Экспертные системы САПР

Искусственный интеллект (ИИ) – это одно из направлений информатики, целью которого является создание программно-аппаратных комплексов, позволяющих решать задачи традиционно относящиеся к разряду интеллектуальных.

1. Введение.

Лабораторные работы по ЭС САПР предназначены для более глубокого понимания студентами методов логического программирования, позволяющих в реальные сроки создавать действующие прототипы одной из вариаций искусственного интеллекта – экспертных систем (ЭС). В качестве инструментального средства для выполнения всех семи лабораторных работ используется среда логического программирования Turbo-Prolog (версии 2.0). Эта система за короткое время получила широкое распространение и приобрела многочисленных сторонников. Разнообразные диалоговые и сервисные возможности выделяют ее среди других Prolog-систем.

2. Структура программы на языке Turbo-Prolog.

Программа на Turbo-Prolog имеет несколько блоков:

· Инструкции компилятору — определяющий особые режимы трансляции и последующей работы программы;

· Constants — описание констант;

· Domains — описание типов данных вводимых самим пользователем;

· Database — описание предикатов внутренней базы данных;

· Predicates — описание предикатов используемых в программе помимо стандартных;

· Clauses — описание фактов и правил;

· Goal — перечень целевых предикатов, истинность которых доказывает программа.

Содержимое разделов инструкций компилятору, Constants, Domains, Database и Goal может отсутствовать. В программе на языке Turbo-Prolog могут также присутствовать еще два раздела, обеспечивающие определение глобальных доменов и предикатов:

· global domains;

· global predicates.

Определение типов данных и предикатов в этих разделах позволяет обеспечить межмодульный интерфейс.

Раздел Database

В разделе Database описываются предикаты внутренней (встроенной) базы данных языка Turbo-Prolog, которые могут быть реализованы только в виде фактов.

Раздел Predicates

В разделе Predicates определяются предикаты (отношения) — основные элементы программы. Каждый предикат определяется своим именем и аргументами (параметрами). Если типы некоторых аргументов отличаются от стандартных, то они должны быть описаны заранее в разделе Domains.

Раздел Clauses

В разделе Clauses определяются реализации предикатов, то есть факты и правила. Факт представляется именем предиката, за которым следуют аргументы, заключенные в круглые скобки. Заканчивается запись факта точкой. Все имена предикатов должны начинаться со строчной буквы.

Правило состоит из заголовка и тела. Заголовок представляет собой предикат, тело состоит из термов, которые могут быть связаны между собой словами or или and (в транскрипции Turbo Prolog’а “;” и “,”). Между заголовком и телом стоит знак “:-”, означающий “если”. Каждое правило должно заканчиваться точкой. Имена переменных должны начинаться с прописной буквы и могут содержать буквы, цифры и знак подчеркивания “_”. Максимальная длина имени — 250 знаков.

Раздел Goal

Раздел Goal может находиться как перед, так и после раздела Clauses, в нем определяется цель, которую необходимо достичь для решения поставленной задачи. Цель может состоять из нескольких подцелей. Если разрабатываемая программа предназначена для работы в пакетном режиме, то есть если необходимо создать exe — файл, раздел goal не может быть опущен.

3. Стандартные типы данных

В языке Turbo Prolog используются следующие стандартные типы переменных:

· symbol — последовательность букв, цифр и знаков подчеркивания, начинающаяся со строчной буквы или заключенная в кавычки;

· string — любая последовательность символов, заключенная в кавычки;

· char — отдельный символ, заключенный в апострофы;

· integer — целое число в диапазоне от -32768 до 32767;

· real — любое число, которое может быть представлено в экспоненциальной форме;

· file — имя файла.

Данные типа symbol в отличие от данных типа string находятся в таблице символов. А таблица символов располагается в оперативной памяти. Поэтому использование данных типа symbol ускоряет работу программы, однако вначале, для построение таблицы символов, требуется дополнительное время.

4. Запуск системы

Система запускается файлом Prolog.exe. Появляется сообщение об инициализации системы, исчезающее при нажатии любой клавиши. Затем появляется главное меню со стандартным для Turbo-сред набором опций и четыре рабочих окна: редактирования, диалога, сообщений и трассировки. Ниже выводятся значения функциональных клавиш.

Как в главном, так и в ниспадающих из него меню, пользователь может выбрать одну из альтернатив следующим способом:

· По первой заглавной латинской букве. То есть выбрать нужное действие и нажать первую букву из его названия. Например, <F> для выбора альтернативы File.

· Указателем активной альтернативы. Для этого с помощью клавиш со стрелками переместить указатель активной альтернативы на необходимую позицию и нажать клавишу <Enter>.

· С использованием «горячих» ключей (см. табл. 1).

Покинуть меню и вернуться в предыдущее состояние можно с помощью клавиши <Esc>. Переход к меню из окна редактирования осуществляется с помощью клавиши <F10>. Получить список всех «горячих» ключей можно одновременным нажатием клавиш <Alt>+<H>. Система предоставляет пользователю возможность самостоятельного переопределения ключей. Для этого необходимо загрузить установку OLD.SYS с помощью команды SET prosys=…\old.sys добавленной в autoexec.bat.

Действие	ключ	Эквивалент
Выход из системы	<Alt>+<X>	F/Quit
Работа с файлами	<Alt>+<F>	Гл. меню/F
Временный выход в DOS	<Alt>+<D>	F/OS Shell
Режим редактирования	<Alt>+<E>	Гл. меню/E
Режим изменения среды	<Alt>+<O>	Гл. меню/O
Режим компиляции	<Alt>+<C>	Гл. меню/C
Режим изменения начальных установок	<Alt>+<S>	Гл. меню/S
Показ «горячих» ключей	<Alt>+<H>	S/M/K/Hot Keys
Показ номера версии	<Alt>+<F10>
Загрузка файла	<F3>	F/Load
Выбор файла	<Alt>+<F3>	F/Pick
Сохранение файла	<F2>	F/Save
Запуск программы	<Alt>+<R>	Гл. меню/R
Компиляция в оперативную память	<F9>	C/Memory
Компиляция в OBJ— файл	<Shift>+<F9>	C/Obj File
Компиляция в EXE— файл	<Ctrl>+<F9>	C/Exe File
Компиляция в проект	<Alt>+<F9>	C/Project

Табл. 1. Список «горячих» ключей.

5. Окна системы

После запуска Turbo-Prolog появляется интерфейс, содержащий три окна, Они выполняют следующие функции:

· Окно редактирования. Оно состоит из двух частей: основной области, в которой можно видеть и редактировать текст рабочего файла и информационной части, где приводится информация о редактируемом тексте и местоположении курсора.

· Окно трассировки. Оно позволяет следить за ходом выполнения программы. Для работы этого окна необходимо компилировать программу с установленной опцией Trace. Результаты можно наблюдать непосредственно в этом окне, а можно вывести на печатающее устройство или в файл Prolog.log с помощью «горячего» ключа <Alt>+<P>.

· Окно сообщений. Система сообщает пользователю в этом окне о всех своих действиях. Например, на рис. 1 система сообщает, что начальная загрузка выполнена без указания имени файла, поэтому был загружен файл с именем Work.pro.

· Окно диалога. Это специальное средство системы для активного взаимодействия с пользователем в случае компиляции и запуска программы в которой отсутствует внутренняя цель. Результаты работы можно наблюдать непосредственно в этом окне, а можно вывести на печатающее устройство или в файл Prolog.log с помощью «горячего» ключа <Alt>+<P>.

6. Работа с файлами

Пункт меню File позволяет пользователю выполнить целый ряд операций по манипулированию с файлами:

· Опция Load позволяет загрузить существующий файл с расширением .PRO или каким либо иным. При наборе *.* становятся доступными все файлы из активного каталога.

· Опция Pick, предоставляет пользователю возможность выбора загружаемого файла в режиме полного просмотра всех ранее загружаемых файлов.

· Опция New File, открывает для работы новый пустой файл.

· Опция Save, позволяет сохранить файл, открытый в окне редактирования под его текущим именем.

· Опция Write to, позволяет сохранить файл, открытый в окне редактирования под новым именем.

· Опция Directory, позволяет установить текущее месторасположение активной директории.

· Опция Change Dir, позволяет установить текущее месторасположение активного каталога.

· Опция OS Shell, предоставляет возможность временного выхода в операционную систему. Для возврата в оболочку Turbo-Prolog необходимо набрать команду Exit и нажать <Enter>.

· Опция Quit означает завершения работы и выход из системы.

7. Другие возможности оболочки

Позиция Edit главного меню оболочки позволяет перейти в режим редактирования текущего файла с программой. Позиция Run запускает программу, находящуюся в окне редактирования на исполнение. Позиция Compile, позволяет осуществить различные виды компиляции программы из окна редактирования:

· Опция Memory, позволяет осуществить компиляцию в оперативную память компьютера, находящуюся под управлением операционной системы MS DOS с созданием там объектного кода программы, которую в дальнейшем необходимо запустить через позицию Run.

· Опция OBJ File, обычно используется при работе с проектом. После компиляции в этом режиме в соответствующей директории жесткого диска появится файл с тем же именем и расширением .obj.

· Опция EXE File, позволяет автоматически откомпилировать активный файл или группу файлов, указанных в проекте. После компиляции в этом режиме в соответствующей директории жесткого диска появится исполняемый файл с тем же именем и расширением .exe.

· Опция Project, позволяет выполнить указанный пользователем проект.

· Опция Link, выполняет сборку исполняемого файла программы из уже существующих obj-модулей.

Пункт основного меню Options позволяет настроить конфигурацию среды Пролога и отредактировать необходимые параметры проекта.

8. Настройка оболочки

Более детальную настройку оболочки Turbo-Prolog позволяет осуществить пункт основного меню Setup.

При загрузке оболочки предлагается некоторая конфигурация системы, которая находится в файле Prolog.sys и которую пользователь может изменить по своему усмотрению.

Для этого ему предоставляются средства по изменению настроек практически всех основных параметров системы Turbo-Prolog. По желанию могут быть переустановлены:

· Цветовые решения для каждого из окон среды.

· Размер и месторасположение каждого из окон.

· Указанные необходимые рабочие каталоги, в которых будут находиться подключаемые библиотеки проектов, куда будут компилироваться различные варианты файлов и т.д.

· Созданы дополнительные настройки системы по графическим параметрам разрешения и цветности.

· Загружен существующий файл установок или сохранен новый с измененными пользователем.

Лабораторная работа №1 “Знакомство с Turbo Prolog”

При выполнении первой лабораторной работы основной задачей становится изучение особенностей оболочки языка программирования Turbo Prolog и освоение основных функций его меню. Для этого необходимо создать программу начального знакомства с языком, которая должна выдавать на экран текст приветствия.

1 этап

Программа выдает на экран приветствие типа: «Вас приветствует ПРОЛОГ»

2 этап

Программа запрашивает имя пользователя, осуществляет его ввод с клавиатуры и последующую обработку. В зависимости от введенного значения на экране появляется какое-то из нескольких возможных сообщений, например : «Вася – Вас приветствует ПРОЛОГ».

Необходимо использовать предикаты write и readln, сделать вариант программы с внутренней целью GOAL и без нее.