Последовательность выполнения работы

Рис. 1

Все 7 предложений объявляют об факте – наличие отношения «Родитель».

После ввода такой программы в пролог-систему, ей можно задавать вопросы (цели). Например, является ли bob родителем pat?

Goel: parent(bob, pat)

Данный факт будет найден в программе и система ответит «Yes».

Можно задать и более интересные вопросы. Например, кто является родителем kate?

Goel: parent(X,kate)

Пролог-система найдет факт, в котором kate находится на месте второго аргумента и присвоит X значение первого аргумента: Х=tom.

Кто дети bob?

Goel: parent(bob, X)

На этот вопрос система найдет два ответа (2 решения достижения цели): X=pat X=tom

Зададим более общий вопрос: Кто чей родитель?

Goel: parent(X,Y)

Система будет находить все пары родитель-ребенок:

X=bob Y=tom

X=bob Y=pat

X=ann Y=tom

X=ann Y=pat

X=pat Y=olga

X=pat Y=jon

X=tom Y=kate

Можно задать и более сложный вопрос: Кто является родителем родителя jon?

Достигать цель будем в два этапа, поскольку в нашем примере существует факт «Родитель», а по заданию необходимо определить отношение «родитель родителя».

Во-первых, определим, кто родитель jon. Пусть это Y.

Во-вторых, определим, кто родитель Y. Пусть это Х.

Такой вопрос задается на Prolog в виде последовательности двух простых предложений скрепленных конъюнкцией (логическое «И»).

Goel: Parent(Y,jon), parent(X,Y).

Здесь «,» — знак конъюнкции, показывающий обязательное наличие истинности в двух вопросах. Если поменять порядок этих двух предложений, то логический смысл останется прежним.

Спросим, кто внуки bob?

Goel: parent(bob,X), (X,Y).

Получим ответ:

X=pat Y=olga

X=pat Y=jon

X=tom Y=kate

Спросим, есть ли у pat и tom общий родитель?

Очевидно, что вопрос должен состоять из двух этапов: во-первых, спросим, какой Х является родителем pat? Во-вторых, является ли тот же X родителем tom?

Goel: parent(X,pat),(X,jon)

X=bob

X=ann

Подведем некоторые итоги по пройденному на данный момент материалу.

Резюме:

1. На прологе легко определить отношение, указав объекты, для которых это отношение выполняется.

2. пользователь может задавать вопросы к программе, касающиеся отношений, определенных в программе.

3. пролог-программа состоит из предложений, каждое предложение заканчивается «.»

4. аргументы отношения могут быть конкретными объектами, как в нашем примере ann, jon, tom и т.д. – это константы или абстрактными объектами, такие как Х или Y – это переменные. Константы надо писать с маленькой буквы, а переменные с заглавной.

5. вопрос к программе называется целью. Вопросы могут состоять из одной или более целей, которые разделяются «,» — конъюнкцией. Пролог рассматривает вопросы, как цели к которым нужно стремиться.

6. ответ на вопрос может оказаться положительным или отрицательным в зависимости от того, может ли цель быть достигнута или нет. В случае положительного ответа – цель достижима или успешна, при отрицательном ответе – недостижима или имеет неуспех.

7. если на вопрос существует несколько ответов, Пролог найдет все.

Из дерева родственных отношений, представленного на рисунке 1 очевиден еще один факт – это пол людей, участвующих в отношении «Родитель».

Для разнообразия введем в программу унарное (одноместное) отношение. Отношение «Родитель», введенное выше – бинарное — отношение между двумя объектами.

Male(bob).

Male(tom).

Male(jon).

Female(ann).

Female(pat).

Female(olga).

Female(kate).

Более никаких фактов (исходных данных) из представленного рисунка 1 взять не возможно.

Далее будем расширять программу с помощью правил, то есть таких предложений, результат выполнения которых зависит от того, выполняется условие или нет, в то время как факт не зависит от условия, а является всегда безусловной истиной.

Из сказанного следует, что правило имеет условную часть – тело предложения и часть вывода – голову предложения.

Введем отношение «ребенок», которое обратно отношению «родитель». Чтобы правильно записать правило, необходимо сначала правильно его сформулировать: предложение-правило должно начинаться с условной части «ЕСЛИ» и завершаться выводом «ТО». Сформулируем правило «ребенок»:

Для всех X и Y, ЕСЛИ Х является родителем Y, ТО Y является ребенком Х.

На прологе запишется это так:

Child(Y,X):-parent(X,Y).

Здесь «:-» — обозначение условия ЕСЛИ

Введем отношение «мать». Сформулируем: Для всех X и Y ЕСЛИ Х является родителем Y и Ч – женщина, ТО Х является матерью Y.

Знак «,» указывает, что оба условия должны быть истинными.

Введем отношение «сестра». Сформулируем: Для любого X и Y ЕСЛИ у X и Y есть общий родитель и Х – женщина, то Х является сестрой Y.

Подведем итоги:

1. Пролог-программу можно расширять, добавляя в нее правила.

2. Пролог предложения могут быть трех видов: факты, правила, цели.

3. Факты содержат утверждения, которые являются всегда безусловно верными.

4. правила содержат утверждения, истинность которых зависит от истинности условий

5. Предложения Пролога состоят из головы и тела. Тело – список целей, разделенных «,» — конъюнкция или «;» — дизъюнкция.

6. Факты – это предложения, имеющие пустое тело. Цели (вопросы) имеют только тело. Правила имеют голову и непустое тело.

7. По ходу вычислений вместо переменной может быть подставлен другой объект. Говорится, что переменная конкретизируется.

Последовательность выполнения работы

1. По дереву родственных отношений, указанному в варианте задания выпишите факты

2. Написать правила, которые указаны в варианте задания.

3. Протестировать программу, проверить все правила.

Варианты задания для выполнения лабораторной работы

Вариант 1

Вариант 2

Вариант 3

Вариант 4

Вариант 5

Содержание отчета по лабораторной работе

1. Дерево родственных отношений

2. Листинг программы

3. Результаты проверки правил.

Лабораторная работа №2

Экспертные системы

Цель работы: познакомиться с архитектурой экспертных систем. Разработать простейшую экспертную систему, позволяющую консультировать или выдавать рекомендации ее пользователям.

Теоретические сведения

Пока уже не одно десятилетие продолжаются дебаты на тему: может ли машина мыслить, на рынке появилось множество интеллектуальных программных систем, в первую очередь в виде экспертных систем (ЭС), автоматизирующих процесс принятия решений и играющих все возрастающую роль в деятельности многих компаний, а также в тех областях, которые имеют непосредственное отношение к вопросам принятия решений в сложных или экстремальных ситуациях.

Знание-ориентированные компьютерные системы даже перед профессионалом имеют существенные преимущества при необходимости получить заключение по решению задачи из предметной области, на которую они ориентированы, а именно: они делают обоснованные выводы в рамках имеющихся у них знаний и стратегий вывода; обладают высоким уровнем объективности; используя систематический подход, нередко предлагают оптимальные решения; обладая большой БЗ, дают возможность получать правильные решения даже мало квалифицированным в предметной области пользователям; обладают достаточно высокой устойчивостью к влиянию информации, не относящейся к поддерживаемой ими предметной области и т.д.

Рассмотрим пример создания экспертной системы.

Будем считать, что факты и правила для ЭС разработаны экспертом соответствующей предметной области. Они хранятся в компьютере в специально организованной области памяти, называемойбазой знаний. Информация, которая предъявляется системе для анализа сочетания фактов в данный момент, хранится в компьютере в специально организованной области памяти, называемойбазой данных(БД).

Рассмотрим пример создания ЭС для аттестации знаний студентов по дисциплине «Базы данных».

Дана исходная база знаний, которая определяет весовые коэффициенты той или иной темы раздела (табл. 2.1).

Таблица 2.1

По общей набранной сумме баллов решается, может ли студент быть аттестован или нет. Если сумма весовых факторов (ВФ) составляет менее 130, то принимается решение: «Не аттестован по дисциплине БД». Если ВФ более 130, но менее 160 и сумма баллов по разделу 1 менее 30, то принимается решение: «Условно аттестован с доработкой темы 1», при том же ВФ и сумме баллов по разделу 2 менее 40 принимается решение: «Условно аттестован с доработкой темы 2» и при том же ВФ и сумме баллов по разделу 3 менее 50 принимается решение: «Условно аттестован с доработкой темы 3». Если сумма ВФ составляет более 140 баллов, принять решение «Аттестован по дисциплине БД». Обычно при проектировании ЭС предварительно составляется алгоритм принятия решения, который называют деревом решения.

По имеющейся базе знаний, составленной экспертом, необходимо составить базу данных, в которую заносятся данные пользователя, желающего получить рекомендации от экспертной системы по своей ситуации.

Построимбазу данных (табл. 2.2) согласнобазе знаний. Для этого сформулируем тестовые вопросы по фактам, приведенным в задании. Например, для факта Знает понятия БД сформируем вопрос Знает понятия БД? и т.д. В базе данных предусмотрим поле (столбец) для ввода ответов. Если ответ на вопрос положительный (да), то весовой фактор соответствующего атрибута сохраняется. Если ответ отрицательный (нет), весовой фактор берется равным нулю.

Предположим, для конкретного студента получили такой вариант заполнения БД (табл. 2.2).

Таблица 2.2

Для тестового варианта заполнения БД подсчитаем сумму баллов (общих весовых факторов — ВФ), которые набрали все характеристики:

aВФ=5+10+12+25+20+10+10+20+20+10+10+20+20+12+12=216

Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод, что для данного варианта ответов (табл.1) суммарный весовой фактор равен 155, что соответствует принятию решения «Аттестован по разделу БД»

Разрабатываемая ЭС должна использоваться многократно для анализа различных вариантов и предусматривать возможность многократного обновления БД.

Составим дерево решения для нашего примера. Дерево решения, как и всякое дерево, имеет свои вершины и ветви. Вершины обозначаются окружностями или эллипсами (проверка условий) и прямоугольниками (факты и утверждения). Ветви соединяют вершины и указывают направление пути решения. Обычное направление — сверху вниз.

Пусть БД табл.2.1 заполнена ответами. Проведены расчеты общих весовых факторов. Теперь нужно проанализировать их значения и найти сумму. Дерево решения приведено на рисунке 2.

Рисунок 2 — Дерево решений

На каждом уровне решения сравниваются значения суммарного ВФ и его ограничение для данного решения. Из вершины проверки условия выходят две ветви: «да» и «нет». Переход по ветви «да» происходит, если условие, записанное в вершине, выполняется, и по ветви «нет» — в противном случае.

Проанализируем случай, когда условие aВФ

ЭС реализуем в электронной таблице (ЭТ). ЭТ, реализующая систему принятия решения для рассматриваемого примера, приведена в режиме вычислений и в режиме показа формул.

Для ее реализации необходимо выполнить следующие действия:

— создать базу знаний;

— создать базу данных;

— обработать ответы;

— вычислить общие весовые факторы;

— вычислить максимальный общий весовой фактор;

— принять решение.

Рассмотрим эти этапы более подробно.

Создание базы знаний.

В строку 1 (ячейки А1:H1) вносим заголовок: «Система принятия решения для аттестации студента по разделу «Базы данных» курса «Информатика», в строку 3 (ячейки А3:Н3) – заголовок «База знаний», в строку 4 (ячейки А4:Н4) внесем заголовок первой темы «Тема «Базы данных». В строке 5 под этими же ячейками (исключение ячейка А) перечислим вопросы, относящиеся к данной теме, а в строке 6 этих же ячеек внесем их оценки (соответственно 5,10,12,25,15).

В строку 7 (ячейки А7:Н7) внесем наименование второй темы «СУБД FoxPro» и в строке 8 под этими же ячейками (кроме А) перечислим вопросы этого раздела. В ячейки под вопросами в строке 9 внесем их оценки (соответственно 20,10,10,20,20).

В строку 10 (ячейки А10:Н10) внесем наименование третей темы «СУБД ACCESS» и в строке 11 под этими же ячейками (кроме А) запишем вопросы по теме. В эти же ячейки строки 12 внесем ее оценки (соответственно 20,10,10,20,20,12,12).

Создание базы данных.

В строку 14 введем заголовок: «База данных».

В строку 15 введем подсказку, как следует отвечать на вопросы: «Если отвечаете «Да» – ввод 1, иначе ввод 0».

В ячейки А17:Н24 запишем вопросы, например такие: ячейка В17 –

В ячейку С17 – и т.д., пока не запишем все вопросы в соответствующие ячейки.

На этом подготовка к заполнению БД завершена.

Обработка ответов.

Введем в строку 26 комментарий: «Обработка ответов». Обработка ответов заключается в определении весового фактора факта в зависимости от ответа: при ответе «Да» (т.е. при вводе в соответствующую ячейку ответа числа 1) весовой фактор должен быть тем же, что и в базе знаний. Если же был дан ответ «Нет» (т.е. в соответствующей ячейке число 0), весовой фактор должен быть равным нулю.

Для получения такого результата удобно перемножить весовой фактор из базы знаний на значение соответствующей ячейки ответа. Например, весовой фактор атрибута «умеет спроектировать БД в СУБД ACCESS» находится в ячейке В12 и равен 10. Ответ на вопрос «Студент умеет спроектировать БД в СУБД ACCESS?» будет введен в ячейку В24. Если перемножить значения ячеек В12 и В24, то при ответе «Да» (т.е. наличии 1 в В24) результат перемножения будет равен 10. Если ответ «Нет» (т.е. в В24 число 0), результат равен 0. Поэтому запишем в ячейку B29 формулу =В12*В24. Скопируем эту формулу в ячейки B27,B28, а потом еще в ячейки C27:H29 (пользуясь режимом автозаполнения).

Вычисление суммарного весового фактора.

Введем в ячейку I26 заголовок: «Сумма по атрибуту». Для вычисления суммарного весового фактора в строки 27-29 эту же ячейку занесем формулы для вычисления весовых факторов по каждой теме. Так для весового фактора по теме 1 формула будет выглядеть так: =СУММ(B27: H27), для весового фактора по теме2 — =СУММ(B28: H28) и по теме 3 – СУММ(B29: H29).

Для суммарного весового фактора нужно просуммировать весовые факторы, полученные в результате обработки ответов, и находящиеся в ячейках I27:I29. Введем в ячейку I30 формулу =СУММ(I27:I29).

Принятие решения.

Чтобы принять решение, нужно провести сравнение общего весового фактора c ограничением по данному решению. Например, если значение суммарного ВФ (ячейка I30) меньше 130, то принимаем решение «не аттестован по разделу БД». Воспользуемся для этого оператором ЕСЛИ. В общем случае он имеет вид: =ЕСЛИ(условие; выражение 1; выражение 2).

Оператор ЕСЛИ работает следующим образом: проверяется записанное условие. Если условие выполняется, то в ту ячейку, где находится оператор ЕСЛИ, записывается выражение 1. Если условие не выполняется — выражение 2.

Запишем в ячейку А33 формулу

=ЕСЛИ(I30160;Аттестован по разделу БД;ЕСЛИ(I27

Система принятия решения с заполненной базой знаний и с одним из вариантов заполнения базы данных с выдачей соответствующего решения представлены рис. 3,а, 3,б и 3,в соответственно.

Рис. 3,a

Рис. 3,б

Рис. 3,в

Экспертная система в режиме формул представлен на рис. 4, где видно, какие формулы были использованы

Рис. 4

Поскольку пользователю нет необходимости знать оценки (весовые факторы) эксперта, и как обрабатываются ответы, то не нужные для него строки можно скрыть и тогда получим экспертную систему в режиме пользователя рис. 5.

Рис. 5

Варианты к лабораторной работе

Вариант 1

В таблице 2.3 приведены характеристики и их весовые факторы, расставленные экспертом. Пользователи экспертной системы в зависимости от имеющихся у них ресурсов хотят получить совет по выпуску продукции.

Требуется разработать экспертную систему по автоматизации принятия решений. Приведенные правила помогут для сформировать дерево решений.

Таблица 2.3

Вариант 2

В таблице 2.4 приведены характеристики и их весовые факторы, расставленные экспертом. Пользователи экспертной системы в зависимости от имеющихся у них неполадок хотят получить совет по причине неисправности своего телевизора.

Требуется разработать экспертную систему по автоматизации принятия решений. Правила вывода зависят от суммарного весового фактора по каждому атрибуту и позволяют сформировать дерево решений.

Таблиц 2.4

Вариант 3

Разные клиенты обращаются в компанию Х за услугой доступа к определенному виду трафика. Менеджер компании задает вопросы (условия) о наличии у клиента необходимых ресурсов (например, оптоволокно, кабельный модем, ТФ-модем, медные провода, коаксиальный кабель, антенна, микрофон и т.д.). На поставленные вопросы клиент отвечает либо есть (TRUE), либо нет (FALSE). В зависимости от получаемых ответов менеджер принимает решение о том, сможет ли клиент воспользоваться услугой или нет. Необходимо автоматизировать систему принятия решений в помощь менеджеру.

Вариант 4

Сеть связи предприятия имеет одну из следующих видов топологий:

— Звезда

— Шина

— Кольцо

— Ячеистая

— Древовидная

Каждая из топологий отличается от остальных по нескольким характеристикам:

— Отношение к глобальной сети или локальной сети

— Наличие или отсутствие разделяемого ресурса

— Методом доступа к разделяемому ресурсу.

Каждой характеристике топологии сети задайте числовой коэффициент таким образом, чтобы сумма коэффициентов для каждой топологии была уникальной. Это позволит Вам разработать программу в EXCEL для автоматического принятия решения.

Вариант 5

Некая компания-провайдер, назовем ее X, предлагает услуги доступа к разным видам трафика. Однако каждый вид трафика требует некоторое сочетание ресурсов, которое должен иметь абонент, чтобы воспользоваться предлагаемым сервисом. Виды трафика и требуемое качество его обслуживания приведены в таблице 2.5

Таблица 2.5

Разработайте систему поддержки принятия решений по рекомендации вида трафика, на который может рассчитывать клиент в зависимости от имеющихся у него возможностей.

Содержание отчета по лабораторной работе

1. Задание по варианту

2. Дерево принятия решений

3. Базу данных, заполненную одним из пользователей экспертной системы

4. Базу знаний

5. Правила, формирующие принятие решений

6. Экспертную систему в режиме формул – с показом формул, которые были использованы при разработке экспертной системы

7. Экспертную систему в режиме пользователя, которая должна содержать только вопросы для пользователя и рекомендуемое решение. Вся остальная информация, связанная с анализом ответов, вычислениями и т.п. должна быть скрыта

Лабораторная работа №3

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАБОТ ПРИ РЕМОНТЕ КВАРТИРЫ

Похожие статьи.

• Ход выполнения практической работы

• Время выполнения работы 1 час 15 минут

• Инструкция по выполнению работы

• Программа выполнения работ по проекту.