Упражнения

1. В состав документации, которая прилагается к большинству приборов и технических изделий, как правило, входят и руководства по поиску неисправностей. При отсутствии эксперта такие руководства можно с успехом использовать в качестве учебного материала для выполнения упражнений по извлечению знаний.

Например, руководство к пистолету "Кольт .45" включает шесть страниц советов, большинство из которых представлено в форме подобных таблиц.

Для того чтобы разобраться в такой таблице, требуется обладать некоторыми знаниями о принципах работы описываемого устройства. В частности, нужно иметь представление о том, что

• искривленный боек часто застревает в направляющей канавке, что приводит к осечке; такой боек нужно заменить;
  
• возвратная пружина, которая зажимается внутри канавки, вероятнее всего, погнута; предотвратить такую поломку поможет замена стандартного короткого направляющего стержня полноразмерным;
  
• неправильный угол установки экстрактора приводит к тому, что он выбрасывает гильзы обратно на стреляющего, а не вправо; эту неисправность можно устранить подгонкой и шлифовкой дна экстрактора.
  

Применение онтологического анализа позволяет систематизировать такое ознакомление. Самый верный путь к неудаче — приступить к записи диагностических правил до того, как будет понятен принцип работы устройства.

I) Выберите ту предметную область, которая вам более всего знакома, и разработайте для нее примерную онтологию в терминах:

• ключевые сущности и отношения, такие как компоненты и отношения часть-целое;
  
• предикаты предметной области, такие как неустойчивые, прямые, связывающие;
  
• операции в предметной области, такие как замена, очистка, установка и т.п. II) Продолжите анализ предметной области и рассмотрите следующие вопросы:
  
• насколько детальным должен быть анализ отношений часть-целое;
  
• какие предикаты предметной области должны быть использованы для разбиения на части пространства признаков неисправностей;
  
• какие логические отношения существуют между операциями в предметной области, например подобие между заменой и установкой (одна операция включает другую в качестве составляющей).
  

2. Реализуйте на языке CLIPS простую систему, основанную на правилах, которая будет выполнять функции консультанта по поиску неисправностей в устройствах из предметной области, выбранной вами при выполнении предыдущего упражнения. Используйте в качестве прототипа приведенную ниже программу.

;; #################################

;; # Поиск неисправностей в револьвере

;; # Smith & Wesson

;; #################################

;; Класс REVOLVER, определение компонентов (defclass revolver

(is-a INITIAL_OBJECT)

(slot barrel Jcreate-accessor read-write))

(slot barrel-pin

(create-accessor read-write))

(slot cyl-stop

(create-accessor read-write))

(slot cyl (create-accessor read-write))

(slot handspring

(create-accessor read-write))

)

;; Экземпляр класса REVOLVER.

;; Предназначен для тестирования программы,

(definstance guns (Ml9 of revolver

(barrel 4499)

(barrel-pin 4499)

(cyl-stop 4499)

(cyl 4499)

(handspring 5022)) )

;; МЕТОД . Получение номера детали револьвера

(def mas sage-handler revolver part-no (?part)

(dynamic-get ?part))

;; ПОЛЕЗНЫЕ ФУНКЦИИ

;; Приглашение пользователю ввести данные

(deffunction prompt ()

(printout t crlf "USER> "))

;; Распечатка списка деталей.

;; Замечание: приведенный список правил касается

;; только неисправностей со стволом (barrel),

(deffunction parts-list () (printout t crlf

"barrel cylinder ejector trigger hammer

firing-pin cylinder-stop

cylinder-hand yoke

frame sideplate rear-sight front-sight" crlf))

;; Выбор из списка.

(deffunction choose-list ()

(printout t crlf "Please choose from the following list: "

crlf))

;; Правила, которые относятся только к

;; револьверам модели 19.

(deffunction kind-list ()

(printout t crlf "M10 M12 M13 M14 M15 M16 M17 M18 M19 "

crlf) )

;; ШАБЛОНЫ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ

;; Формулировка проблемы включает узлы (part),

;; симптомы (symptom), возможно, детали (subpart),

;; входящие в состав узлов. С проблемой может

;; быть связано определенное испытание или

;; проверка (check), которые нужно провести,

(deftemplate problem

(field part (type SYMBOL) (default nil))

(field symptom (type SYMBOL) (default nil))

(field subpart (type SYMBOL) (default nil))

(field check(type SYMBOL) (default nil)) )

определение процедуры ремонта включает узел (part), операцию с этим узлом (action), возможно, детали (subpart), входящие в состав узлов, проверку (check), которую нужно провести, и поясняющее примечание, предназначенное для пользователя, (deftemplate problem

(field part (type SYMBOL)

(default nil)} (field action (type SYMBOL)

(default nil)) (field subpart (type SYMBOL)

(default nil)) (field check(type SYMBOL)

(default nil)) (field remarkftype STRING)

(default " "))

)

;;########################

;;

;; Порождающие правила

;; Правило START.

;; ЕСЛИ: начинается выполнение программы

;; ТО: определить поврежденный узел и

;; сформировать шаблон описания проблемы,

(defrule start

?start-token <- (initial-fact) =>

(retract ?start-token)

(printout t crlf

"What part of the gun are you problem with?"

;; С каким узлом у вас проблемы?

(choose-list)

(part-list)

(prompt)

(bind ?part (read))

(assert (problem (part ?part))) )

;; Правило FINISH:

;; ЕСЛИ: Неисправность устранена

;; TO: Прекратить работу программы.

(defrule finish

(repair (check done) (remark ?rem&~" "))

=>

(printout t crlf ?rem crlf)

(printout t crlf "Glad to be of service! " crlf)

;; Рад быть вам полезным!

(halt) )

Правило CHECK-REPAIR:

ЕСЛИ: Имеется решение менее радикальное, чем

замена

ТО: Информировать пользователя и отметить, что неисправность (проблема) может быть устранена путем ремонта,

(defrule check-repair ?rep <-

(repair (part ?part) (action ?actions~replace)

(subpart ?sub&~nil&~?part))

(problem (part ?part) (symptom ?sym))

=>

(printout t crlf

"If you " ?action "the " ?sub "that should "

"fix the " ?sym "problem with the," ?part crlf)

;; "Если вы " ?action ?sub "то это' должно "

;; "устранить " ?sym "проблемы с " ?part crlf)

(modify ?rep (check done))

)

Правило CHECK-REPLACE:

ЕСЛИ:

Решение требует замены узла

ТО:

Информировать пользователя и отметить, что неисправность (проблема) устранена. Для этого добавить в рабочую память пустой вектор и запросить у пользователя наименование модели

;; изделия,

(defrule check-replace

(repair (part ?part) (action replace))

(not (model ?mod&~nil))

?prob <- (problem (part ?part)

(symptom ?sym)) =>

(printout t crlf

"You have to replace the "

?part "to fix the " ?sym "problem" crlf)

;; "Вам потребуется заменить" ?part

;; "чтобы устранить " ?sym "проблемы " crlf)

(assert (model nil)) )

;; Правило REPLACE:

;; ЕСЛИ: Пользователю необходимо заменить узел

;; ТО: Запросить у пользователя наименование

;; модели изделия,

(defrule replace

?rep <- (repair (action replace))

?mod <- (model nil) =>

(printout t crlf

"What model of revolver do you have ?" crlf)

;; "Какой модели ваш револьвер?"

(kind-list)

(prompt)

(bind ?answer(read))

(retract ?mod)

(assert (model ?answer))

(modify ?rep (check part-no))

)

;; Правило PART-NO:

;; ЕСЛИ: Пользователю необходимо заменить узел

;; ТО: Выяснить номер узла, отослав сообщение

;; объекту, представляющему данную модель

;; изделия,

(defrule part-no

(model ?mod£Tnil)

?rep <- (repair (part ?part)

(action replace) (check part-no)) =>

(bind ?no (send (symbol-to-instance-name ?mod)

part-no ?part))

(printout t crlf

"The part number of the " ?mod " " ?part "

is " ?no crlf) ;; "Номер узла " ?mod " " ?part ?no

(modify ?rep (check done)) )

;; Правила BARREL (ствол)

;; Правило BARREL-SYMPTOM

;; ЕСЛИ: Неисправность не имеет признаков

;; ТО: Выяснить признак (симптом),

(defrule barrel-symptom

?prob <- (problem (part barrel)

(symptom nil) (subpart nil))

=>

(printout t crlf

"Is there a problem inside barrel? " crlf)

;; "Есть ли повреждения внутри ствола?"

(prompt)

(bind ?answer(read))

(if (eq ?answer yes)

then (modify ?prob (subpart bore))

) )

;; Правило BARREL-INSIDE

;; ЕСЛИ: Имеется повреждение канала ствола

;; ТО: Выяснить у пользователя,

;; какое (и предложить помощь).

(defrule barrel-inside

?prob <- (problem (part barrel) (symptom nil) (subpart bore))

^=>

(printout t crlf

"What is the problem inside the barrel? " crlf)

;; "Характер повреждения канала ствола?"

(choose-list) (printout t crlf "

leading rust jam" crlf)

;; " наличие ржавчины"

(prompt)

(bind ?answer (read))

(modify ?prob (symptom ?answer)) )

;; Правило BARREL-RUST

;; ЕСЛИ: Имеется ржавчина в канапе ствола

;; ТО: Проверить наличие раковин.

(defrule barrel-rust

?prob <- (problem (part barrel) (symptom rust) =>

(printout t crlf

"Are there pits inside the barrel? " crlf)

;; "Нет ли раковин в канале ствола?" (prompt)

(bind ?answer (read))

(if (eq ?answer yes) then (assert (repair

(action replace) (part barrel) (subpart bore))

(remark "Please consult your local dealer")))

;; Проконсультируйтесь с местным дилером

else (assert (repair

(action clean) (part barrel) (subpart bore))

(remark "Gun should be kept clean and dry"))

;; Оружие нужно содержать в чистоте и

;; предохранять от сырости

) )

;; Правило BARREL-LEADING

;; ЕСЛИ: Имеется налет свинца в канале ствола

;; ТО: Проверить качество патронов,

(defrule barrel-leading

?prob .<- (problem (part barrel) (symptom

leading) (check nil))

=>

(modify ?prob (check ammo))

(printout t crlf

"You may be using the wrong ammunition " crlf)

;; "Возможно, вы пользуетесь некачественными

;; патронами" )

;; Правило BARREL-LEADING-CHECK

;; ЕСЛИ: Имеется налет свинца в канале ствола

;; ТО: Проверить качество патронов,

(defrule barrel-leading-check

Pprob <- (problem (part barrel) (symptom

leading) (check ammo))

=>

(assert (repair (part barrel)

(action clean) (subpart bore)

(remark "Use Lewis Lead Remover"))

;; Воспользуйтесь средством для удаления свинца

;; фирмы Lewis )

Если посчитаете нужным, скопируйте из этой программы вспомогательные функции и структуры определения правил, но используйте знания из другой предметной области, которые были приобретены при выполнении предыдущего упражнения.

3. Рассмотрите ситуацию, которая возникает при планировании покупки какой-нибудь дорогостоящей вещи. Пусть, например, у вас появилась идея приобрести новый автомобиль. Эту проблему можно будет считать хорошо определенной только после того, как вы решите, какую сумму можно потратить на эту покупку, для каких поездок будет в основном использоваться новый автомобиль, какой изготовитель и какая модель для вас предпочтительны, и т.п. Для подобных упражнений можно использовать не только пример с автомобилем, но и с другими видами дорогостоящих покупок, — загородный дом, высококачественная электронная аппаратура и т.д. Далее уточните спецификацию покупки следующим образом.

I) Составьте список ключевых концепций и отношений между ними, которые нужно учитывать при решении проблемы. В случае с автомобилем такой список, очевидно, будет включать атрибуты фирмы-изготовителя и модели автомобиля, разнообразные эксплуатационные характеристики (мощность двигателя, расход топлива), связи между этими атрибутами и параметрами, определяющими ваш "стиль жизни", — частота и продолжительность поездок, предполагаете ли вы брать в поездку каких-либо экзотических попутчиков (лошадь или собаку) или необычный груз (например, лодку, домик на колесах) и т.п.

II) Попробуйте найти способ формального представления перечисленных концепций и отношений между ними. Например, изготовитель автомобиля и его модель могли бы быть выбраны из существующего набора классов — седан, спортивное авто, микроавтобус и т.д. Проанализируйте, не нужно ли при этом использовать многомерную классификацию концепций, при которой придется использовать множественное наследование.

III) Обратите внимание на важность учета приоритета разных свойств рассматриваемого объекта и необходимость использования средств разрешения конфликтов между ними. Если, например, хочется купить автомобиль, который, с одной стороны, имеет мощный двигатель, а с другой стороны, потребляет мало бензина, то нужно подумать над тем, как найти компромисс между этими противоречивыми требованиями.

4. Составьте на языке CLIPS несложную консультационную программу, которая помогла бы пользователю в решении проблемы целесообразности покупки, сформулированной при выполнении предыдущего упражнения. При разработке программы главное внимание нужно уделить тому, как представить сформулированные ранее концепции и отношения между ними в виде структур данных. Нужно также продумать и режимы управления, которые учитывали бы как структуру пространства состояний (например, способ классификации автомобилей), так и механизм обработки приоритетов свойств и разрешения конфликтов между ними.

5. До какого уровня детализации, по вашему мнению, можно спроектировать экспертную систему, не зная, как она будет внедряться? Какие опасности, по-вашему, подстерегают разработчика, который слишком рано принимает решение о способе внедрения экспертной системы?

 

Назад

Начало