L_OBZOR (ЛИСП), страница 3

Независимо от реализации ЯПЗ должен отвечать следующим требованиям:

• наличие простых и вместе с тем достаточно мощных средств представления сложно структурированных и взаимосвязанных объектов;

• возможность отображения описаний объектов на разные виды памяти ЭВМ;

• наличие гибких средств управления выводом, учитывающих необходимость структурирования правил работы решателя;

• «прозрачность» системных механизмов для программиста, т. е. возможность их до определения и переопределения на уровне входного языка;

• возможность эффективной реализации, как программной, так и аппаратной;

Конечно, перечисленные требования во многом противоречивы. Но лишь тогда, когда в рамках разумного компромисса учтены все эти требования, создаются удачные ЯПЗ.

Среди ЯПЗ первого поколения (70-е годы) лишь некоторые сыграли заметную роль в программной поддержке систем представления знаний (СПЗ). Выделим среди них KRL, FRL, KL-ONE. Характерными чертами этих языков были: двухуровневое представление данных, представление закономерностей предметной области и связей между понятиями в виде присоединенных процедур, семантический подход к сопоставлению образцов и поиску по образцу.

KRL.

Один из самых интересных языков этой группы - KRL, в основу которого были положены следующие концепции: организация знаний в виде специально выделенных единиц с присоединенными описаниями и процедурами; наличие средств представления многоаспектного и/или неполного знания об объектах; возможность описания объектов через сопоставление их с другими объектами с учетом уточняющих описаний; наличие гибкого набора базовых средств описания стратегий вывода решений и возможность их динамического изменения. Однако KRL широко не использовался в интеллектуальных системах из-за некоторой его громоздкости и отсутствия собственных средств описания процедур. Как следствие, в KRL активно использовался Лисп. Часто нельзя было понять, имеем мы дело с KRL-программой и присоединенными Лисп-функциями или с Лисп-программой, в которой применяется KRL как способ представления данных.

FRL.

Язык FRL не самостоятельный язык, а хорошо продуманная библиотечная система над Лиспом. В FRL не предлагается принципиально новых по сравнению с KRL концепций представления знаний, но тем не менее он оказался более удобным благодаря тщательному и экономному отбору базовых алгоритмических средств, а также более простому их синтаксическому оформлению. Здесь имеются развитые средства манипулирования иерархическими списками свойств объектов, включая механизмы наследования свойств и набор присоединенных к описаниям процедур.

Для всех ЯПЗ по сравнению с традиционными языками программирования характерна существенно большая «активность» данных, что приводит к стиранию граней между декларативной и процедурной компонентами. Кроме того, реальные объемы обрабатываемых данных требуют при реализации ЯПЗ использования концепции базы данных и методов, развитых при создании СУБД. И, наконец, ЯПЗ тяготеют больше к режиму интерпретации, чем к компиляции, характерной для реализации обычных языков программирования. В области разработки и реализации ЯПЗ можно выделить три круга проблем: определение входных языков СПЗ; выбор выходного языка соответствующего транслятора и собственно проблемы этапа трансляции.

Входной язык СПЗ должен быть близок к языку предметной области и по лексике, и по синтаксису, и по семантике.

От выбора выходного языка зависит не только эффективность, но и сама возможность реализации ЯПЗ. Выходной язык должен отвечать по крайней мере следующим требованиям: иметь достаточно большой набор примитивов работы с образцами; обладать встроенными средствами эффективной поддержки рекурсии; иметь гибкие средства описания потоков управления. Кроме того, в рамках выходного языка необходимы средства отображения данных на основную и внешнюю память и удобные средства работы с этими данными. И, наконец, желательно, чтобы в нем имелись достаточно развитые средства определения новых типов данных.

В настоящее время языков программирования, где имела бы место эффективная реализация всех указанных требований, пока нет. Поэтому выбор целевого языка ЯПЗ-транслятора всегда компромисс.

На данном этапе существует сотни языков и систем представления знаний. Поэтому рассмотрим лишь некоторые особенности нескольких ЯПЗ.

RLL.

Это фреймовый язык представления знаний (представитель популярного в 70-х годах подхода «фреймы до конца», является инструментальной средой для создания специализированных ЯПЗ.

Подобно другим инструментальным средствам, RLL содержит два слоя: базисные примитивы и средства их комбинирования на более высоком уровне, чем Лисп. При этом технология конструирования специальных ЯПЗ в рамках RLL-среды сводится, как правило, к редактированию уже существующих заготовок и последующему конвертированию их в Лисп.

Учитывая последовательную ориентацию RLL на концепцию фреймов, все структуры (декларативные и процедурные), более сложные чем список значений, описываются здесь в виде фрейм-подобных RLL-элементов.

С помощью RLL-элементов описываются понятия не только предметной области, но и самой RLL-среды (например, слот, механизм наследования, структура управления и т. д.). Заранее на уровне RLL-интерпретатора или конвертора фиксируется семантика ограниченного числа системных понятий - это множества, списки, слоты и др. RLL-элементы имеют явно специфицированные родовидовые отношения, которые также являются системными понятиями, и встроенный механизм описания отношений с помощью многосвязных списков.

В RLL имеется и библиотека удачных управляющих структур, и определенные средства конструирования из них решателей, необходимых для конкретной ЭС.

Одним из основных стандартных механизмов вывода решений в RLL является agenda (управляющий список с динамической коррекцией элементов).

ART.

Этот язык демонстрирует другую парадигму «фреймы плюс продукции», характерную для начала 80-х годов. Это не только язык представления знаний, но и определенное программное окружение, включающее редакторы, отладчики, трансляторы и модули управления.

Входной язык системы ART весьма гибкий и обеспечивает использование фактов, схем, комбинаций этих понятий и правил. Декларативную компоненту этого ЯПЗ составляют факты и схемы. По определению, факт включает три основных компонента: утверждение, значение истинности и точку зрения. С каждым утверждением может быть связано одно из трех значений истинности true, false или unknown, а также определенные сферы его справедливости, которое и называется точкой зрения. Факты описываются экземплярами фреймов. Фреймы-прототипы в ART представляются схемами, каждая из которых описывает объекты и/или классы объектов с фиксированными свойствами. Механизмы наследования свойств при этом поддерживаются самой системой.

В целом язык ART погружен в Лисп-среду, так что синтаксически и фреймовые и продукционные структуры выражаются здесь как атомы, функции и списки языка Лисп. Такой подход в ART естественен, так как первоначально был реализован на Лисп-машинах. Средства описания фактов в языке ART почти полностью «отданы на откуп» Лиспу, что снижает концептуальную целостность языка , так как средства описания схем и правил здесь хотя и похожи на лисповские, но свои. В ART пользователю дается небольшой набор встроенных стратегий вывода решений и весьма ограниченный выбор из ART-действий, взаимодействующих с модулем вывода. Но в системе имеется возможность выхода в базовый язык Лисп, где программируются любые управляющие стратегии.

В полном объеме ART представляет разработчику ЭС достаточно мощные средства представления знаний, но эффективно в системе ART могут работать только квалифицированные Лисп-программисты, готовые реализовать в этом языке все процедуры поддержки ЯПЗ.

Дальнейшее развитие ЯПЗ смещается в сторону продукций. Вместе с тем в настоящее время уже редко удается классифицировать языки и системы представления знаний на шкале «фреймы - продукции - семантические сети - ...» однозначно. И хотя тот или иной формализм представления знаний накладывает в большей или меньшей степени свой отпечаток на соответствующий ЯПЗ, современные языки и системы, как правило, поддерживают несколько формализмов одновременно.

1.3 Особенности диалектов языка Лисп.

1. Диалекты Лиспа.

Маклисп.

Кроме символьной обработки Маклисп широко использовался в традиционных числовых вычислениях, применяемых , например, в обработке речи и изображений. Кроме исследователей ИИ и разработчиков алгебраической системы Максима на Маклисп оказали влияние и работы групп в МИТ по робототехнике, обработке речи и изображений. Исходя из требований, предъявляемых этими областями, в Маклисп были включены новые математические типы данных, такие как матричная и битовая обработка, а также широкий набор арифметических функций и средств. Быть может, важнейшая из них - возможность вычислений с неограниченной точностью, основывающаяся на созданных Кнутом (1969) алгоритмах.[2]

Маклисп был также первой Лисп-системой для которой создан хороший транслятор. Транслятор генерирует машинную программу в форме списков. Машинный код в виде списка легко обрабатывать и результирующий код для числовых задач получался эффективнее, чем у лучших фортрановских трансляторов.

Однако большую часть своих свойств Маклисп приобрел под влиянием стоящих перед исследователями ИИ проблем и накопленного опыта. Так в язык попали макросы чтения и таблицы чтения, позволяющие легко изменять и расширять структуру языка. Таким же образом из требований к программам и окружению возникли управляющие структуры, механизмы обработки прерываний и ошибок, а также использование управляющих символов, создан и интегрирован в систему экранный редактор, появились управление и взаимодействие параллельных процессов.

Основное внимание разработчики Маклиспа сосредоточили на эффективности. Этому служат указания, уточняющие способы обработки аргументов функций, а также экранирование от вмешательства программиста внутренних механизмов системы. За счет этих мер скорость работы Маклиспа в 1.5-2.5 раза выше, чем Интерлисп.[7]

Всего в Маклиспе используется около 400 функций. Самым большим недостатком системы является то, что ее никогда не документировали должным образом. Документация по этой системе разбросана по различным отчетам и руководствам. Маклисп был исследовательской системой и не предназначался для обучения и промышленного использования.[2]

муЛисп.

Интерпретатор Мулисп-85, разработанный для ПЭВМ серии IBM PC - удачный вариант реализации диалекта языка, включающий сравнительно ограниченный набор базовых функций (около 260) и оказавшийся в следствие этого более простым для изучения.

По сравнению с Коммон Лиспом диалект муЛисп не имеет такого широкого спектра доступных типов данных. В нем обеспечивается работа только с двумя типами числовой информации: целыми числами с любым основанием и рациональными. В диалекте отсутствуют средства работы со структурами, массивами, потоками и другими типами данных, указанная реализация языка Лисп имеет одно существенное преимущество - возможность пополнения базового набора функций путем подключения подпрограмм, написанных на языке ассемблера, что позволило повысить гибкость использования интерпретатора и эффективность прикладного программного обеспечения, создаваемого на его основе. Возможность такого пополнения отсутствует в большинстве других Лисп-систем, являющихся в этом смысле замкнутыми программными продуктами.

Среди других, вероятно, менее существенных, особенностей системы можно указать на реализацию специального механизма, позволяющего не заботиться о присваивании начальных значений литеральным атомам, получающих изначальное значение, равное «печатному» имени самого атома. Еще одной особенностью диалекта является возможность использования новой синтаксической конструкции «встроенный COND», существенно сокращающей тексты описаний функций пользователя и применяемой при записи тел функций и лямбда-выражений.[7]

Набор базовых функций муЛисп-интерпретатора включает ряд функций, обеспечивающих доступ практически ко всем функциям ОС ЭВМ через соответствующие прерывания. Наконец, указанная Лисп-сис-тема обеспечивается библиотеками Лисп-функций, дополняющими базовый набор функциями, имеющимися в диалектах Коммон Лисп и Интерлисп, что облегчает решение проблемы переносимости исходных текстов программных модулей, а также библиотеками, позволяющими выполнять манипулирование окнами на экране дисплея и обрабатывать управляющие воздействия через устройство типа «мышь». В комплект дополнительного программного обеспечения к интерпретатору входят интерактивный редактор текстов и простая обучающая система, написанные на диалекте языка муЛисп.[7]

Интерлисп.

Интерлисп появился в 1972 году из ББН-Лиспа. К 1978 году, когда вышло описание Интерлиспа, язык и система уже достаточно стабилизировались. Интерлисп уже не был языком в том же смысле, что и Маклисп или другие Лисп- системы или обычные традиционные системы программирования. Он представлял собой интегрированную среду программирования, в которую вошло множество различных вспомогательных средств. Интерлисп стал классическим примером хорошо развитых программных средств и средств в системах разделения времени.[2]

Этот диалект наряду с Коммон Лиспом один из наиболее распространенных, имеет достаточно развитый аппарат представления и манипулирования различными структурами данных, включая массивы. Среди общих особенностей данного варианта языка следует отметить использование для обозначения встроенных функций нетрадиционных имен, что порой затрудняет перенос готовых программных продуктов на другие диалекты и другие ЭВМ.[7]