Систему отслеживания истинности предположений, разработанную Мак-Аллестером [McAllester, 1980], нельзя отнести к самым первым, но ее, пожалуй, лучше всего использовать в качестве наглядного пособия. Использованный им метод пересмотра предполагает наличие в системе базы данных утверждений, в которой пользователь может квалифицировать формулы как "истинные", "ложные" или "неопределенные". Таким образом, в основе метода лежит трехзначная логика, в отличие от классической двузначной, которую мы рассматривали в главе 8. Система представляет утверждения в виде узлов, которые хранят соответствующие значения.
Ограничения, которые накладывает на содержимое базы данных утверждений система отслеживания истинности, представляют собой фундаментальные аксиомы логики высказываний. Например, аксиома
¬(U^¬U)
утверждает, что высказывание U может быть одновременно и истинным, и ложным. (Учтите, что -U является метапеременной, которая представляет любое высказывание.) Система отслеживания истинности предположений, разработанная Мак-Аллестером, как и большинство других подобных систем, имеет дело только с формулами, которые не содержат кванторов. Например, в теорию может входить высказывание DEAD(fred), но не может входить (любой X)(DEAD(X)). Это ограничение существует по той простой причине, что не всегда возможно установить совместимость теории первого порядка, как это отмечалось в главе 8.
Система отслеживания истинности выполняет по отношению к базе данных четыре функции.
(1) Реализует множество дедукций высказываний, которые Мак-Аллестер назвал распространением пропозициональных принуждений (propositional constraint propagation).
(2) Формирует обоснования при присвоении высказываниям значений истинности, когда такое присвоение выполняется в результате распространения принуждений (а не при установке значения пользователем). Таким образом, если мы приходим к заключению, что q истинно, поскольку истинны p и (pq), то р и (pq) образуют часть обоснования для q.
(3) Обновляет базу данных утверждений, как только какое-либо высказывание удаляется. Так, если мы приходим к выводу, что q истинно, поскольку истинны р и (pq), а затем удаляем р, то нужно соответственно и "дезавуировать" относящееся к q обоснование {р, (pq)}, и аннулировать сделанное ранее присвоение q до тех пор, пока истинность этого высказывания нельзя будет вывести из других высказываний, остающихся в базе данных.
(4) Отслеживает цепочку предположений, которые привели к противоречию, с помощью метода, получившего наименование обратное прослеживание, ведомое зависимостями (dependency-directed backtracking). После этого пользователю предлагается удалить одно из предположений, "виновных" в появлении противоречия.
Задавшись предположениями р и (— p v q) и пользуясь механизмом распространения принуждений, система отслеживания истинности может получить q. Затем она формирует поддерживающую структуру, представленную на рис. 19.2. Каждый узел в этой сети представляет собой фрейм (см. о фреймах в главе 6) с набором слотов, один из которых хранит наименование узла, другой — значение истинности, а третий — указатель на обоснование. Обоснование представлено другим фреймом, который содержит таблицу поддерживающих высказываний и их значения истинности. В структуре на рис. 19.2 истинность узла q подтверждается тем фактом, что узлы, представляющие р и (— p v g), отмечены как имеющие значения "истина". Обратите внимание на то, что узлы, представляющие предположения, как, например, р, не имеют указателей на фреймы обоснования, поскольку они полагаются истинными по определению.
Если в дальнейшем окажется, что значение q несовместимо с содержимым остальной базы данных утверждений, то, анализируя описанную структуру данных, можно будет выйти на фреймы обоснования. После этого пользователю будет предоставлена возможность проследить цепочку зависимостей, связанную либо с р, либо с (-p v q). Для выполнения такого отслеживания очень важно, чтобы структуры поддержки были убедительными. Убедительность структуры означает отсутствие зацикливания, т.е. отсутствие такой ситуации, когда некоторое высказывание не подтверждает через "посредников" само себя.
Обратите внимание — все утверждения являются либо предположениями, введенными пользователем, либо обосновываются наличием других утверждений. В следующем разделе мы рассмотрим другую, более сложную систему отслеживания истинности предположений, в которой допускается использовать в качестве обоснования отсутствие запрещающей информации.
Рис. 19.2. Структура представления связей между высказываниями
19.3. Немонотонное обоснование
Подход, предложенный Дойлом [Doyle, 1979], отличается от того, который применил Мак-Аллестер. Он основан на философии "здравого смысла", в частности на презумпции значения по умолчанию. В первом приближении, помимо хранения допущений, подтвержденных какими-либо свидетельствами, хранятся также допущения, основанные на резонном предположении, т.е. допущения, свидетельства против которых отсутствуют.
Обоснования (или, пользуясь терминологией Доила, резоны) в пользу допущения Р представляют собой упорядоченную пару списков (INP, OUTp). Список INp— обычные обоснования в форме, которая аналогична использованной Мак-Аллестером. Он содержит высказывания, истинность которых является необходимым условием истинности Р. Список OUTp содержит высказывания, присутствие которых во множестве допущений указывает на ложность Р. Это множество получило название множества немонотонных обоснований (nonmonotonic justification), поскольку добавление высказывания в него потребует отказаться от сделанного ранее допущения. В подходе, который рассматривался Мак-Аллестером, этот вариант не анализировался.
Пусть, например, обоснование для значения р имеет вид
({}, {-p}).
Это означает, что можно предполагать наличие р до тех пор, пока это обоснование не станет ложным. Обоснование для q пусть имеет вид
({p}, {r}).
Такое обоснование означает, что можно предполагать наличие q до тех пор, пока высказывание р присутствует в множестве текущих допущений (в терминологии Доила — получает статус поддержки (support status) "включено" — in), а высказывание r отсутствует в множестве допущений (в терминологии Доила — получает статус поддержки "исключено" — out). Обратите внимание на то, что обоснования могут быть связанными, как в приведенном выше примере. Если -р имеет статус исключено, то, следовательно, р имеет статус включено, а тогда и q имеет статус включено до тех пор, пока r имеет статус исключено.
Такая цепочка причинно-следственных связей называется SL-обоснованием (SL — сокращение от support list). Общее правило для SL-обоснований гласит, что допущение Р присутствует в текущем множестве допущений только в том случае, если каждое из допущений, перечисленных в списке IN, имеет статус включено, а каждое из допущений, перечисленных в списке OUT, имеет статус исключено.
Дуальная структура обоснований, предложенная Дойлом, может быть использована для разделения допущений на три группы.
(1) Посылки (premises), т.е. высказывания, которые полагаются истинными без всякого обоснования (по определению). Пользуясь обозначениями из теории множеств, можно следующим образом представить определение посылки:
{Р В | INp= OUTp= не существует } .
(2) Дедукции (deductions), т.е. высказывания, которые являются заключениями нормальной монотонной дедукции. В обозначениях теории множеств дедукции представляются выражением
(2) Проверить консеквенсы данного узла. Если таковых не существует, то изменить статус узла с исключено на включено, сформировать связанные с ним списки IN и OUT и на этом закончить. В противном случае сформировать список L, в который включить узел и его множество последствий, зафиксировать статус включено-исключено каждого из этих узлов, временно присвоить им статус nil и перейти к шагу (3).
(3) Для каждого узла N из списка L попытаться отыскать действительное и убедительное обоснование, которое позволяет изменить статус этого узла на включено. Если таковое найдено не будет, присвоить узлу статус исключено. В любом варианте изменения статуса узла распространить это изменение на его консеквенсы. (Примечание. Обоснование является действительным, если каждый узел, перечисленный в его списке IN, имеет статус включено, а каждый узел, перечисленный в списке OUT, — статус исключено. Обоснование является убедительным в том случае, когда в его логической цепочке отсутствует зацикливание. Например, обоснования ({-Р},{}) и ({},{Р}) являются зацикленными по отношению к Р. Из первого следует, что Р имеет статус включено только в случае, если —P также имеет статус включено, а из второго следует, что Р имеет статус включено только в случае, если Р имеет статус исключено. Таким образом, каждое обоснование, если применить его в отношении высказывания Р, приводит к противоречию.)
(4) Если некоторый узел в списке L имеет состояние включено и отмечен как противоречивый, то запустить процедуру обратного прослеживания, ведомого зависимостями (dependency-directed backtracking). Если в процессе выполнения этой процедуры вновь возникнут условия для запуска процесса отслеживания истинности предположений (шаги (1)-(3)), повторять эти шаги до тех пор, пока не будут разрешены все противоречия.
(5) Сравнить текущий статус поддержки каждого узла из списка L с его прежним статусом, зафиксированным ранее, и известить пользователя обо всех произведенных изменениях статуса.
Обе системы — и Мак-Аллестера, и Доила — демонстрируют более "интеллектуальный" подход к решению проблемы адекватного и непротиворечивого описания мира, чем тот, который был использован в рассмотренной ранее системе STRIPS (см. главу 7). В обоих случаях системы отслеживания истинности предположений берут на себя заботы об обновлении модели мира посредством распространения аналогов операций ADD и DELETE по сети зависимостей. Если при этом обнаруживается, что в модели возникли противоречия, пользователю предлагается отказаться от какой-либо из посылок, которые послужили причиной такого противоречия, и восстановить тем самым целостность модели.
19.2. Пара конфликтующих выражений
Приведенная ниже программа на языке CLIPS реализует простой алгоритм отслеживания истинности предположений по отношению к простым атомарным выражениям. Литералы являются атомарными высказываниями, имеющими статус либо включено, либо исключено. Список inlist некоторого выражения включает те выражения, которые должны иметь статус включено для того, чтобы и данное выражение имело статус включено. Список outlist некоторого выражения включает те выражения, которые должны иметь статус исключено, для того, чтобы данное выражение имело статус включено. Как и ранее, пустые списки поддержки по умолчанию имеют значение -1.
;; ШАБЛОНЫ
;; Литерал - атомарное высказывание.
(deftemplate literal (field id (type INTEGER})
(field atom (type SYMBOL))
(field status (type SYMBOL) (default unk))
(multifield inlist (type INTEGER) (default -1))
(multifield outlist (type INTEGER) (default -1))
)
;; Исходная модель мира.
(deffacts model
(literal (id 0) (atom P) (status in) (outlist 1) )
(literal (id 1) (atom Q) (status in) (outlist 0) )
)
;; ПРАВИЛА
;; Если выражение в списке outlist
;; выражения S имеет статус out
;; и выражение S имеет пустой список inlist,
;; то присвоить выражению S статус in.
(defrule in
(literal (id ?A) (status out)) ?F <-
(literal (status out) (inlist -1) (outlist ?A))
=> (modify ?F (status in))
)
Если выражение в списке outlist выражения S имеет статус in, то присвоить выражению S статус out. Обратите внимание на то, что в этом правиле наличие списка inlist для выражения S не имеет значения,
q), то р и (p