Kunstig intelligens (MNFIT-272) - høst 1999. Forelesning 7 Emner: AI språk - Egenskaper generelt - Prolog - Lisp Usikkerhetsbehandling - Statistisk-orienterte.

Presentasjon om: "Kunstig intelligens (MNFIT-272) - høst 1999. Forelesning 7 Emner: AI språk - Egenskaper generelt - Prolog - Lisp Usikkerhetsbehandling - Statistisk-orienterte."— Utskrift av presentasjonen:

1 Kunstig intelligens (MNFIT-272) - høst 1999. Forelesning 7 Emner: AI språk - Egenskaper generelt - Prolog - Lisp Usikkerhetsbehandling - Statistisk-orienterte metoder - Kunnskapsbaserte metoder

2 AI språk Spesielt utviklet for å kunne behandle symbolstrukturer. Et AI språk er utviklet for ett bestemt beskrivelsesnivå. ◊Kunnskapsnivå-språk støtter analyse og modellering på et konseptuelt - og intensjonelt - nivå. Ofte endel av et system eller en metodologi for kunnskapsakkvisisjon i generell forstand. Eksempler spenner fra grafiske editorer, der visualisering er sentralt, til formelle språk der sjekking av konsistens etc. er sentralt.

3 ◊Symbolnivå-språk støtter programmering og implementasjon. En kan skille mellom to typer språk: - Generelle programmeringsspråk (Lisp, Prolog, Smalltalk, C++, C, Pascal, Fortran,...) - Spesielle høynivå-språk og KBS-skall (KEE, ART, Nexpert Object, CLIPS, KappaPC,...)

4

5 1. Støtte til symbolbehandling Symbolbehandling innebærer evne til å representere, generere, og operere på symbolske uttrykk og strukturer av slike. Mønster-gjenkjenning (pattern matching) er sentralt - matching av beskrivelser og tilstander i søkerommet, hel eller delvis match. Liste-behandling er sentralt - lister er egnet til lagring av symbolstrukturer, uansett kompleksitet

6 2. Fleksibilitet Lett modifiserbare symbol-representasjoner Data-drevet kontroll av eksekveringen Bruker-spesifisert programkontroll

7

8 4. Sen binding av variable Manipulering av variable uten å ha angitt verdi eller verdi-type. Gradvis tilordning av typer og verdier til variable. Verdier eller typer angis til å begynne med som beskrankninger (constraints), som så influerer på verdiene til relaterte variable, osv. (constraint propagation).

9 5. Veldefinert språk-semantikk Enkel, klart forståelig språk-semantikk er en fordel. Eksempler er 'Horn clause' logikk (Prolog), og rekursiv funksjonsteori (Lisp). Pascal og Fortran, f.eks. har mer kompleks og uoversiktig semantikk. Siden AI programmer ofte utfører en kompleks behandling, er det dessto viktigere at program- meringsspråket er enkelt bydg opp, og benyttes på en mest mulig klar og oversiktlig måte.

10 PROLOG Basis: Matematisk logikk, 1. ordens predikatlogikk Et Prolog program er et sett av fakta-uttrykk og implikasjoner: father(haakon,olav). male(olav). son(X,Y) :- father(Y,X), male(X). En eksekvering av et Prolog program er en logisk deduksjon utifra et startbegrep (goal): son(olav,X).

11 Deduksjon i et Prolog-program er basert på 'resolusjons'-algoritmen for teorembevis. Det fins også andre deduktive bevis-algoritmer. Mange som arbeider med logikk-programmering utfra andre bevis-algortimer enn 'resolusjon', benytter Lisp som programmeringsspråk. Prolog er et deklarativt språk Satt på spissen: "make declarations, not programs"

12 LISP Basis: Matematisk teori for rekursive funksjoner, lambda-kalkyle. Et Lisp program er et sett av funksjonsdefinisjoner og funksjonskall. En funksjonsdefinisjon består av et sett funksjonskall til andre definerte funksjoner, rekursivt: (push '(haakon olav) fathers) (push 'olav males) (defun is-father-of? (person-1 person-2) (equal person-2 (second (assoc person-1 fathers)))) (defun is-son-of? (person-1 person-2) (and (member person-1 males) (is-father-of? person-2 person-1))) (defun son-of (person) (second (assoc person fathers)))

13 En eksekvering av et Lisp program er kall av en funksjon, hvis argumenter kan være kall til andre funksjoner, etc., rekursivt: (is-son-of? (son-of 'haakon) (father-of (son-of 'haakon))) Lisp er et funksjonelt språk Satt på spissen: "make functions, not assignments"

14 LISP - basiselementer: s-expression atom list symbol number En liste er en sekvens av atomer og/eller andre lister adskilt av blanke tegn og innesluttet i parentes. Lister kan være nøstet i et uspesifisert antall nivåer

15 Funksjonsdefinisjoner, dvs. programmer, såvel som datastrukturer er lister. -Programmer og data er av samme type, dvs. programmer kan tolkes som data og omvendt. Datatyper tilordnesverdier, ikke variable Den tomme listen, dvs. () eller NIL har en spesiell rolle. Benytter dynamisk plass-allokering. "Garbarge collection" frigjør tidligere okkupert plass.

16

17

18 Side-effekter, Bindinger (funk-1 (funk-2 (funk-3 (funk-4...)...)...)...) En funksjon som utføres returnerer en verdi. Verdien gis tilbake til den kallende funksjonen, som igjen returnerer en verdi som gis tilbake til denne funksjonens kallende funksjon, osv. opp til topp-nivået i funksjonskall-kjeden. Mange Lisp funksjoner har i tilleggside-effekter, dvs. at det skjer ting når en funksjon utføres som ikke fanges opp av retur-verdien. Eksempler: (setq a 'b); returnerer:b ; side-effekt:symbolet a bindes til ;symbolet b

19 (defun a (n) (+ n 1)); returnerer symbolet a ; side-effekt: binder funksjons- ; definisjonen til a Funksjonene over benyttes kun pga. sine side-effekter. (let ((a 'b) (c 2)) (list a c)) ; returnerer listen (b 2) ; side-effekt: ingen let benyttes for å definere lokale variable inni en funksjon, og å gi dem initielle verdier setqbenyttes for å definere globale variable, og for å endre verdien til variable innen enlet blokk

20 Rekursjon og Lisp Et rekursivt program er et program som kaller seg selv. En rekursiv funksjon er en funksjon som er definert ved seg selv. Rekursive definisjoner er problemfrie såsant det fins et 'uthopp' fra rekursjonen, dvs. et test-kriterium som fører til at rekursjonsprosessen terminerer. Lisp's listebehandlings-egenskaper gjør rekursjon til en relativt enkel og naturlig programmerings- mekanisme for symbolbehandling.

21 Prinsippet forrekursiv listebehandling er: ◊Funksjonen kalles med den aktuelle listen som ett av argumentene. ◊Det sjekkes om terminerings-kriteriet er oppfylt. ◊Funksjonen utføres ved å kombinere en operasjon på første element i argument-listen med et kall til funksjonen (seg selv) utført på de resterende elementer i listen.

22 Rekursjon Eksempel 1 For å utføre en operasjon på hvert element i en liste: 1.Hvis listen er tom, stopp. 2.Utfør operasjonen på første element i listen, og kall funksjonen med resten av listen som argument. ;;; Funksjon for å finne antall elementer i en liste (defun count-elements (liste) (cond ((null liste) 0) (t (+ 1 (count-elements (cdr liste)))))) Eksempel 2 For å utføre en operasjon på hvert element inntil en test slår til: 1.Hvis listen er tom, stopp og returner at test mislyktes. 2.Hvis testen slår til, stopp og returner aktuelt resultat, hvis ikke, kall funksjonen med resten av listen som argument. ;;; Funksjon for å sjekke om et gitt element er medlem av en liste: (defun my-member (element liste) (cond ((null liste) nil) ((equal element (car liste)) t) (t (my-member element (cdr liste)))))

23 Rekursjon En funksjon kan kalle seg selv rekursivt flere steder i funksjonskroppen. Eksempel 3 ;;; Funksjon for å fjerne negative tall i en liste. Det rekursive ;;; kallet utføres både hvis testen slår til, og hvis den ikke gjør ;;; det: (defun filter-negatives (liste) (cond ((null liste) nil) ((plusp (car liste)) (cons (car liste) (filter-negatives (cdr liste)))) (t (filter-negatives (cdr liste))))) Numeriske funksjoner Det er ikke bare for listebehandling at rekursive definisjoner er velegnet: ;;; Funksjon for å beregne fakultet av et tall, ;;; n! = 1*2*3*4*5*.....*(n-1)*n (defun fac (n) (cond ((= n 0) 1) (t (* n (fac (- n 1))))))

24

25

26 Høyere ordens Lisp-funksjoner Tar andre Lisp-funksjoner som argument Eksempel 1 ;;; Generell filter-funksjon [ikke standard Lisp funksjon] (defun filter (liste test-funksjon) (cond ((null liste) nil) ((funcall test-funksjon (car liste)) (cons (car liste) (filter (cdr liste) test-funksjon))) (t (filter (cdr liste) test-funksjon)))) Eksempel 2 Mapping-funksjonen mapcar Iterativ funksjon for repeterende anvendelse av en funksjon på hvert element i en liste. > (mapcar #'count-atoms '((a b) (c (((d) e)) f ((g))) h)) (2 5 1) (defun square-root-elements (liste) (mapcar #'sqrt liste)) > (square-root-elements '(2 3 4 5 6)) (1.414213 1.732050 2 2.236067 2.449489)

27