Inteligenta Artificiala

Laboratorul 1

Quiz

Nu ai dat quizul pentru laboratorul 1

Plan de lectie

1. Mod de punctare. Regulament (pe care trebuie sa il semneze)
2. Introducere in inteligenta artificiala. Domenii si subdomenii. Aplicatii. Ce vom invata acest semestru.
3. Programarea bazata pe predicate. Ce e o propozitie logica. Ce e un predicat. De ce invatam tocmai prolog.
4. Consola sicstus. Exercitiul cu culorile. Reamintesc modul de upload si faptul ca trebuie sa aiba fisiere diferite pentru exercitii
5. Diferenta intre operatori aritmetici si generali.
6. Backtracking. Exercitiul cu echipele. Corectat codul pentru predicatul colegi. Aratat cum functioneaza pentru adversari(ionel, gigel), apoi pentru adversari(ionel, danel), apoi pentru adversari(X,Y)
7. Operatori logici
8. Pauza
9. Termeni simpli si compusi
10. Variabila anonima
11. Predicatele true si fail. Afisarea tuturor solutiilor pentru un predicat.
12. Recursivitate. Cele doua metode pentru exercitiul cu suma
13. Operatorul de unificare
14. Predicate pentru identificarea tipului de date.
15. Munca individuala

De ce prolog?

• simuleaza bine ideea de rationament, bazandu-se pe fapte si reguli folosite pentru a raspunde la diversele interogari
• in cautarea solutiilor foloseste un motor de backtracking incorporat. Programarea in alte limbaje, gen C sau Java ar impune crearea motorului in acel limbaj si de asemenea creare unui mediu in care pot fi definite faptele sau regulile necesare problemei de rezolvat.
• este printre cele mai folosite limbaje pentru rezolvarea problemelor de inteligenta artificiala.
• mai multe baze de cunostinte folosite in diverse aplicatii sunt scrise in Prolog. De exemplu: WordNet

Bune de citit:

• http://www.drdobbs.com/parallel/the-practical-application-of-prolog/184405220
• http://www.amzi.com/articles/youbet.htm

Introducere in Prolog

• Constante - Pot fi numere (ex: 23, -5, 4.2, -1.0e-10 etc.) sau atomi. Atomii sunt secvente de caractere (alfanumerice sau, conform specificatiilor, din setul: + - * / \ ^ < > = ~ : . ? @ # $ &) care obligatoriu nu pot incepe cu litera mare ori cu caracterul _ si nu pot contine spatii. Atentie, caracterele alfanumerice nu trebuie amestecate cu celelalte (din setul de mai sus), adica, de exemplu, +++ este atom dar +m+ nu este Atomii se pot scrie si intre apostroafe, caz in care in componenta lor pot aparea si spatii iar sirul de caractere care se afla inauntrul apostroafelor poate in acest caz sa inceapa cu litera mare ori _. De asemenea intre apostroafe putem avea si combinatii de caractere alfanumerice cu nealfanumerice, de exemplu, '+m+' este un atom. Alte exemple de atomi: abc, '_abc', a321, 'Alba ca Zapada'.
  
  
• Variabile - Numele lor se reprezinta prin secvente de caractere care incep cu litera mare sau _
  
  
• Fapte - Reprezinta afirmatii, cunostinte considerate adevarate.
  
  predicat(arg1,...,argn).
  
  
• Reguli
  
  concluzie(...):- set de premise aflate in diverse relatii logice
  
  
• Scopuri (interogari) - se folosesc pentru a obtine diverse informatii din baza de cunostinte. Fie doar testeaza valoarea de adevar (daca interogarea nu contine variabile), fie ofera setul de valori pentru variabilele din interogare astfel incat predicatul interogarii sa aiba valoarea de adevar true.
  | ?- predicat_interogare(termen).
| ?- predicat_interogare(Variabila).
  

  Obtinerea solutiilor pentru interogarile cu variabile se face in Prolog cu ajutorul unui mecanism de Backtracking intern.

  Exista si interogari compuse. Acestea presupun o expresie logica formata din mai multe teste (interogari de predicate) care sunt legate cu diversii operatori logici. De exemplu, avem baza de cunostinte incarcata deja in consola Prolog:

  num(2).
num(8).
num(3).
num(10).
num(7).
Sa presupunem ca vrem sa aflam toate sumele care se pot face din numere pare "de tip num" unde primul numar e mai mic decat al doilea. O astfel de interogare ar arata asa: | ?- num(X),X mod 2=:=0, num(Y), Y mod 2=:=0, X<Y, Sum is X+Y.
  X = 2,
  Y = 8,
  Sum = 10 ? ;
  X = 2,
  Y = 10,
  Sum = 12 ? ;
  X = 8,
  Y = 10,
  Sum = 18 ? ;
  no
  | ?-

  In cazul in care vrem sa afisam doar sumele, nu si valorile lui X si Y, scriem varibilele precedate de un _ (interpretorul Prolog nu afiseaza valorile variabilelor din interogare ale caror nume incep cu _ ).

  | ?- num(_X),_X mod 2=:=0, num(_Y), _Y mod 2=:=0, _X<_Y, Sum is _X+_Y.
  Sum = 10 ? ;
  Sum = 12 ? ;
  Sum = 18 ? ;
  no
  | ?-

Crearea unui program (sau mai corect spus, baza de cunostinte) in prolog

Programul se va scrie intr-un fisier text care se va salva cu extensia pl. Se poate folosi orice editor de texte, inclusiv notepad insa va recomand Notepad++ sau SWI-Prolog-Editor deoarece acesta afiseaza in culori diferite diversele elemente de sintaxa facand mai usoara atat citirea programului cat si depistarea erorilor.

Pana acum programele scrise de voi erau practic un set ordonat de instructiuni prin care ii spuneati calculatorului ce sa faca si mai ales cum sa realizeze ce avea de facut, ii dadeati indicatii precise asupra actiunilor pe care trebuia sa le indeplineasca. Insa in Prolog nu mai avem instructiuni ci predicate, ii indicam calculatorului ce sa faca (anume care e scopul la care sa ajunga, pe care sa-l indeplineasca) dar nu-i mai indicam efectiv si cum sa faca asta. Fisierele pe care le scriem in prolog sunt de fapt baze de cunostinte. O baza de cunostinte e un set de fapte si reguli care vor ajuta la realizarea rationamentelor.

Pentru a putea folosi baza de cunostinte, aceasta va trebui mai intai incarcata in memorie; aceasta se va face cu ajutorul instructiunii consult
| ?-consult('cale_fisier').

Calea poate fi absoluta sau relativa la active directory.

Pentru a vedea toate faptele si regulile incarcate in memorie, se foloseste predicatul fara parametri: listing.

Daca dorim sa afisam doar faptele si regulile corespunzatoare unui anume predicat folosim: listing(nume_predicat).

Operatori

Cum arata o baza de cunostinte

Sa presupunem faptul ca stim ca autobuzul, troleibuzul, tramvaiul, metroul si caruta sunt mijloace de transport. Autobuzul, troleibuzul, tramvaiul si caruta sunt de suprafata, insa metroul e subteran. Autobuzul si troleibuzul au cate 100 locuri, tramvaiul 150, iar metroul are trei sute.

Vrem sa definim si un predicat numit mai_incapator(X,Y) care primeste doua nume de mijloace de transport si se termina cu succes daca X are mai multe locuri decat Y.

Diverse predicate de testare a tipului

• atom(+Termen) - indica daca termenul este un atom (vezi lab.1)
• atomic(+Termen) - indica daca termenul este un numar sau un atom
• number(+Termen) - indica daca termenul respectiv este numar
• float(+Termen) - indica daca termenul respectiv este numar cu zecimale
• integer(+Termen) - indica daca termenul respectiv este numar intreg
• var(+Termen) - indica daca termenul este o variabila
• nonvar(+Termen) - opusul lui var, se termina cu succes daca termenul nu este o variabila

Observatie:Daca avem un atom a carui forma ne permite sa il folosim fara apostroafe (de exemplu: abc), forma lui cu apostroafe, (adica, pentru exemplul nostru: 'abc'), reprezinta aceeasi valoare.

Atentie: nu se intampla acelasi lucru si pentru numere. Daca scriem 1 fara apostroafe, il vede ca numar, pe cand forma '1' reprezinta un atom, deci valorile sunt diferite.

Unificare. Operatorul de unificare. Functii matematice.

Operatorul is se foloseste pentru a calcula expresii numerice si pentru a aloca valoarea respectiva unei variabile. O lista cu operatorii si functiile matematice suportate de Sicstus Prolog gasiti in documentatie.
Unificarea se realizeaza cu ajutorul operatorului =. Pentru termeni simpli exista mai multe cazuri:

• atat termenul din dreapta cat si termenul din stanga sunt constante, caz in care = se comporta ca un == (testand efectiv egalitatea termenilor).
• termenul din dreapta e e o constanta si termenul din stanga e o variabila neinstantiata, sau invers, termenul din stanga e constanta si cel din dreapta e variabila neinstantiata; in acest caz practic temenul neinstantiat primeste valoarea constantei (se realizeaza o unificare intre variabila si acea constanta)
• atat termenul din dreapta cat si cel din stanga sunt variabile neinstantiate. In acest moment prin unificare practic ambele variabile se refera la acelasi obiect variabil (va puteti gandi ca este aceeasi variabila cu doua nume).

Variabila anonima

Se noteaza cu _ si reprezinta o variabila a carei valoare nu ne intereseaza, in principiu putem avea acolo "orice". Se foloseste pentru variabile care altfel ar aparea drept singleton, acestea sunt variabile care apar doar o singura data in cadrul unei reguli, prin urmare nu exista restrictii asupra lor. Desi mesajul de singleton variables e doar un warning e bine sa il evitati in program pentru a avea un cod mai usor de urmarit.

Structuri(termeni compusi)

O structura se aseamana unui predicat din punct de vedere sinctactic, in sensul ca are aceeasi forma: nume_structura(elem1,elem2,...). Insa, spre deosebire de predicate, o structura nu e vazuta ca avand valoare de adevar, e doar un termen care grupeaza mai multe date. Pentru a testa daca un termen este compus sau nu, se folosesc predicatele:

• simple(+Termen) - va fi adevarat daca Termen nu este compus

  Exemple:
  | ?- simple(3).
  yes
  | ?- simple(a(b,c)).
  no
  | ?- simple(T).
  true ?
  yes
  

• compound(+Termen) - opusul lui simple, va fi adevarat daca Termen este compus.

  Exemple:
  | ?- compound(T).
  no
  | ?- compound(a(b,c)).
  yes
  

Comparatii intre termeni compusi

Se realizeaza comparatiile obisnuite pe termeni.

Unificarea in cazul termenilor compusi.

Atunci cand unul din termeni e neinstantiat evident va primi ca valoare acea structura.

Daca ambii termeni ai unificarii sunt instantiati cu o anumita structura, pentru a se realiza unificarea, trebuie in primul rand ca numele structurilor si numarul de parametri sa coincida, apoi practic se va realiza unificarea pentru fiecare componenta a structurii. Mai jos in primul caz raspunsul e no pentru ca numele termenilor compusi nu coincid, iar in al doilea caz numarul de parametri nu coincide:

Daca structurile sunt compatibile, ca in exemplul de mai jos, se realizeaza unificarea pe fiecare componenta a structurii:

Mai jos structurile nu sunt compatibile deoarece difera a doua componenta:

Rezolvati teme astfel incat sa ajungi la un punctaj aproximativ de 0.5. Este indicat sa lucrati astfel incat sa obtineti un pic mai mult de 0.5 deoarece pot exista penalizari pentru greselile din teme.