regras de produção: o motor de inferência jess prof. fred freitas pós-graduação em...
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Regras de Produção:o Motor de Inferência JESS
Prof. Fred FreitasPós-Graduação em
Informática CIn - UFPE
Componentes de um Motor de Inferência
Um formalismo lógico de Representação de Conhecimento Ex: Lógica de Descrição, Frames, regras,
etc. Um método ou estratégia de
resolução ou mecanismo de inferência para o formalismo
Regras de Produção Representam conhecimento com pares
condição-ação Se condição (ou premissa ou antecedente)
ocorre então ação (resultado, conclusão ou
conseqüente) deverá ocorrer. Regras de produção produzem novos
fatos a partir dos fatos e regras da BC. Esses novos fatos passam a fazer parte da
BC
Regras de Produção Formalismo mais simples, procedimental e popularanimal(x)^estimação(x)^pequeno(x) => doméstico(x)
premissas conseqüente
Base de fatos e base de regrasanimal(Rex),estimação(Rex),pequeno(Rex)
Mecanismo de inferência: São produzidos novos fatos instanciando fatos existentes nas regras (encadeamento para a frente)
Estratégia de controle: resolução de conflito
Sistemas de Produção Fatos: x, y Regras: x & y => p Encadeamento para a frente (Forward
chaining) Dados x e y, derive então p OPS5, CLIPS, Jess Orientado a dados: Se no ex. houvessem regras
sobre hábitos dos americanos, o sistema geraria muitas conclusões inúteis em encadeamento para a frente
Encadeamento para trás (Backward chaining) p é verdad? Então verificarei x e y. Prolog
Módulos de Sistemas de Produção
Base de Regras ou memória permanente regras se-então e fatos conhecidos
Memória de Trabalho ou temporária percepções do agente, fatos iniciais e
gerados a partir da BR pelo mecanismo de inferência
Mecanismo (motor) de Inferência determina o método de raciocínio utilizado
(progressivo ou regressivo) Executa a busca com casamento (unificação) resolve conflitos e executa ações.
Arquitetura de Sistemas de Produção
Conhecimento Permanente• fatos• regras de produção
Meta-conhecimento• estratégias para resolução de
conflito
Base de RegrasConhecimento volátil• descrição da instância do problema atual• hipóteses atuais• objetivos atuais• resultados intermediários
Conjunto de conflitoconjunto de possíveis regras a serem disparadas
Memória de Trabalho
Mecanismo de
Inferência
Conhecimento Permanente• fatos• regras de produção
Meta-conhecimento• estratégias para resolução de
conflito
Base de RegrasConhecimento Permanente• fatos• regras de produção
Meta-conhecimento• estratégias para resolução de
conflito
Base de RegrasConhecimento volátil• descrição da instância do problema atual• hipóteses atuais• objetivos atuais• resultados intermediários
Conjunto de conflitoconjunto de possíveis regras a serem disparadas
Memória de TrabalhoConhecimento volátil• descrição da instância do problema atual• hipóteses atuais• objetivos atuais• resultados intermediários
Conjunto de conflitoconjunto de possíveis regras a serem disparadas
Memória de Trabalho
Mecanismo de
Inferência
Funcionamento de um sistema de regras de
produção As regras seriam a memória duradoura Os fatos seriam a memória de trabalho Ao usarmos as regras sobre os fatos,
são derivados novos fatos O ciclo se repete até que não haja mais
fatos a derivar Conflito: várias regras podem ser
disparadas ao mesmo tempo
Sistemas EspecialistasFacts"Item #123 is expensive speakers""Gold cables are expensive""Bob is a customer""Bob is buying item #123"
Rules"Recommend appropriate cableswhen customers buy speakers"
InferenceEngine
List ofActions to Take
"Recommendthat Bob buy gold
cables."
O problema é simples...
[Friedman-Hill]
Sistemas EspecialistasFacts
Rules
Inference EngineFor every customer, for every item in their cart, if it is speakers, for every catalog item, if the cart item is the catalog item, if the catalog item is in some price category, for every catalog item, if it is a cable and it is in the same category, recommend that cable to that customer.
List ofActions to Take
"Recommendthat Bob buy gold
cables."
... Mas a solução é cara: O (RFP)
Qualidades das Regras São fáceis de compreender (legíveis) e de
modificar Independência e Localidade Flexibilidade (Expressividade) Genericidade Portabilidade Facilidade, simplicidade e fidelidade semântica Alterabilidade - > código auto-alterável Liberdade e gradualidade
Desvantagens Há problemas eminentemente
procedimentais Eficiência Fácil funcionamento Efetividade Fluxo de Controle Controle de consistência
O Algoritmo Rete
Representa regras como dados O compilador gera máquinas de estado a
partir de regras Novos fatos guiam a máquina de estado
(orientado a dados) O algoritmo lembra os estados antigos
Charles L. Forgy, Artificial Intelligence 19 (1982), 17-37.
O Algoritmo ReteFacts
Rules
Inference EngineWhen a customer picks out an item, if it is speakers, recommend the appropriate cables.
List ofActions to Take
"Recommendthat Bob buy gold
cables."
... o algoritmo Rete pode ser O(RF)
O Algoritmo Rete
x & y => p
x & y & z => q
x? y? x? y? z?
p
q
“rede de padrões"
“rede conjunta"
8 nós
[Friedman-Hill]
O Algoritmo Rete
x & y => p
x & y & z => q
x? y? z?
p
q6 nós
Otimização 1:Compartilhamento da rede de padrões
O Algoritmo Rete
x & y => p
x & y & z => q
x? y? z?
p
q5 nós
Otimização 2:Compartilhamento na rede conjunta
A Linguagem das Regras
(defrule recommend-appropriate-cables (customer (id ?id) (cart ?cart)) (cart (id ?cart) (contents $?cnt)) (item (id ?s&:(member$ $?cnt ?s)) (is speaker)(price-category ?pc)) (not (item (id ?c&:(member$ $?cnt ?c)) (is cable) (price-category ?pc)) => (printout t "You need to buy " ?pc " cables." crlf))
[Friedman-Hill]
Pacotes (módulos) de Regras Apesar de não queremos controlar o
fluxo de processamento, às vezes precisamos de fases Em manutenção de dispositivos
eletrônicos, e.g., as fases de detecção, isolamento, conserto e funcionamento
Organizar regras em pacotes (módulos) que são ativados um por vez Engenharia de conhecimento
Sistemas de Produção Plugáveis
Dificuldade de integrar as linguagens lógicas – LISP e Prolog- com as outras
Permitir inferência a linguagens imperativas (C, Java, ...)
Interoperabilidade, portabilidade e reuso
Motores de inferência “plugáveis”
CLIPS: Integração C-regras "C” Language Integrated Production
System) [Giarratano & Riley 98] Inclui uma linguagem interna, COOL
(“C” Object Oriented Language) que representa classes como frames Características de frames: herança
múltipla, atributos podem ser instâncias de outras classes, inferência direta, facetas, etc
JESS - Java Expert System Shell
Integra objetos Java e Java beans a regras
Projetado para servir à comunidade de orientação a objetos
Milhares de usuários Incapazes de representar frames
diretamente Característica imperiosa em ontologias
Um atributo não pode ser instância de uma classe declarativa Pouca expressividade declarativa Solucionado com o plugin Protégé JessTab
JESS - Java Expert System Shell Rete, com resolução de conflito por
saliência Componentes
Base de fatos (objetos ou não) Base de conhecimento (declarativa e
procedural) Motor de inferência (forward chaining e
backward chaining) Pode ter lógica difusa
Frames e Herança em JESS
Herança apenas herança simples
(deftemplate ANIMAL (slot color) (slot weight))(deftemplate CAT extends ANIMAL (slot whisker-count)) ;;CAT has three slots: color, weight, and whisker-count
(deftemplate box (slot location) (multislot contents))
(assert (box(location kitchen) (contents spatula sponge frying-pan)))
Instanciação
Manipulando JESS a partir de Java
Exemplo: alterando a base de fatos a partir de um código em um projeto Java
public void definaInstancia(String atomo, Object objeto) throws ReteException { Funcall f = new Funcall("definstance", rete); f.add(new Value(atomo, RU.ATOM)); f.add(new Value(objeto, RU.EXTERNAL_ADDRESS)); f.simpleExecute(f, rete.globalContext()); }
Danielle Rousy & Veronica Teichrieb
Integração com Java new
Conversões de tipo import
Chamadas a métodos (Call) get e set
Manipulação direta das propriedades de um Bean
try-catch, throw Persistência, GUI, Beans, ...
Danielle Rousy & Veronica Teichrieb
Integração com Java
(import java.util.*); create a Vector, add entries(bind ?v (new Vector))(?v addElement "foo")(?v addElement "bar")
; iterate over Vector and print entries(bind ?e (?v elements))(while (?e hasMoreElements) do (printout t (?e nextElement) crlf))
[Friedman-Hill]
Danielle Rousy & Veronica Teichrieb
Extensões GUI
<X>Listener classes Manipulação de eventos em Jess
jess.awt.Canvas Desenhos e pintura em Jess
Boas práticas: eficiência Durante o projeto de regras, lembrar que
elas são implementadas através de uma rede
Evitar predicados com atributos muito gerais e que variam com freqüência (ex: status);
Construir o lado das premissas como uma consulta eficiente de banco de dados, ou seja, contendo apenas predicados necessários ao disparo de regras.