RomanNum3ral
/
AI-For-Beginners
mirror of https://github.com/microsoft/AI-For-Beginners.git
1
0
Fork 0
Code Issues Packages Projects Releases Wiki Activity
AI-For-Beginners/translations/ru/lessons/2-Symbolic/Animals.ipynb

477 lines
21 KiB
Plaintext
Raw Blame History

This file contains ambiguous Unicode characters

This file contains Unicode characters that might be confused with other characters. If you think that this is intentional, you can safely ignore this warning. Use the Escape button to reveal them.

{
"cells": [
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {
"collapsed": true
},
"source": [
"# Реализация экспертной системы для животных\n",
"\n",
"Пример из [Учебной программы по ИИ для начинающих](http://github.com/microsoft/ai-for-beginners).\n",
"\n",
"В этом примере мы реализуем простую систему на основе знаний для определения животного на основе некоторых физических характеристик. Система может быть представлена в виде следующего дерева И-ИЛИ (это часть всего дерева, мы легко можем добавить несколько дополнительных правил):\n",
"\n",
"![](../../../../../../translated_images/ru/AND-OR-Tree.5592d2c70187f283.webp)\n"
]
},
{
"cell_type": "markdown",
"metadata": {},
"source": [
"## Собственная оболочка экспертных систем с обратным выводом\n",
"\n",
"Давайте попробуем определить простой язык для представления знаний на основе продукционных правил. Мы будем использовать классы Python в качестве ключевых слов для определения правил. По сути, будет 3 типа классов:\n",
"* `Ask` представляет вопрос, который необходимо задать пользователю. Он содержит набор возможных ответов.\n",
"* `If` представляет правило и является просто синтаксическим сахаром для хранения содержимого правила.\n",
"* `AND`/`OR` — классы для представления ветвей И/ИЛИ дерева. Они просто хранят список аргументов внутри. Для упрощения кода вся функциональность определяется в родительском классе `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": [
"В нашей системе рабочая память будет содержать список **фактов** в виде **пар атрибут-значение**. Базу знаний можно определить как один большой словарь, который сопоставляет действия (новые факты, которые должны быть добавлены в рабочую память) с условиями, выраженными в виде выражений И-ИЛИ. Также некоторые факты могут быть `Ask`.\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": [
"Чтобы выполнить обратный вывод, мы определим класс `Knowledgebase`. Он будет содержать:\n",
"* Рабочую `memory` — словарь, который сопоставляет атрибуты со значениями\n",
"* Правила базы знаний `rules` в формате, определённом выше\n",
"\n",
"Два основных метода:\n",
"* `get` для получения значения атрибута, выполняя вывод при необходимости. Например, `get('color')` получит значение цветового слота (при необходимости спросит и сохранит значение для дальнейшего использования в рабочей памяти). Если мы вызовем `get('color:blue')`, он спросит про цвет, а затем вернёт значение `y`/`n` в зависимости от цвета.\n",
"* `eval` выполняет сам вывод, то есть обходит дерево И/ИЛИ, оценивает подцели и т.д.\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": [
"Теперь давайте определим нашу базу знаний о животных и проведем консультацию. Обратите внимание, что этот вызов будет задавать вам вопросы. Вы можете отвечать, вводя `y`/`n` для вопросов с ответом да-нет или указывая номер (0..N) для вопросов с более длинными вариантами ответов.\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": [
"## Использование Experta для прямого вывода\n",
"\n",
"В следующем примере мы попробуем реализовать прямой вывод с использованием одной из библиотек для представления знаний, [Experta](https://github.com/nilp0inter/experta). **Experta** — это библиотека для создания систем прямого вывода на Python, которая разработана так, чтобы быть похожей на классическую старую систему [CLIPS](http://www.clipsrules.net/index.html).\n",
"\n",
"Мы также могли бы реализовать прямое связывание сами без особых проблем, но наивные реализации, как правило, не очень эффективны. Для более эффективного сопоставления правил используется специальный алгоритм [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": [
"Мы определим нашу систему как класс, который наследуется от `KnowledgeEngine`. Каждое правило определяется отдельной функцией с аннотацией `@Rule`, которая указывает, когда правило должно сработать. Внутри правила мы можем добавлять новые факты с помощью функции `declare`, и добавление этих фактов приведет к тому, что некоторый другие правила будут вызваны механизмом прямого вывода.\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": [
"Как только мы определили базу знаний, мы заполняем нашу рабочую память некоторыми начальными фактами, а затем вызываем метод `run()` для выполнения вывода. В результате вы можете видеть, что новые выведенные факты добавляются в рабочую память, включая окончательный факт об животном (если мы правильно настроили все начальные факты).\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**Отказ от ответственности**: \nЭтот документ был переведен с помощью автоматического сервиса перевода [Co-op Translator](https://github.com/Azure/co-op-translator). Несмотря на наши усилия по обеспечению точности, имейте в виду, что машинный перевод может содержать ошибки или неточности. Оригинальный документ на исходном языке следует считать авторитетным источником. Для получения критически важной информации рекомендуется использовать профессиональный перевод, выполненный человеком. Мы не несем ответственности за любые недоразумения или неправильные толкования, возникшие в результате использования данного перевода.\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": "2026-01-15T10:39:07+00:00",
"source_file": "lessons/2-Symbolic/Animals.ipynb",
"language_code": "ru"
}
},
"nbformat": 4,
"nbformat_minor": 2
}
Reference in New Issue View Git Blame Copy Permalink