Lenguaje de programación Jess

Java

ExpertSystem

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 emailatorres@fceia.unr.edu.ar y cliquear en:

Stable version Jess 7.1p2 source, docs and samples, zip format

Username: user1714Password: noybgoc6Licencia 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 (denivel 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 ynombrarlo "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 laplataforma Java

� Para utilizarlo se deben especificar 'reglas'.

� Es necesario proveer 'datos' de acuerdo alproblema.

� Cuando se ejecuta el motor, las reglas puedenser disparadas.

� Las reglas pueden crear nuevos datos, opueden realizar cualquier tarea que se pueda realizar con Java.

Elementos Básicos

� Símbolos– Letras, dígitos, $*=+/.<>_?# .– Diferencia entre mayúscula y minúscula.– nil , TRUE, FALSEson símbolos especiales.

� Números– 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 dellamada a función.

� No hay operadores. Algunas funciones tienen nombres al estilo de los operadores de java.

� Las llamadas a función en Jess sonsimplemente 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)

123Jess> ?a123

Elementos Básicos

� Control de flujoJess> (bind ?i 3)3Jess> (while (> ?i 0)

(printout t ?i crlf) (-- ?i))

3 2 1FALSE

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 anteagregado, eliminación o cambios en lamemoria de trabajo.

� Cada hecho tiene una plantilla (template).

Memoria de Trabajo (Working Memory)

� Cada plantilla tiene un nombre y un conjuntode slots (como una clase Java o una tabla deuna BD relacional).

� Con el comando facts es posible ver una lista de todos los hechos de la memoria detrabajo.

� 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) (modeloMegane) (color blanco))

For a total of 2 facts in module MAIN.

Hechos no ordenados

� Un slot puede contener múltiples valoresJess> (deftemplate caja (slot

ubicacion) (multislot contenido))

TRUE

Jess> (bind ?id (assert (caja(location cocina) (contenidoespatula 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 lamemoria de trabajo.

Jess> (deftemplate Cuenta (declare (from-class Cuenta)(include-variables 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 if-then (reglas) a un conjunto de datos (working memory).

� Para mejorar eficiencia.

� Se implementa mediante la construcción deuna red de nodos.

� Cada nodo representa uno o más testsencontrados 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 laregla.

� Nodos de una entrada ynodos 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 laparte del if siempre y cuando el motor dereglas se esté ejecutando (comando run ).

� Ejemplo:Jess> (deftemplate person (slot

firstname) (slot lastname) (slot age))

Reglas

� Las reglas se definen mediante el constructordefrule.

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 dematchear con hechos del espacio de trabajo.

� El lado derecho no puede contener llamadas afunción.

� Siempre se debe ejecutar el comando resetque 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) (age2))

==> Activation: MAIN::welcome-toddlers : f-1

<Fact-1>

Jess> (run)

FIRE 1 MAIN::welcome-toddlers f-1

Hola niño!

<== Focus MAIN

1

Patrones simples

� Se pueden declarar variables para referirse alcontenido 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 lasvariables 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 ':' seguidode una llamada a función. En este caso el test sesatisface 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.getGlobalContext()));