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AI-For-Beginners
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AI-For-Beginners/translations/it/lessons/2-Symbolic/Animals.ipynb

477 lines
18 KiB
Plaintext
Raw Blame History

{
"cells": [
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {
"collapsed": true
},
"source": [
"# Implementazione di un Sistema Esperto per Animali\n",
"\n",
"Un esempio dal [Curriculum AI per Principianti](http://github.com/microsoft/ai-for-beginners).\n",
"\n",
"In questo esempio, implementeremo un semplice sistema basato sulla conoscenza per determinare un animale in base ad alcune caratteristiche fisiche. Il sistema può essere rappresentato dal seguente albero AND-OR (questa è una parte dell'intero albero, possiamo facilmente aggiungere altre regole):\n",
"\n",
"![](../../../../../../translated_images/it/AND-OR-Tree.5592d2c70187f283.webp)\n"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"## Il nostro shell per sistemi esperti con inferenza backward\n",
"\n",
"Proviamo a definire un linguaggio semplice per la rappresentazione della conoscenza basato su regole di produzione. Useremo le classi Python come parole chiave per definire le regole. Ci sarebbero essenzialmente 3 tipi di classi:\n",
"* `Ask` rappresenta una domanda che deve essere posta all'utente. Contiene l'insieme delle possibili risposte.\n",
"* `If` rappresenta una regola, ed è solo uno zucchero sintattico per memorizzare il contenuto della regola\n",
"* `AND`/`OR` sono classi per rappresentare rami AND/OR dell'albero. Memorizzano semplicemente la lista degli argomenti al loro interno. Per semplificare il codice, tutta la funzionalità è definita nella classe padre `Content`\n"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 1,
"metadata": {
"trusted": true
},
"outputs": [],
"source": [
"class Ask():\n",
" def __init__(self,choices=['y','n']):\n",
" self.choices = choices\n",
" def ask(self):\n",
" if max([len(x) for x in self.choices])>1:\n",
" for i,x in enumerate(self.choices):\n",
" print(\"{0}. {1}\".format(i,x),flush=True)\n",
" x = int(input())\n",
" return self.choices[x]\n",
" else:\n",
" print(\"/\".join(self.choices),flush=True)\n",
" return input()\n",
"\n",
"class Content():\n",
" def __init__(self,x):\n",
" self.x=x\n",
" \n",
"class If(Content):\n",
" pass\n",
"\n",
"class AND(Content):\n",
" pass\n",
"\n",
"class OR(Content):\n",
" pass"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"Nel nostro sistema, la memoria di lavoro conterrebbe l'elenco di **fatti** come **coppie attributo-valore**. La base di conoscenza può essere definita come un grande dizionario che associa azioni (nuovi fatti che dovrebbero essere inseriti nella memoria di lavoro) a condizioni, espresse come espressioni AND-OR. Inoltre, alcuni fatti possono essere `Ask`-ati.\n"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 2,
"metadata": {
"trusted": true
},
"outputs": [],
"source": [
"rules = {\n",
" 'default': Ask(['y','n']),\n",
" 'color' : Ask(['red-brown','black and white','other']),\n",
" 'pattern' : Ask(['dark stripes','dark spots']),\n",
" 'mammal': If(OR(['hair','gives milk'])),\n",
" 'carnivor': If(OR([AND(['sharp teeth','claws','forward-looking eyes']),'eats meat'])),\n",
" 'ungulate': If(['mammal',OR(['has hooves','chews cud'])]),\n",
" 'bird': If(OR(['feathers',AND(['flies','lies eggs'])])),\n",
" 'animal:monkey' : If(['mammal','carnivor','color:red-brown','pattern:dark spots']),\n",
" 'animal:tiger' : If(['mammal','carnivor','color:red-brown','pattern:dark stripes']),\n",
" 'animal:giraffe' : If(['ungulate','long neck','long legs','pattern:dark spots']),\n",
" 'animal:zebra' : If(['ungulate','pattern:dark stripes']),\n",
" 'animal:ostrich' : If(['bird','long nech','color:black and white','cannot fly']),\n",
" 'animal:pinguin' : If(['bird','swims','color:black and white','cannot fly']),\n",
" 'animal:albatross' : If(['bird','flies well'])\n",
"}"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"Per eseguire l'inferenza all'indietro, definiremo la classe `Knowledgebase`. Essa conterrà:\n",
"* Una `memory` di lavoro - un dizionario che mappa attributi a valori\n",
"* Le `rules` della knowledgebase nel formato definito sopra\n",
"\n",
"Due metodi principali sono:\n",
"* `get` per ottenere il valore di un attributo, eseguendo l'inferenza se necessario. Ad esempio, `get('color')` otterrà il valore di uno slot colore (chiederà se necessario, e memorizzerà il valore per uso futuro nella working memory). Se chiediamo `get('color:blue')`, chiederà un colore, e quindi restituirà il valore `y`/`n` a seconda del colore.\n",
"* `eval` esegue la vera inferenza, cioè attraversa l'albero AND/OR, valuta i sotto-obiettivi, ecc.\n"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 3,
"metadata": {
"trusted": true
},
"outputs": [],
"source": [
"class KnowledgeBase():\n",
" def __init__(self,rules):\n",
" self.rules = rules\n",
" self.memory = {}\n",
" \n",
" def get(self,name):\n",
" if ':' in name:\n",
" k,v = name.split(':')\n",
" vv = self.get(k)\n",
" return 'y' if v==vv else 'n'\n",
" if name in self.memory.keys():\n",
" return self.memory[name]\n",
" for fld in self.rules.keys():\n",
" if fld==name or fld.startswith(name+\":\"):\n",
" # print(\" + proving {}\".format(fld))\n",
" value = 'y' if fld==name else fld.split(':')[1]\n",
" res = self.eval(self.rules[fld],field=name)\n",
" if res!='y' and res!='n' and value=='y':\n",
" self.memory[name] = res\n",
" return res\n",
" if res=='y':\n",
" self.memory[name] = value\n",
" return value\n",
" # field is not found, using default\n",
" res = self.eval(self.rules['default'],field=name)\n",
" self.memory[name]=res\n",
" return res\n",
" \n",
" def eval(self,expr,field=None):\n",
" # print(\" + eval {}\".format(expr))\n",
" if isinstance(expr,Ask):\n",
" print(field)\n",
" return expr.ask()\n",
" elif isinstance(expr,If):\n",
" return self.eval(expr.x)\n",
" elif isinstance(expr,AND) or isinstance(expr,list):\n",
" expr = expr.x if isinstance(expr,AND) else expr\n",
" for x in expr:\n",
" if self.eval(x)=='n':\n",
" return 'n'\n",
" return 'y'\n",
" elif isinstance(expr,OR):\n",
" for x in expr.x:\n",
" if self.eval(x)=='y':\n",
" return 'y'\n",
" return 'n'\n",
" elif isinstance(expr,str):\n",
" return self.get(expr)\n",
" else:\n",
" print(\"Unknown expr: {}\".format(expr))"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"Definiamo ora la nostra base di conoscenza sugli animali ed eseguiamo la consultazione. Nota che questa chiamata ti farà delle domande. Puoi rispondere digitando `y`/`n` per domande sì-no, oppure specificando un numero (0..N) per domande con risposte multiple più lunghe.\n"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 4,
"metadata": {
"trusted": true
},
"outputs": [
{
"name": "stdout",
"output_type": "stream",
"text": [
"hair\n",
"y/n\n",
"sharp teeth\n",
"y/n\n",
"claws\n",
"y/n\n",
"forward-looking eyes\n",
"y/n\n",
"color\n",
"0. red-brown\n",
"1. black and white\n",
"2. other\n",
"has hooves\n",
"y/n\n",
"long neck\n",
"y/n\n",
"long legs\n",
"y/n\n",
"pattern\n",
"0. dark stripes\n",
"1. dark spots\n"
]
},
{
"data": {
"text/plain": [
"'giraffe'"
]
},
"execution_count": 4,
"metadata": {},
"output_type": "execute_result"
}
],
"source": [
"kb = KnowledgeBase(rules)\n",
"kb.get('animal')"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"## Utilizzo di Experta per l'Inferenza Diretta\n",
"\n",
"Nel prossimo esempio, cercheremo di implementare l'inferenza diretta utilizzando una delle librerie per la rappresentazione della conoscenza, [Experta](https://github.com/nilp0inter/experta). **Experta** è una libreria per creare sistemi di inferenza diretta in Python, progettata per essere simile al classico vecchio sistema [CLIPS](http://www.clipsrules.net/index.html).\n",
"\n",
"Avremmo potuto anche implementare la catena diretta da soli senza molti problemi, ma le implementazioni ingenue di solito non sono molto efficienti. Per un matching delle regole più efficace si utilizza un algoritmo speciale chiamato [Rete](https://en.wikipedia.org/wiki/Rete_algorithm).\n"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 5,
"metadata": {
"trusted": true
},
"outputs": [
{
"name": "stdout",
"output_type": "stream",
"text": [
"Collecting git+https://github.com/nilp0inter/experta\n",
" Cloning https://github.com/nilp0inter/experta to /tmp/pip-req-build-7qurtwk3\n",
" Running command git clone --filter=blob:none --quiet https://github.com/nilp0inter/experta /tmp/pip-req-build-7qurtwk3\n",
" Resolved https://github.com/nilp0inter/experta to commit c6d5834b123861f5ae09e7d07027dc98bec58741\n",
" Installing build dependencies ... \u001b[?25ldone\n",
"\u001b[?25h Getting requirements to build wheel ... \u001b[?25ldone\n",
"\u001b[?25h Preparing metadata (pyproject.toml) ... \u001b[?25ldone\n",
"\u001b[?25hRequirement already satisfied: frozendict~=2.4.6 in /opt/conda/envs/ai4beg/lib/python3.12/site-packages (from experta==1.9.5.dev1) (2.4.7)\n",
"Collecting schema~=0.6.7 (from experta==1.9.5.dev1)\n",
" Downloading schema-0.6.8-py2.py3-none-any.whl.metadata (14 kB)\n",
"Downloading schema-0.6.8-py2.py3-none-any.whl (14 kB)\n",
"Building wheels for collected packages: experta\n",
" Building wheel for experta (pyproject.toml) ... \u001b[?25ldone\n",
"\u001b[?25h Created wheel for experta: filename=experta-1.9.5.dev1-py3-none-any.whl size=34804 sha256=888c459512a5e713f4b674caa9a0f96cfdf07ec0d6eb56cc318ce0653d218014\n",
" Stored in directory: /tmp/pip-ephem-wheel-cache-1eeii9zy/wheels/3d/e8/bb/22d7956359603fa8dd679aa09f5b8efb3f29991c3986fdc787\n",
"Successfully built experta\n",
"Installing collected packages: schema, experta\n",
"\u001b[2K \u001b[90m━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━\u001b[0m \u001b[32m2/2\u001b[0m [experta]\n",
"\u001b[1A\u001b[2KSuccessfully installed experta-1.9.5.dev1 schema-0.6.8\n"
]
}
],
"source": [
"import sys\n",
"!{sys.executable} -m pip install git+https://github.com/nilp0inter/experta"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 13,
"metadata": {
"trusted": true
},
"outputs": [],
"source": [
"from experta import *\n",
"#import experta"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"Definiremo il nostro sistema come una classe che estende `KnowledgeEngine`. Ogni regola è definita da una funzione separata con annotazione `@Rule`, che specifica quando la regola deve essere attivata. All'interno della regola, possiamo aggiungere nuovi fatti usando la funzione `declare`, e l'aggiunta di questi fatti comporterà l'attivazione di altre regole da parte del motore di inferenza in avanti.\n"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 14,
"metadata": {
"trusted": true
},
"outputs": [],
"source": [
"class Animals(KnowledgeEngine):\n",
" @Rule(OR(\n",
" AND(Fact('sharp teeth'),Fact('claws'),Fact('forward looking eyes')),\n",
" Fact('eats meat')))\n",
" def cornivor(self):\n",
" self.declare(Fact('carnivor'))\n",
" \n",
" @Rule(OR(Fact('hair'),Fact('gives milk')))\n",
" def mammal(self):\n",
" self.declare(Fact('mammal'))\n",
"\n",
" @Rule(Fact('mammal'),\n",
" OR(Fact('has hooves'),Fact('chews cud')))\n",
" def hooves(self):\n",
" self.declare('ungulate')\n",
" \n",
" @Rule(OR(Fact('feathers'),AND(Fact('flies'),Fact('lays eggs'))))\n",
" def bird(self):\n",
" self.declare('bird')\n",
" \n",
" @Rule(Fact('mammal'),Fact('carnivor'),\n",
" Fact(color='red-brown'),\n",
" Fact(pattern='dark spots'))\n",
" def monkey(self):\n",
" self.declare(Fact(animal='monkey'))\n",
"\n",
" @Rule(Fact('mammal'),Fact('carnivor'),\n",
" Fact(color='red-brown'),\n",
" Fact(pattern='dark stripes'))\n",
" def tiger(self):\n",
" self.declare(Fact(animal='tiger'))\n",
"\n",
" @Rule(Fact('ungulate'),\n",
" Fact('long neck'),\n",
" Fact('long legs'),\n",
" Fact(pattern='dark spots'))\n",
" def giraffe(self):\n",
" self.declare(Fact(animal='giraffe'))\n",
"\n",
" @Rule(Fact('ungulate'),\n",
" Fact(pattern='dark stripes'))\n",
" def zebra(self):\n",
" self.declare(Fact(animal='zebra'))\n",
"\n",
" @Rule(Fact('bird'),\n",
" Fact('long neck'),\n",
" Fact('cannot fly'),\n",
" Fact(color='black and white'))\n",
" def straus(self):\n",
" self.declare(Fact(animal='ostrich'))\n",
"\n",
" @Rule(Fact('bird'),\n",
" Fact('swims'),\n",
" Fact('cannot fly'),\n",
" Fact(color='black and white'))\n",
" def pinguin(self):\n",
" self.declare(Fact(animal='pinguin'))\n",
"\n",
" @Rule(Fact('bird'),\n",
" Fact('flies well'))\n",
" def albatros(self):\n",
" self.declare(Fact(animal='albatross'))\n",
" \n",
" @Rule(Fact(animal=MATCH.a))\n",
" def print_result(self,a):\n",
" print('Animal is {}'.format(a))\n",
" \n",
" def factz(self,l):\n",
" for x in l:\n",
" self.declare(x)"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"Una volta definita una base di conoscenza, popoliamo la nostra memoria di lavoro con alcuni fatti iniziali, e poi chiamiamo il metodo `run()` per eseguire l'inferenza. Puoi vedere come risultato che nuovi fatti dedotti vengono aggiunti alla memoria di lavoro, incluso il fatto finale sull'animale (se abbiamo impostato correttamente tutti i fatti iniziali).\n"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": 15,
"metadata": {
"trusted": true
},
"outputs": [
{
"name": "stdout",
"output_type": "stream",
"text": [
"Animal is tiger\n"
]
},
{
"data": {
"text/plain": [
"FactList([(0, InitialFact()),\n",
" (1, Fact(color='red-brown')),\n",
" (2, Fact(pattern='dark stripes')),\n",
" (3, Fact('sharp teeth')),\n",
" (4, Fact('claws')),\n",
" (5, Fact('forward looking eyes')),\n",
" (6, Fact('gives milk')),\n",
" (7, Fact('mammal')),\n",
" (8, Fact('carnivor')),\n",
" (9, Fact(animal='tiger'))])"
]
},
"execution_count": 15,
"metadata": {},
"output_type": "execute_result"
}
],
"source": [
"ex1 = Animals()\n",
"ex1.reset()\n",
"ex1.factz([\n",
" Fact(color='red-brown'),\n",
" Fact(pattern='dark stripes'),\n",
" Fact('sharp teeth'),\n",
" Fact('claws'),\n",
" Fact('forward looking eyes'),\n",
" Fact('gives milk')])\n",
"ex1.run()\n",
"ex1.facts"
]
},
{
"cell_type": "code",
"execution_count": null,
"metadata": {},
"outputs": [],
"source": []
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"---\n\n<!-- CO-OP TRANSLATOR DISCLAIMER START -->\n**Dichiarazione di non responsabilità**:\nQuesto documento è stato tradotto utilizzando il servizio di traduzione automatica AI [Co-op Translator](https://github.com/Azure/co-op-translator). Pur impegnandoci per l'accuratezza, si prega di notare che le traduzioni automatiche possono contenere errori o imprecisioni. Il documento originale nella sua lingua nativa deve essere considerato la fonte autorevole. Per informazioni critiche, è consigliata una traduzione professionale effettuata da un umano. Non ci assumiamo alcuna responsabilità per incomprensioni o interpretazioni errate derivanti dall'uso di questa traduzione.\n<!-- CO-OP TRANSLATOR DISCLAIMER END -->\n"
]
}
],
"metadata": {
"kernelspec": {
"display_name": "Python 3.7.4 64-bit (conda)",
"metadata": {
"interpreter": {
"hash": "86193a1ab0ba47eac1c69c1756090baa3b420b3eea7d4aafab8b85f8b312f0c5"
}
},
"name": "python3"
},
"language_info": {
"codemirror_mode": {
"name": "ipython",
"version": 3
},
"file_extension": ".py",
"mimetype": "text/x-python",
"name": "python",
"nbconvert_exporter": "python",
"pygments_lexer": "ipython3",
"version": "3.11.2"
},
"coopTranslator": {
"original_hash": "8ef43db4b9182239fd150a76bd494fdb",
"translation_date": "2026-01-15T14:04:17+00:00",
"source_file": "lessons/2-Symbolic/Animals.ipynb",
"language_code": "it"
}
},
"nbformat": 4,
"nbformat_minor": 2
}
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