1.1. Erste Schritte mit JESS

JESS
Java Expert System Shell
Dokumentation
Inhaltsverzeichnis
1.
1.1.
1.1.1.
1.1.2.
1.1.3.
1.1.4.
2.
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
2.7.
2.8.
2.9.
2.10.
2.11.
2.12.
2.13.
2.14.
2.15.
2.16.
3.
Einführung
Erste Schritte mit JESS
Entpacken
Kompilieren von JESS
Beispielprogramme
Kommandozeileninterface
Die JESS-Sprache
Atome
Zahlen
Strings
Listen
Kommentare
Funktionen
Variablen
Konstrukte
Deffunctions
Fakten
Deftemplates
Defclasses
Deffacts
Definstances
Defrules
Defglobals
Abschließende Bemerkungen
Inhalt
1. Einführung
JESS ist ein Expertensystem, das vollständig in Java geschrieben wurde. JESS war
ursprünglich eine Ableger von CLIPS, wurde dann aber immer mehr von Java beeinflusst.
Mit JESS kann man seinen Java-Programmen und Applets „Vernunft einhauchen“.
JESS 4.4. ist mit allen Java-Versionen ab Version 1.0.2. kompatibel. JESS 4.4. ist auch mit
Java Version 1.1. kompatibel, obwohl Sie während des Kompilierens auf „deprecated“Warnungen stoßen werden, die Sie gefahrlos ignorieren können. Das ist der Preis der Preis
der Kompatibilität. JESS 4.4. ist die letzte Version, die mit Java Version 1.0.2. kompatibel ist.
Zukünftige Versionen von JESS werden nicht mehr mit Java unterhalb von Version 1.1.
arbeiten. Dadurch verschwinden dann aber die „deprecated“-Warnungen.
JESS unterliegt zum Zeitpunkt dieser Dokumentation ständiger Bearbeitung d.h., dass
andauernd neue Features hinzugefügt werden.
1.1. Erste Schritte mit JESS
1.1.1. Entpacken
Haben Sie die JESS-Version für Unix heruntergeladen, können Sie die Dateien mithilfe tar
und uncompress entpacken:
uncompress Jess-4.4.tar.Z
tar xf Jess-4.4.tar
Haben Sie die JESS-Version für Windows heruntergeladen, erhalten Sie eine .zip-Datei, die
Sie mithilfe eines Win32-Packprogramm (z.B. Winzip) entpacken können. Bitte benutzen Sie
nicht das Programm PKUNZIP, da es keine langen Dateinamen unterstützt.
Nach dem Entpacken sollten Sie ein Verzeichnis namens Jess44 haben. In diesem
Verzeichnis befinden sich die folgenden Dateien:
Readme.hmtl
jess/
jess/view
jess/reflect
examples/
jess/examples
index.html
Makefile
Eine ausführliche JESS-Dokumentation auf Englisch.
Dieses Verzeichnis enthält das JESS-Package. Hier enthalten sind die
Quelldateien, die JESS implementieren. Andere implementieren JESS-GUIs
und Kommandozeileninterfaces. Main.java implementiert das JESSKommandozeileninterface. Console.java ist eine sehr einfache GUIKonsole für JESS; ConsoleApplett.java ist ein Applet von dem selben
Sachverhalt.
Java-Quelltext, der das optionale JESS-Kommando view implementiert.
Java-Quelltext, der optionale JESS-Kommandos implementiert, das Sie
Java-Objekte von JESS aus erzeugen und verändern lässt.
Ein Verzeichnis mit kleinen JESS-Beispieldateien.
Ein Verzeichnis mit komplizierteren Beispielen, das auch JavaBeispieldateien enthält.
Eine Webseite, die das JESS-Beispiel-Applet enthält. Es muß
möglicherweise angepasst werden.
Ein einfaches Makefile für JESS.
Inhalt
1.1.2. Kompilieren von JESS
JESS besteht aus einer Sammlung von Java-Quelldateien. Sie werden Sie zunächst
kompilieren müssen. Wenn Sie über ein make-Tool verfügen (ein beliebiges Unix make; oder
nmake oder GNU make unter Windows), können Sie dieses einfach ausführen und das
beigefügte Makefile wird alles für sie kompilieren. Es kann sein, dass Sie es vorher ein wenig
editieren müssen.
Ansonsten benutzen Sie die folgenden Kommandos, um JESS zu kompilieren:
javac jess/*.java (Unix)
oder
javac jess\*.java (Windows)
Diese Kommandos funktionieren unter den Voraussetzungen, daß Sie einen Java Compiler
(z.B. Sun’s JDK) installiert haben, und wenn Jess44/ Ihr aktuelles Verzeichnis ist. Sollten
Sie Probleme haben, stellen Sie sicher, dass das Verzeichnis, in dem das Unterverzeichnis
jess/ im CLASSPATH enthalten ist (einschließlich des aktuellen Verzeichnisses, repräsentiert
durch den Punkt (.)). Versuchen Sie nicht, von innerhalb des Jess44/jess/ Verzeichnisses
zu kompilieren. Es wird nicht funktionieren.
Die in den Unterverzeichnissen Jess44/jess/view/ , Jess44/jess/reflect/ und
Jess44/jess/examples/ enthaltenen optionalen Quelldateien werden nicht kompiliert,
wenn Sie die obigen Instruktionen ausführen. Diese Dateien definieren das optionale DebugKommando view, die „reflection commands“ new, call, set, get, set-member
und get-member und die Java-Objekte betreffenden Kommandos defclass und
definstance. Diese können nur mit Java 1.1. oder neuer kompiliert werden.
Kommandozeile für Java 1.1. oder neuer:
Unix:
javac jess/*.java jess/view/*.java jess/reflect/*.java
jess/examples/*/*.java
Windows:
javac jess\*.java jess\view\*.java jess\reflect\*.java
jess\examples\pumps\*.java jess\examples\simple\*.java
1.1.3. Beispielpogramme
Es gibt einige Beispielprogramme, die Sie ausprobieren können: fullmab.clp,
zebra.clp und wordgame.clp.
fullmab.clp ist eine Version des klassischen Affe und Bananen – Problems. Um es von der
Kommandozeile aus zu starten, tippen Sie:
java jess.Main examples/fullmab.clp (Unix)
java jess.Main examples\fullmab.clp (Windows)
Inhalt
und das Programm läuft und erzeugt mehrere Bildschirme voll mit Ausgaben. Um die
gesamte Ausgabe lesen zu können, leiten Sie sich diese in eine Textdatei um:
java jess.Main examples\fullmab.clp > fullmab.txt (Windows)
Jede JESS-Quelldatei kann auf diese Weise ausgeführt werden. Viele einfache Programme,
die in CLIPS geschrieben wurden, können unverändert in JESS benutzt werden.
Die Beispiele zebra.clp und die wordgame.clp sind zwei klassische CLIPS-Beispiele,
die zeigen sollen, wie JESS mit schwierigen Situationen umgeht.
In den Verzeichnissen jess/examples/* finden Sie komplexere Beispiele, die alle sowohl
Java- als auch JESS-Quellcode enthalten. Im allgemeine sind dies Beispiele, die zeigen
sollen, wie man JESS und Java verbinden kann.
1.1.4. Kommandozeileninterface
JESS hat ein interaktives Kommandozeileninterface. Tippen Sie einfach java jess.Main,
um die Jess> Eingabeaufforderung zu erhalten. Um eine CLIPS-Quelldatei von der
Eingabeaufforderung aus auszuführen, benutzen Sie das batch-Kommando:
Jess> (batch myfile.clp)
Sie können das system-Kommando benutzen, um einen Editor für die JESS-Quelldateien zu
starten, bevor Sie sie mithilfe des batch-Kommandos ausführen.
Die Klasse jess.Console ist eine grafische Version des JESS-Kommandozeileninterfaces.
Die Ausgabe erfolgt in einem scrollbaren Fenster. Um es auszuprobieren, tippen Sie:
java jess.Console
Inhalt
2. Die JESS-Sprache
JESS ist ein Interpreter für eine regelbasierte Sprache, die an CLIPS angelehnt ist. Mit dem
Erbe von CLIPS ist JESS eine kleine Version von LISP, die aber doch ihre Eigenheiten hat.
Dadurch wird JESS zu einem LISP-Interpreter, der in Java geschrieben wurde.
Im folgenden werden einige Symbole verwendet. Ausdrücke, die in <spitzen Klammern>
stehen, müssen vorhanden sein, Ausdrücke in [eckigen Klammern] sind optional. Ausdrücke,
die mit einem plus (+) enden, können ein- oder mehrmals auftreten, Ausdrücke, die mit einem
Stern (*) enden, können gar nicht oder mehrmals auftreten.
Im allgemeinen unterliegt der JESS-Quelltext keinem Format. Man kann also im Quelltext
einfach eine neue Zeile beginnen, ohne dass JESS dieses berücksichtigt (Zeilenumbrüche
werden ignoriert).
2.1. Atome
Das Atom bzw. Symbol ist das Kernkonzept der JESS-Sprache. Atome können mit
Bezeichnern aus anderen Programmiersprachen verglichen werden. Ein JESS-Atom kann
Buchstaben, Zahlen und die Sonderzeichen $ * = + / < > _ ? # und . enthalten. Ein
Atom darf nicht mit einer Zahl beginnen. Es darf mit Sonderzeichen beginnen, obwohl einige
von ihnen am Anfang eines Atoms eine besondere Bedeutung haben. Die folgenden Atome
werden von JESS akzeptiert:
name
erster-wert
moeglichkeit#1
_abc
2.2. Zahlen
JESS bearbeitet Zahlen mithilfe der Java StreamTokenizer Klasse. Daher akzeptiert JESS
nur einfache Fließkommazahlen und Ganze Zahlen. Die folgenden Zahlen werden von JESS
akzeptiert:
3
4.
5.643
Inhalt
2.3. Strings
Strings werden in JESS durch Anführungsstriche (“ “) gekennzeichnet. Der Backslash kann
dazu benutzt werden, einen Anführungsstrich zum Teil eines Strings zu machen. Die
folgenden Strings werden von JESS akzeptiert:
“name“
“Hallo, Welt!“
“\“Unsinn \“ sagte er wörtlich.“
2.4. Listen
Die grundlegende Syntaxeinheit in JESS ist die Liste. Eine Liste besteht immer aus einem
Paar runder Klammern und null oder mehr Atomen, Zahlen, Strings oder anderen Listen. Die
folgenden Listen werden von JESS akzeptiert:
(+ 3 2)
(a b c)
(“Hallo, Welt!“)
()
(deftamplate name (slot bar))
Das erste Element einer Liste wird in JESS der Kopf der Liste genannt.
2.5. Kommentare
Die Kommentare des Programmierers beginnen in JESS mit dem Semikolon (;) und enden
mit dem Ende der jeweiligen Zeile. Hier ist ein Beispiel für einen Kommentar:
; Dies ist eine Liste
(a b c)
Inhalt
2.6. Funktionen
JESS beinhaltet eine Menge von eingebauten Funktionen, die Sie aufrufen können. Weitere
Funktionen sind als Erweiterungen erhältlich. Man kann in JESS (siehe 2.9. Deffunctions)
oder in Java auch selbst implementieren.
Funktionsaufrufe in JESS benutzen eine Präfix-Notation. Eine Liste, deren Kopf der Name
einer existierenden Funktion ist, kann als ein Ausdruck ausgewertet werden. So würde z.B.
ein Ausdruck, der die Funktion plus zum Addieren der Zahlen 2 und 3 benutzt, wie folgt
aussehen: (+ 2 3). Beim Auswerten ist der Wert des Ausdruckes die Zahl 5, und keine Liste
mit dem Element 5. Im allgemeinen werden Ausdrücke als solche erkannt und im Kontext
ausgewertet. Sie können Ausdrücke direkt in die JESS-Eingabeaufforderung eintippen. JESS
wertet die Ausdrücke aus und gibt die Ergebnisse aus:
Jess> (+ 2 3)
5
Jess> (+ (+ 2 3) (* 3 3))
14
Beachten Sie dass die Ergebnisse sowohl als Gleitkommazahl als auch als Integerwert
zurückgeliefert werden können. Der Typ des Rückgabewerts hängt von den Typen der
übergebenen Argumente ab.
Hier folgt nun eine komplette Liste der Funktionen, die in JESS 4.4. enthalten sind:
** + - / < <= <> = > >= abs agenda and assert assert-string bag
batch bind build call clear close complement$ create$ defclass
definstance delete$ div e engine eq eq* eval evenp exit exp explode$
external-addressp facts fetch first$ float floatp foreach format
gensym* get get-member get-reset-globals get-salience-evaluation
get-var halt if implode$ insert$ integer integerp intersection$
jess-version-number jess-version-string length$ lexemep listfunction$ load-facts load-function load-package log log10 lowcase
max member$ min mod modify multifieldp neq new not nth$ numberp oddp
open or pi ppdefrule printout random read readline replace$ reset
rest$ retract retract-string return round rules run save-facts set
set-member set-reset-globals set-salience-evaluation set-strategy
setgen socket sqrt store str-cat str-compare str-index str-length
stringp sub-string subseq$ subsetp sym-cat symbolp system time try
undefinstance undefrule union$ unwatch upcase view watch while
All diese Funktionen werden im JESS-Function-Guide detailliert beschrieben.
Inhalt
2.7. Variablen
Variablen in JESS sind Atome, die mit einem Fragezeichen (?) beginnen. Das Fragezeichen
ist dabei ein Teil des Variablennamens. Eine normale Variable kann sich nur auf ein einzelnes
Atom, eine einzelne Zahl bzw. einen einzelnen String beziehen. Eine Variable, deren erstes
Zeichen das $-Zeichen ist (z.B. $?X) ist eine Multivariable, die sich auf eine spezielle Art
von Listen , sogenannte Multifields bezieht. Allen Variablen werden mithilfe der bindFunktion Werte zugewiesen:
(bind ?x “Der Wert“)
Multifields werden im allgemeinen mithilfe von speziellen Multifield-Funktionen, wie
create$ erzeugt. Dann können sie Multivariablen zugewiesen werden.
(bind $?Einkaufsliste (create$ Eier Brot Milch))
Variablen brauchen und können nicht vor deren erster Benutzung deklariert werden. Eine
Ausnahme sind die Defglobals.
2.8. Konstrukte
Neben Ausdrücken und Multifields gibt es in JESS eine weitere Art spezieller Liste,
Konstrukt genannt. Ein Konstrukt ist eine Liste, die dem JESS-System selbst z.B. eine
Funktion hinzufügt (siehe z.B. Deffunctions). Ein Konstrukt liefert TRUE zurück, wenn es von
JESS akzeptiert wurde, andernfalls wird FALSE zurückgegeben.
Inhalt
2.9. Deffunctions
Das deffunction-Konstrukt wird dazu benutzt, Funktionen zu definieren, die dann mit
JESS benutzt werden können. Hier sehen Sie ein Beispiel für ein deffunction-Konstrukt:
(deffunction <funktionsname> [<Kommentar>] (<parameter>*)
<Ausdruck>*
[<Rückgabewert>])
<funktionsname> muß ein Atom sein. Jeder <parameter> muß ein Variablenname sein
(alle Funktionen benutzen die Übergabewerte-Semantik). Der optionale <Kommentar> ist ein
String in Anführungszeichen, der die Bedeutung der Funktion beschreiben kann. Die Anzahl
der <Ausdruck>-Ausdrücke kann beliebig sein. Der optionale <Rückgabewert> gibt den
Rückgabewert der Funktion an. Die Rückgabe kann entweder durch die explizite Benutzung
der return-Funktion erfolgen; es kann aber auch jede beliebige Variable zurückgegeben
werden. Die Ablaufsteuerung in deffunctions erfolgt durch spezielle Ausdrücke, wie z.B.
foreach, if und while. Die folgende deffunction gibt den zahlenmäßig größeren Wert
der beiden übergebenen Argumente:
(deffunction max (?a ?b)
(if (> ?a ?b) then
(return ?a)
else
(return ?b)))
Das Problem könnte auch folgendermaßen gelöst werden:
(deffunction max (?a ?b)
(if (> ?a ?b) then
?a
else
?b))
2.10. Fakten
JESS enthält eine Liste von Fakten bzw. Informationen über den derzeitigen Status des
Systems. Fakten können geordnet oder ungeordnet sein. Geordnete Fakten sind lediglich
Listen, deren Kopf ein Atom sein muss:
(temperatur 21.5)
(einkaufsliste brot milch wc-reiniger)
(starte-arbeit)
Ungeordnete Fakten sind strukturiert. Sie enthalten eine bestimmte Anzahl von slots, auf die
mit ihrem Namen zugegriffen werden muß. Während geordnete Fakten ohne vorherige
Deklaration benutzt werden können, müssen ungeordnete Fakten müssen mithilfe des
deftemplate-Konstrukts definiert werden.
Inhalt
Fakten werden mit der assert-Funktion auf die Faktenliste gesetzt. Diese Liste kann
mithilfe der facts-Funktion eingesehen werden. Fakten können von der Faktenliste entfernt
werden (retract), wenn Sie deren Fakten-ID kennen:
Jess> (assert (name wert))
<Fact-0>
Jess> (facts)
f-0
(name wert)
For a total of 1 facts.
TRUE
Jess> (retract 0)
TRUE
Jess> (facts)
For a total of 0 facts.
TRUE
2.11. Deftemplates
Um einen ungeordneten Fakt zu definieren, benutzen Sie den deftemplate-Konstrukt.
(deftemplate <deftemplate-name> [<Kommentar>])
[(slot <slot-name> [(default <wert>)]
[(default-dynamisch <wert>)]
[(type <typespec>)])]+)
Der <deftemplate-name> ist der Kopf der Fakten, die mit dem deftemplate-Konstrukt
erzeugt wird. Es können beliebig viele slots zugewiesen werden. Der <slot-name> muß ein
Atom sein. Der default slot-Bezeichner legt fest, dass der Standardwert des jeweiligen slots
durch <wert> festgelegt wird. Der Abschnitt default-dynamisch wertet die gegebene
Funktion jedes Mal aus, wenn ein neuer Fact, den dieses deftemplate benutzt, zugewiesen
wird. Der Bezeichner type wird nur aufgrund der Kompatibilität mit CLIPS mitgeführt, wird
aber von JESS ignoriert.
Als Beispiel wird hier das folgende deftemplate definiert:
(deftemplate automobile
"ein bestimmtes Auto"
(slot marke)
(slot modell)
(slot baujahr)
(slot farbe (default weiss)))
2.12. Defclasses
Mithilfe des defclass-Konstruktes kann man Java Bean als deftemplate benutzen.
Nähere Beschreibungen hierzu entnehmen Sie bitte der JESS-Dokumentation, die der oben
erwähnten .zip-Datei beigefügt ist.
Inhalt
2.13. Deffacts
Das deffacts-Konstrukt kann dazu benutzt werden, Fakten zu deklarieren, die bei jedem
Start von JESS automatisch geladen werden sollen.
(deffacts <deffacts-name>
[<Kommentar>]
<fact>+)
Der primäre Zweck des <deffacts-name> ist die Dokumentation. Eine Instanz von deffacts
kann beliebig viele Fakten enthalten. Ungeordnete Fakten müssen natürlich vor der
Benutzung mittels deftemplate definiert werden. Das folgende deffacts-Konstrukt wird
von JESS akzeptiert:
(deffacts automobiles
(automobile (marke Chrysler) (modell LeBaron) (baujahr 1997))
(automobile (marke Ford) (modell Contour) (baujahr 1996))
(automobile (marke Nash) (modell Rambler) (baujahr 1948)))
2.14. Definstances
Definstances verhalten sich so zu defclasses, wie deffacts zu deftemplates.
Während ein deffact-Konstrukt eine initiale Faktenliste definiert, definiert
definstances eine Liste von Java-Objekten, die standardmäßig von JESS geladen werden
sollen.
2.15. Defrules
Der Hauptzweck eines Expertensystems wie JESS ist es, die Ausführung von Regeln zu
unterstützen. Regeln sind in JESS ungefähr so wie IF...THEN... Verzweigungen in andeen
Programmiersprachen. JESS prüft, ob eine oder mehrere dieser IF-Anweisungen wahr sind,
um dann den entsprechenden THEN-Zweig auszuführen. Das defrule-Konstrukt wird in
JESS benutzt, um solche Regeln aufzustellen:
(defrule <defrule-name>
[<Kommentar>]]
[<salience-Deklaration>]
[[<pattern-bindung> <- ] <pattern>]*
=>
<aktion>*)
Eine Regel besteht hauptsächlich aus einer Liste von Pattern und einer Liste von Aktionen.
Die Pattern werden mit der Faktenliste verglichen. Wenn Fakten gefunden werden, sodass alle
Pattern einer Regel erfüllt sind, feuert diese d.h., dass die Aktionen dieser Regel ausgeführt
werden. Dabei ist zu beachten, dass auf der linken Seite einer Regel nur Fakten stehen dürfen,
keine Ausdrücke.
Eine Regel kann davon abgehalten werden zu feuern, wenn die Fakten, die zu ihrer
Aktivierung führten, vorher retracted werden.
Inhalt
Wenn mehrere Regeln aktiviert sind, feuern Sie in der Reihenfolge des salience-Wertes. Je
höher dieser Wert, desto eher werden die zu dieser Regel gehörenden Anweisungen
ausgeführt.
2.16. Defglobals
JESS unterstütz globale Variablen, die von der Einagbeaufforderung aus genauso sichtbar
sind wie von innerhalb einer Regel oder deffunction. Sie werden mithilfe des
defglobal-Konstrukts definiert.
(defglobal
[<varname1> = <wert1>]*)
Beachten Sie, dass defglobals durch die Funktion reset auf Ihre Standardwerte
zurückgesetzt werden müssen.
3. Abschließende Bemerkungen
Diese Dokumentation wurde nur zusätzlich zu einer bereits vorhandenen, aber deutlich
ausführlicheren Dokumentation erstellt, die bereits mit JESS mitgeliefert wurde. Diese war
aber leider in englischer Sprache. Der Autor des vorliegenden Papiers hat sich streng an den
Inhalt der originalen Dokumentation gehalten. Bestehen dennoch Unklarheiten, sollten Sie
sich in der README.html vergewissern, die dem JESS-Paket beiliegt.
Inhalt