Lenguaje de programación Jess Java Expert System Shell Ejemplo introductorio Problema de tipo puzzle en el cual hay cinco casas, de diferente color, habitadas por hombres de diferentes nacionalidades, con diferentes mascotas, bebidas preferidas y fumadores de ciertas marcas de cigarrillos. Con ciertos datos, determinar: – – ¿Quién bebe agua? ¿De quién es la cebra? Ejemplo introductorio El inglés vive en la casa roja. El español tiene un perro. La casa color marfil está inmediatamente a la izquierda de la verde, donde vive el que bebe café. El que bebe leche vive en la casa del medio. El que fuma Old Golds también cría caracoles. El ucraniano bebe té. El noruego reside en la primer casa de la izquierda. El que fuma Chesterfields vive al lado del que tiene el zorro. El que fuma Lucky Strike bebe jugo de naranja. El japonés fuma Parliaments. El que tiene un caballo vive al lado del que fuma Kools, cuya casa es amarilla. El noruego vive al lado de la casa azul. Instalar JessDE Plugings para Eclipse versión 3.1 o posterior. Descargar Jess de http://www.jessrules.com/jess/download.shtml En usuario ya registrado insertar el email atorres@fceia.unr.edu.ar y cliquear en: Stable version Jess 7.1p2 source, docs and samples, zip format Username: user1714 Password: noybgoc6 Licencia para uso académico. Luego descomprimir el archivo en una carpeta. Instalar JessDE Salir de Eclipse. Descomprimir todos los archivos de Jess71p2/eclipse dentro del directorio (de nivel más alto) de instalación de Eclipse. Confirmar que existe una carpeta llamada “eclipse/plugins/gov.sandia.jess_7.1.0" Reiniciar Eclipse. Verificar la instalación Bajo el menú "Help" elegir "about Eclipse SDK" Debe haber un ícono de Jess. Cliquear y presionar en "Plug-in Details". Se encuentra una lista de tres plugins. Crear un nuevo proyecto Java. Crear un nuevo archivo en ese proyecto y nombrarlo "hola.clp". (printout t "Hola mundo" crlf) Ejecución en línea de comandos C:\Jess71p2> bin\jess.bat Jess, the Rule Engine for the Java Platform Copyright (C) 2008 Sandia Corporation Jess Version 7.1p1 8/6/2008 Jess> (+ 2 2) 4 Jess> (batch "..\\examples\\jess\\sticks.clp" C:\Jess71p2> bin\jess.bat examples\jess\sticks.clp Jess el motor de reglas para la plataforma Java Para utilizarlo se deben especificar 'reglas'. Es necesario proveer 'datos' de acuerdo al problema. Cuando se ejecuta el motor, las reglas pueden ser disparadas. Las reglas pueden crear nuevos datos, o pueden realizar cualquier tarea que se pueda realizar con Java. Elementos Básicos Símbolos – – – Números – Letras, dígitos, $*=+/.<>_?#. Diferencia entre mayúscula y minúscula. nil, TRUE, FALSE son símbolos especiales. 3 4. 5.643 5654L 6.0E4 1D son números válidos Strings – – – Se denotan utilizando comillas dobles: "Hola". \ es carácter de escape. "\n" no es válido como nueva línea. Elementos Básicos Listas – Pares de paréntesis con cero o más símbolos. (+ 3 2) (a b c) ("Hola mundo") () (bind ?x 2) son todas listas válidas. – Llamamos head al primer elemento de las listas. – Comentarios – – ; línea comentada /* comentario de bloque */ Elementos Básicos Todo el código en Jess tiene la forma de llamada a función. No hay operadores. Algunas funciones tienen nombres al estilo de los operadores de java. Las llamadas a función en Jess son simplemente listas. Se pueden anidar llamadas a funciones. Elementos Básicos Ejemplos de llamadas a funciones: – – (+ (+ 2 3) (* 3 3)) (batch "examples/jess/hello.clp") Definición de funciones: Jess> (deffunction max (?a ?b) (if (> ?a ?b) then ?a else ?b)) TRUE Elementos Básicos Variables – – – – Identificadores que comienzan con '?'. Los nombres pueden contener los siguientes caracteres: '-',' _', ':' o '*'. No pueden contener '.'. No se declaran previamente. Jess> (bind ?a 123) 123 Jess> ?a 123 Elementos Básicos Control de flujo Jess> (bind ?i 3) 3 Jess> (while (> ?i 0) (printout t ?i crlf) (-- ?i)) 3 2 1 FALSE Memoria de Trabajo (Working Memory) Jess mantiene una base de conocimiento. Las unidades de conocimiento son hechos (facts). Existen tres tipos de hechos: no ordenados, oscuros y ordenados. Las reglas sólo pueden reaccionar ante agregado, eliminación o cambios en la memoria de trabajo. Cada hecho tiene una plantilla (template). Memoria de Trabajo (Working Memory) Cada plantilla tiene un nombre y un conjunto de slots (como una clase Java o una tabla de una BD relacional). Con el comando facts es posible ver una lista de todos los hechos de la memoria de trabajo. Los hechos se pueden agregar mediante las funciones assert, add y definstance. Memoria de Trabajo (Working Memory) Una declaración deftemplate incluye: – – – – – – un nombre, una string de documentación (opcional), una cláusula extends (opcional) una lista de declaraciones (opcional) y una lista de cero o más slots. cada slot puede tener una lista de calificadores. Hechos no ordenados Tienen campos (slots) con nombre. (auto (marca Ford) (modelo Explorer)) Se deben definir los slots previamente mediante deftemplate. (deftemplate auto "un auto específico" (slot marca) (slot modelo) (slot color (default blanco))) Hechos no ordenados Jess> (reset) Jess> (assert (auto (modelo Megane) (marca Renault))) <Fact-1> Jess> (facts) f-0 (MAIN::initial-fact) f-1 (MAIN::auto (marca Renault) (modelo Megane) (color blanco)) For a total of 2 facts in module MAIN. Hechos no ordenados Un slot puede contener múltiples valores Jess> (deftemplate caja (slot ubicacion) (multislot contenido)) TRUE Jess> (bind ?id (assert (caja (ubicacion cocina) (contenido espatula esponja sarten)))) <Fact-2> Hechos no ordenados Se puede modificar un hecho. Jess> (modify ?id (ubicacion comedor)) <Fact-2> Se puede extender un hecho. Jess> (deftemplate auto-usado extends auto (slot kilometraje)) TRUE Hechos Oscuros Son hechos no ordenados que sirven como 'puentes' hacia objetos Java. Se puede introducir un objeto Java en la memoria de trabajo. Jess> (deftemplate Cuenta (declare (from-class Cuenta)(includevariables TRUE))) Jess> (defclass Cuenta Cuenta) Hechos Ordenados En la mayoría de las oportunidades se utilizan hechos no ordenados. En algunos casos no tiene sentido dar nombres a los slots (numero (value 6)). Hechos ordenados son simplemente listas. (padre-de pedro juan) Jess> (deftemplate padre-de (declare (ordered TRUE))) El algoritmo Rete Se deben aplicar continuamente sentencias ifthen (reglas) a un conjunto de datos (working memory). Para mejorar eficiencia. Se implementa mediante la construcción de una red de nodos. Cada nodo representa uno o más tests encontrados en el lado izquierdo de alguna regla. El algoritmo Rete Cada nodo inferior (terminal) representa una regla. Un conjunto de tests que atraviesa toda la red hacia abajo activa y dispara la regla. Nodos de una entrada y nodos de dos entradas. El algoritmo Rete Optimización compartiendo nodos. Aparecen nuevos nodos que se pueden compartir. El algoritmo Rete Se pueden observar los nodos creados y compartidos mediante el comando watch compilations: +1 – +2 – =1 – =2 – +t Jess genera otros nodos. – Reglas Una regla es similar a una sentencia if…then… Las reglas se ejecutan cuando se satisface la parte del if siempre y cuando el motor de reglas se esté ejecutando (comando run). Ejemplo: Jess> (deftemplate person (slot firstname) (slot lastname) (slot age)) Reglas Las reglas se definen mediante el constructor defrule. Jess> (defrule bienvenido-menor "Saludo para niños" (person {age < 3}) => (printout t "Hola niño!" crlf)) Reglas El lado derecho de las reglas debe contener solamente patrones con posibilidad de matchear con hechos del espacio de trabajo. El lado derecho no puede contener llamadas a función. Siempre se debe ejecutar el comando reset que dispara el hecho inicial (initial-fact). Reglas Jess> (deftemplate person (slot firstName) (slot lastName) (slot age)) TRUE Jess> (watch all) TRUE Jess> (reset) ==> f-0 (MAIN::initial-fact) TRUE Jess> (defrule bienvenido-menor "Saludo para niños" (person {age < 3}) => (printout t "Hola niño!" crlf)) Reglas bienvenido-menor: +1+1+1+t TRUE Jess> (assert (person (age 2))) ==> f-1 (MAIN::person (firstName nil) (lastName nil) (age 2)) ==> Activation: MAIN::bienvenido-menor : f-1 <Fact-1> Jess> (run) FIRE 1 MAIN::bienvenido-menor f-1 Hola niño! <== Focus MAIN 1 Patrones simples Se pueden declarar variables para referirse al contenido de un slot. (person (age ?a) (firstName ?f) (lastName ?l)) Este patrón matchea cualquier hecho person. Se asigna a ?a, ?f y ?l el contenido de age, firstName y lastName de esa instancia respectivamente. Patrones simples Jess> (defrule teenager ?p <- (person {age > 12 && age < 20} (firstName ?name)) => (printout t ?name " is " ?p.age " years old." crlf)) Patrones simples Puede haber reglas con más de un patrón. Jess> (defrule misma-edad-diferente-nombre ?person1 <- (person) ?person2 <- (person {age == person1.age &&lastName != person1.lastName}) => (printout t "Se encontraron personas de " ?person1.age "años." crlf)) Patrones en profundidad Jess> (deftemplate coordenadas (slot x) (slot y)) Jess> (defrule ejemplo-1 (coordenadas (x ?x) (y ?y)) => (printout t "Coordenadas (" ?x ", " ?y ")" crlf)) Patrones en profundidad - Tests Los descriptores de slots pueden incluir cierto número de tests. Los tests van después del nombre de las variables separándose con un símbolo '&' (and) o '|' (or). Actualmente el nombre de la variable es opcional. Patrones en profundidad - Tests Los patrones pueden ser: – Un valor literal: (coordenada (x 1.0)) – Una variable que fue asignada previamente: (coordenada (x ?x)) – Una expresión regular de java entre '/': (person (name /A.*/)) Patrones en profundidad - Tests – Restricción de predicados: El caracter ':' seguido de una llamada a función. En este caso el test se satisface si la función retorna TRUE. (coordenada (x ?x&:(> ?x 10))) – Restricción de valor de retorno: Un signo '=' seguido de un llamado a función. (coordenada (x ?x) (y =(+ ?x 1))) Patrones en profundidad - Tests Una expresión regular de Java encerrada entre '/': (person (name /A.*/)) Cualquiera de los patrones anteriores precedido por el caracter '~' (negación). (coordinate (x ?x) (y ~?x)) Matching en slots múltiples Jess> (defrule match-tres-items (lista-almacen ? ? ?) => (printout t "Hay una lista de tres items." crlf)) TRUE Jess> (assert (lista-almacen huevos leche manteca)) <Fact-0> Jess> (run) Hay una lista de tres items. 1 Matching en slots múltiples Jess> (defrule match-lista-completa (lista-almacen $?list) => (printout t "Necesito comprar " ?list crlf)) TRUE Jess> (assert (lista-almacen huevos leche manteca)) <Fact-0> Jess> (run) Necesito comprar (huevos leche manteca) 1 Asignación de patrones Jess> (defrule example-5-1 ?fact <- (initial-fact) => (printout t (call ?fact getName) crlf)) TRUE Jess> (reset) TRUE Jess> (run) initial-fact 1 Elementos condicionales 'and', 'or', 'not', 'exists', 'test', 'forall'. Jess> (defrule no-impares (not (numero ?n&:(oddp ?n))) => (printout t "No hay números impares." crlf)) Código Java dentro de Jess El código Java: Vector v = new Vector(); v.add("Hola"); System.out.println(v.lastElement()); Se puede insertar así: (bind ?v (new Vector)) (call ?v add "Hola") ((get-member System out) println (?v lastElement)) Código Jess dentro de Java La clase jess.Rete es el motor de inferencia. Contiene los métodos run(), reset(), etc. Para ejecutar otros comandos: eval(String) Rete r = new Rete(); r.eval("(deffunction cuadrado (?n) (return (* ?n ?n)))"); Value v = r.eval("(cuadrado 3)"); System.out.println(v.intValue(r.getGloba lContext()));