl устанавливает пистолет на предохранитель, а правило correct2 извлекает из него обойму.
(defrule correctl
(object (name [PPK]) (safety off) )
(range-test (check no)) =>
(send [PPK] safety on)
)
(defrule correct2
(object (name [PPK]) (safety on) (magazine in))
(range-test (check no)) =>
(send [PPK] drop) )
Как и при разработке предыдущего правила, нам понадобятся обработчики сообщений safety и drop.
(defmessage-handler pistol safety (?on-off)
(dynamic-put safety ?on-off)
(if (eq ?on-off on)
then (dynamic-put hammer down)
) )
Обработчик сообщения safety принимает единственный аргумент, который может иметь только два символических значения on или off. В противном случае нам пришлось бы разработать два обработчика: один для сообщения saf ety-on, а другой — для сообщения safety-of f . Учтите, что в некоторых моделях, например в Walther PPK, при установке пистолета на предохранитель патронник очищается автоматически.
Обработчик сообщения drop просто извлекает обойму из пистолета.
(defmessage-handler pistol drop ()
(dynamic-put magazine out) )
Теперь, когда обеспечено правильное исходное снаряжение пистолета, можно приступить к стрельбе. Следующее правило обеспечивает вставку обоймы в пистолет перед стрельбой:
(defrule mag-in
(object (name [PPK]) (safety on) (magazine out))
(range-test (fired no) (check yes)) =>
(send [PPK] seat) )
Обработчик сообщения seat выполняет действия, противоположные тем, которые выполняет обработчик drop.
(defmessage-handler pistol seat ()
(dynamic-put magazine in) )
Можно было бы, конечно, включить в программу и следующее правило mag-in:
(defrule mag-in
?gun <- (object (name [PPK]) (safety on)
(magazine out)) (range-test (fired no) (check yes)) =>
(modify ?gun (magazine in) )
но это противоречит одному из принципов объектно-ориентированного программирования, который гласит, что объект должен самостоятельно обрабатывать содержащиеся в нем данные. Следующее правило обеспечивает снаряжение обоймы патронами:
(defrule load
(object (name [PPK]) (magazine in) (chamber 0)) =>
(send [PPK] rack) )
На примере обработчика сообщения rack вы можете убедиться в справедливости нашего замечания о том, что обработку данных внутри объекта нужно поручать методам этого объекта, а не включать прямо в правило.
(defmessage-handler pistol rack ()
(if (> (dynamic-get rounds) 0) then (dynamic-put chamber 1)
(dynamic-put rounds (- (dynamic-get rounds) 1))
(dynamic-put slide forward) else (dynamic-put chamber 0)
(dynamic-put slide back)
В этом обработчике обеспечивается досылка патрона в патронник в том случае, если в обойме имеются патроны. Следующее правило подготавливает пистолет к стрельбе, снимая его с предохранителя. Обратите внимание на то, что в нем повторно используется сообщение safety, но на этот раз с аргументом off.
(defrule ready
(object (name [PPK]) (chamber 1)) =>
(send [PPK] safety off) )
Правило fire выполняет стрельбу.
(defrule fire
(object (name [PPK]) (safety off);
?T <- (range-test (fired no)) =>
(if (eq (send [PPK] fire) TRUE)
then (modify ?T (fired yes))) )
Обратите внимание, что в данном правиле используется обработчик сообщения, которое возвращает значение. Анализируя его, можно выяснить, произведен ли выстрел, т.е. выполнена ли в действительности та операция, которая "закреплена" за этим сообщением. Если в патроннике был патрон и пистолет был снят с предохранителя, то обработчик сообщения вернет значение TRUE (после того, как выведет на экран BANG ! ). В противном случае он вернет FALSE (после того, как выведет на экран click).
(def message-handler pistol fire () (if (and
(eq (dynamic-get chamber) 1) (eq (dynamic-get safety) off)
)
then (printout t crlf "BANG!" t crlf)
TRUE
else (printout t crlf "click" t crlf) FALSE
)
Пусть вас не смущает, что в обработчике сообщения анализируется условие, которое уже было проанализировано правилом, отославшим сообщение (в данном случае речь идет об условии safety off). Дело в том, что одно и то же сообщение может отсылаться разными правилами и нет никакой гарантии, что в каждом из них будет проверяться это условие.
После завершения стрельбы пистолет нужно вновь вернуть в положение "по-походному". Начинается это с того, что пистолет устанавливается на предохранитель, для чего используется ранее разработанный обработчик сообщения safety.
(defrule unready
(object (name [PPK]) (safety off))
(range-test (fired yes)) =>
(send [PPK] safety on) )
Следующая операция — вынуть обойму. Обратите внимание, что в нем мы вновь обращается к обработчику сообщения drop.
(defrule drop
(object (name [PPK]) (safety on))
(range-test (fired yes)) =>
(send [PPK] drop) )
Последнее правило выбрасывает патрон из патронника, вызывая обработчик сообщения clear.
(defrule unload
(object (name [PPK]) (safety on) (magazine out))
(range-test (fired yes)) =>
(send [PPK] clear) )
В этом примере было продемонстрировано, как в рамках единой CLIPS программы "уживаются" правила и объекты. Правила управляют ходом вычислений, но некоторые операции объекты выполняют и самостоятельно, получив "указание" (сообщение) от правил. Объекты не являются резидентами рабочей памяти, но члены левой части правил (условий) могут быть сопоставлены с содержимым их слотов. Состояние объектов может измениться и вследствие побочных эффектов активизации правил, но я считаю, что лучше предоставить объектам возможность самостоятельно выполнять манипуляции с хранящимися в них данными в ответ на поступающие от правил сообщения. Объекты не могут самостоятельно активизировать правила, но их обработчики сообщения могут возвращать определенную информацию о результатах, которая используется для управления логикой выполнения действий в правой части правил
А.4. Задача "Правдолюбцы и лжецы"
Для того чтобы продемонстрировать вам возможности языка CLIPS, я выбрал головоломку, а не задачу из практики применения экспертных систем. В головоломке решается одна из задач, возникающих на острове, населенном обитателями двух категорий: одни всегда говорят правду (назовем их правдолюбцами), а другие всегда лгут (их, естественно, назовем лжецами). Множество подобных головоломок вы можете встретить на страницах занимательной книги Раймонда Смуляна (Raymond Smullyan) What is the Name of this Book?. Ниже приведены разные задачи из этой серии.
Р1. Встречаются два человека, А и В, один из который правдолюбец, а другой — лжец. А говорит: "Либо я лжец, либо В правдолюбец". Кто из этих двоих правдолюбец, а кто лжец?
Р2. Встречаются три человека, А, В и С. А и говорит: "Все мы лжецы", а В отвечает: "Только один из нас правдолюбец". Кто из этих троих правдолюбец, а кто лжец?
РЗ. Встречаются три человека, А, В и С. Четвертый, проходя мимо, спрашивает А: "Сколько правдолюбцев среди вас?" А отвечает неопределенно, а В отвечает: "А сказал, что среди нас есть один правдолюбец". Тут в разговор вступает С и добавляет: "В врет!" Кем, по-вашему, являются В и С?
В программе, решающей проблемы подобного класса, будут использованы широкие возможности средств программирования правил в языке CLIPS и продемонстрированы некоторые интересные приемы, например использование контекстов и обратного прослеживания. Мы также покажем, как конструировать и тестировать прототипы, которые приблизительно воспроизводят поведение окончательной программы. Как отмечалось в основном материале книги, технология построения экспертных систем с использованием прототипов — одна из самых распространенных в настоящее время.
А.4.1. Анализ проблемы
Первым этапом любого программного проекта является анализ решаемой проблемы. Эксперт должен уметь решить проблему, а инженер по знаниям должен разобраться, как именно было получено решение. При решении нашей задачи вам придется выступить в обеих ипостасях.
Предложенные головоломки можно решить, систематически анализируя, что случится, если персонаж, произносящий реплику, является правдолюбцем, а что, если он — лжец. Обозначим через Т(А) факт, что А говорит правду и, следовательно, является правдолюбцем, а через F(A) — факт, что А лжет и, следовательно, является лжецом.
Рассмотрим сначала головоломку Р1. Предположим, что А говорит правду. Тогда из его реплики следует, что либо А лжец, либо В правдолюбец. Формально это можно представить в следующем виде:
Т(А) => F(A) v T(B)
Поскольку А не может быть одновременно и лжецом и правдолюбцем, то отсюда следует
T(A)=> Т(В). Аналогично можно записать и другой вариант. Предположим, что А лжет:
F(A) => -{F(A) v T(B)).
Упростим это выражение:
F(A) => -F(A) ^ -T(B) или F(A) => Т(А) ^ F(B).
Сравнивая оба варианта, нетрудно прийти к выводу, что только последний правильный, поскольку в первом варианте мы пришли к выводу, противоречащему условиям (не могут быть правдолюбцами одновременно А и В).
Таким образом, рассматриваемая проблема относится к типу таких, решение которых находится в результате анализа выводов, следующих из определенных предположений, и поиска в них противоречий (или отсутствия таковых). Мы предполагаем, что определенный персонаж говорит правду, а затем смотрим, можно ли в этом случае так распределить "роли" остальных персонажей, что не будут нарушены условия, сформулированные в репликах. На жаргоне, принятом в математической логике, предположение о правдивости или лживости множества высказываний называется интерпретацией, а вариант непротиворечивого присвоения значений истинности элементам множества — моделью.
Однако наши головоломки включают и нечто, выходящее за рамки типовых проблем математической логики, поскольку реплики в них может произносить не один персонаж (как в головоломке Р2), а на реплику одного персонажа может последовать ответная реплика другого (как в головоломке РЗ). В исходной версии программы, которую мы рассмотрим ниже, это усложнение отсутствует, но в окончательной оно должно быть учтено. Мы покажем, что постепенное усложнение программы довольно хорошо согласуется с использованием правил.
На практике оказывается, что в первой версии программы удобнее всего воспользоваться "вырожденным" вариантом проблемы, т.е. постараться решить ее в тривиальном виде, который, тем не менее, несет в себе многие особенности реального случая. Вот как это выглядит в отношении наших правдолюбцев и лжецов.
Р0. А заявляет: "Я лжец". Кто же в действительности А — лжец или правдолюбец?
Мы только что фактически процитировали хорошо известный Парадокс Лгуна. Если А лжец, то, значит, он врет, т.е. в действительности он правдолюбец. Но тогда мы приходим к противоречию. Если же А правдолюбец, т.е. говорит правду, то в действительности он лжец, а это опять противоречие. Таким образом, в этой головоломке не существует непротиворечивого варианта "распределения ролей", т.е. не существует модели в том смысле, который придается ей в математической логике.
Есть много достоинств в выборе для прототипа программы варианта головоломки Р0.
