Системы искусственного интеллекта. Практикум для проведения лабораторных работ. Ч. 1

М о с к о в с к и й 
г о с у д а р с т в е н н ы й 
г о р н ы й 
у н и в е р с и т е т 

РЕДАКЦИОННЫЙ 

С
О
В
Е
Т 

ИЗДАТЕЛЬСТВО 
МОСКОВСКОГО 
ГОСУДАРСТВЕННОГО 
ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА 

Председатель 

Л. А. 
ПУЧКОВ 
ректор 
МГГУ, 
чл.-корр. 
РАН 

Зам. 
председателя 

Л.Х. 
ГИТИС 
директор 
Издательства 
МГГУ 

Члены 
редсовета 

И. В. 
ДЕМЕНТЬЕВ 
академик 
РАЕН 

А.П. 
ДМИТРИЕВ 
академик 
РАЕН 

Б.А. 
КАРТОЗИЯ 
академик 
РАЕН 

M B. 
КУРЛЕНЯ 
академик 
РАН 

В. И. 
ОСИПОВ 
академик 
РАН 

э.м. 
СОКОЛОВ 
академик 
МАИ 
ВШ 

К Н. 
ТРУБЕЦКОЙ 
академик 
РАН 

В В. 
ХРОНИН 
профессор 

В.А. 
ЧАНТУРИЯ 
академик 
РАН 

Е.И. 
ШЕМЯКИН 
академик 
РАН 

О.Г. Харахан 

СИСТЕМЫ 

ИСКУССТВЕННОГО 

ИНТЕЛЛЕКТА 

ПРАКТИКУМ Д Л Я 
П Р О В Е Д Е Н И Я 

ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ 

Часть / 

Допущено 
Учебно-методическим объединением вузов 
по университетскому политехническому образованию 
в качестве учебного пособия для студентов высших 
учебных заведений, обучающихся по направлениям 
552800, 654600 «Информатика и вычислительная техника», по специальности 230102 «Автоматизированные 
системы обработкии информациии и управления» 

В ы с ш е е 

г о р н о е 

о б р а з о в а н и е 

А 

МОСКВА 
ИЗДАТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГО 
ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА 
2006 

УДК 519.768.681.3 
ББК 32.813 
Х 2 0 

Книга соответствует «Гигиеническим требованиям к изданиям книжным для взрослых. СанПиН 1.2.1253-03», утвержденным Главным государственным санитарным врачом России 30 марта 2003 г. 

Экспертиза проведена Учебно-методическим объединением вузов по университетскому политехническому образованию (письмо № 16-07/191 от 
15.07.2005 г.) 

Рецензенты: 

• проф., д-р техн. наук зав. кафедрой «Автоматические системы обработки информации и управления» О.М. Петров (Московская государственная академия приборостроения и информатики), 

• проф., д-р техн. наук Р.Е. Кузин (ВНИИХТ МАТ РФ) 

Харахан О.Г. 

X 20 
Системы искусственного интеллекта. Практикум для проведения лабораторных работ. Ч. 1: Учебное пособие для вузов. — М.: 
Издательство Московского государственного горного университета, 2006. — 80 с: ил. 
ISBN 5-7418-0425-Х 

Написано в соответствии с рабочей программой дисциплины «Системы искусственного интеллекта». Изложены основные вопросы, касающиеся практического освоения технологий искусственного интеллекта и экспертных систем. Изучение 
основных компонентов экспертных систем иллюстрировано модельными примерами соответствующих методов и задач. Рассмотрены математическое обеспечение 
СИИ, математические основы языка Prolog, модели представления знаний. 

Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 
552800. 654600 «Информатика и вычислительная техника», по специальности 
230102 «Автоматизированные системы обработки информации и управления». 

УДК 519.768.681.3 
ББК 32.813 

ISBN 5-7418-0425-Х 
© О.Г. Харахан, 2006 
© Издательство МГГУ, 2006 
© Дизайн книги. 

Издательство МГГУ, 2006 

Введение 

Настоящее пособие предназначено для ознакомления с 
экспертными системами (ЭС) студентов, имеющих навыки работы с языками высокого уровня. Овладение всем материалом 
пособия позволит им решать достаточно сложные задачи, возникающие в практической деятельности. 

Пособие состоит из разделов, в которых: 
• определяются основные понятия и принципы функционирования экспертных систем; 

• приводится подробное описание оболочек экспертных 
систем VP-Expert, Index-конструктор, а также разработки ЭС с 
помощью языка Prolog, являющихся в настоящее время весьма 
распространенными программными продуктами для персональных компьютеров; 

• демонстрируется возможность использования методов 
искусственного интеллекта для решения практических задач. 

Необходимые для выполнения работы исходные данные 
содержатся в приведенных модельных примерах. 

Используя описанные в пособии оболочки экспертных систем и основываясь на приведенном минимуме теоретических 
знаний из области искусственного интеллекта, можно проектировать разнообразные ЭС для большинства областей народного хозяйства. Рассмотренные оболочки просты и доступны 
для разработки база знаний (БЗ) студентами на лабораторных 
занятиях. Тем не менее, они обладают многими особенностями, присущими более сложным программным продуктам. С их 
помощью возможно решение многих реальных задач. 

Лабораторная 
р а б о т а № 1 

ЗНАКОМСТВО С VP-EXPERT 

Цель работы: 
изучение оболочки VP-Expert 

Теоретическая 
часть: 

Основным направлением в изучение искусственного интеллекта является представление знаний и разработка систем, 
основанных на знаниях. Оно связано с разработкой моделей 
представления знаний, созданием баз знаний, образующих ядро экспертных систем. Наиболее широко применяемых являются 4 модели представления знаний: 

• продукционные модели; 
• семантические сети; 

• фреймы; 
• логические модели. 

В основе оболочки VP-Expert лежит продукционная модель представления знаний или модель, основанная на правилах. Согласно этой модели все знания можно представить в виде утверждения: «Если <факт>, то<правило>» или «если <усло¬
вие>, то <действие>». 

Алгоритм работы систем с прямым логическим 
выводом 

Система с прямым логическим выводом осуществляет применение всех правил в базе знаний к доступным данным с возможностью запроса недостающих. Процесс преобразования данных происходит до тех пор, пока возможны изменения всех 
данных: 

В рабочую память через интерфейс вводятся пользователем значения исходных переменных; 

В базе знаний определяются те правила, в условиях которых присутствуют переменные, занесенные в рабочую память; 

6 

Производиться попытка применения правил с помощью 
машины логического вывода и занесения результата в рабочую память; 

Если применение хотя бы одного из правил оказалось успешным, то осуществляется переход к п. 2; 

Если достигнутое состояние рабочей памяти базы данных 
не позволяет больше применять ни одно из правил базы знаний, то процесс логического вывода заканчивается и диспетчер принимает решение о выдаче пользователю через интерфейсный блок информации, полученной в результате применения правил. 

Управляющие команды VP-Expert 

Системы с прямым логическим выводом более просты в 
построении, результатом работы у них обычно является целый 
пакет данных, но их эффективность не всегда соответствует 
требованиям практических задач, поэтому применяются системы с обратным механизмом логического вывода (МЛВ) и 
комбинированным МЛВ. 

Экспертная система VP-Expert представляет собой интерпретатор, обрабатывающий конструкции специализированного языка представления знаний, встроенного редактора и ряда 
дополнительных сервисных утилит. 

В базе знаний можно выделить базу правил, информационную базу и вызываемые внешние программы. 

База правил подразделяется на: 
ACTIONS блок, в котором задается стратегия консультации, набор и порядок достижения ее целей. В зависимости от 
содержания этого блока экспертная система функционирует в 
штатном либо отладочном режиме. 

Непосредственно блок правил, набор конструкций типа 

IF...THEN...ELSE...,связывающих друг с другом переменные, 
операторы и иные объекты VP-Expert. 

Блок ASK, содержащий дополнительную информацию — 
тексты вопросов к пользователю, тексты меню и прочее. 

7 

Запуск оболочки VP-Expert осуществляется запуском файла vpx. ехе. После запуска программы на экране появляется 
главное меню со следующими сообщениями: 

Help; 
Induce — создание базы знаний из файла, содержащего 
информацию в виде таблицы; 

Edit — запуск редактора текущей базы знаний; 
Consult — загрузка базы знаний и переход к меню консультации; 

Tree— переход к меню трассировки; 
Filename — изменение имени текущей активной базы знаний; 

Path — указание пути, директории требуемой базы знаний; 
Quit — выход в операционную систему. 
При инициации режима INDUCE на экране появляется следующее меню, позволяющее осуществить генерацию правил: 
Подменю INDUCE содержит: 
Help; 
Create — создание файла с таблицей для генерации правил; 

Database — вызов файла базы данных для генерации правил; 

Text— вызов файла с таблицей для генерации правил; 
Workshit — работа в режиме, позволяющем получать правила из базы данных программных продуктов; 

Quit — выход в главное меню. 

Генерация правил заключается в автоматическом создании 
базы знаний с правилами типа IF...THEN...ELSE... из файла, 
где 
необходимая 
информация 
задана 
в 
виде 
таблицы 
(индукционная таблица). 

Индукционная таблица состоит из строк и столбцов. Данные в строку заносятся с заглавной буквы, а для формирования 
столбца используется табуляция. Исправление ошибок осуществляется нажатием клавиш CTRL + DEL. 
8 

При использовании режима EDIT начинает работать встроенный в экспертную систему редактор файла базы знаний. Он 
позволяет создавать и модифицировать файлы базы знаний 
разрабатываемых экспертных систем с помощью специальных 
команд: 

CYRL -->/< 
Перемещение курсора вправо/влево на 

одно слово; 

PgUp/PgDn — листание файла (также CTRL— 
г/с); 

CTRL PgUp/PgDn — переход в начало/конец файла; 
Н О М Е — переход в начало строки; 
END — переход в конец строки; 
DEL — стирание символа; 
CTRL-h — стирание символа левее курсора; 
CTRL-t — стирание до конца слова; 
A L T - F 2 — переформатирование файла входного документа; 
ALT-F4 — вставка фала в позицию курсора; 
ALT-F5 — сохранение файла без выхода из редактора; 
ALT-F6 — сохранение файла с выходом из редактора; 
ALT-F7 — листание файла в обычной и специфической 
форме; 

ALT-F8 — выход из редактора без сохранения изменений; 
CTRL-F3 — выделение начала блока текста; 
CTRL-F4 — выделение конца блока текста; 
CTRL-F5 — отмена выделений блока текста; 
CTRL-F6 — применение помеченного блока текста; 
CTRL-F7 — копирование помеченного блока текста; 
CTRL-F8 — стирание помечено блока текста; 
C T R L - F 9 — изменение типа шрифта в отмеченном блоке; 
CTRL-F10 — возвращение стертого блока на первоначальную позицию; 

SHD7T-F3 — поиск требуемой строки; 
SH1TT-F5, SHIFT-F7 — перемещение строк; 
SHD7T-F9 — повторение предыдущей команды поиска (поиска + перемещение). 

9 

При обращению к режиму CONSULT , в котором производится непосредственно сеанс консультации, пользователю 
предоставляются следующие возможности: 

Меню CONSULT: 
Help; 
Go — начало сеанса консультации; 
Variable — просмотр значений переменных базы данных; 
Rule — просмотр правил, загруженных в базу знаний; 
Set — установка дополнительных режимов; 
Quite — выход в главное меню. 
Меню режима TREE позволяет осуществлять: 
Help; 
Text — представление в «текстовой» форме трассы консультации (т.е. последовательности применения правил, необходимых для достижения поставленных целей); 

Graphies — представление в графической форме трассы 
консультации; 

Quite — выход в главное меню TREE. 
Задание: 
1. Разработать простейшую ЭС 
Решение задачи выбора мобильного телефона исходя из 
наличных средств покупателя и определенной компании производителя. 

2. Осуществить: 

• формирование базы данных (индукционная таблица); 

• генерацию базы правил; 

• коррекцию правил; 

• режим консультации. 
Порядок выполнения 
работы: 

1. Старт оболочки VPX.EXE; 
2. Из меню выбрать команду INDUCE; 
3. Из меню команды INDUCE выбрать команду Create для 
создания новой базы данных; 

10