Язык логики предикатов

Логика предикатов является разделом математики – математической логикой, имеющей большую историю. Данная область математики традиционно составляла математический фундамент, закладываемый в основу формального описания систем. В качестве примера построения и вывода знаний на языке логики предикатов достаточно привести известный силлогизм Сократа: Все люди – смертны, человек – один из людей, Сократ – человек, следовательно Сократ – смертен.

Основные положения логики предикатов заключаются в следующем. Допустим, имеется некоторое множество объектов, составляющих предметную область, знания о которой необходимо описать. Произвольные элементы этого множества называются предметными переменными x i, а конкретные элементы этого множества, называются предметными константами y i. Выражение P x 1, x 2, …, x n, зависящее от предметных переменных и принимающее значение «0»-(ложь) или «1»-(истина), называется логической функцией или предикатом. Выражение P y 1, y 2, …, y m, зависящее от предметных констант и принимающее значение «0»-(ложь) или «1»-(истина), называется элементарной формулой. Из элементарных формул с помощью логических связок «∧»-(И), «∨»-(ИЛИ), «»-(отрицание), «→»-(импликация), «↔»-(эквивалентность) строятся предикатные формулы. Помимо логических связок в рассмотрение вводят квантор общности «∀» и квантор существования «∃». Знания о конкретной предметной области будут описываться предикатами и предикатными формулами. Для организации логического вывода «↦»-(символ выводимости) на языке логики предикатов используются различные правила. Например, правило Moduspones (A → B, A ↦ B) – если из A следует B и если A является логически непротиворечивой предикатной формулой, то B также является логически непротиворечивой предикатной формулой. В качестве примера рассмотрим основной набор базовых действий и производных правил поведения транспортного робота-тележки, записанные на языке исчисления предикатов:

A - «накопитель готовых деталей около станка пуст»;

B -«тележка транспортного робота пуста»;

C -«освободить накопитель готовых деталей около станка»;

D -«перейти к следующему станку»;

E -«отвезти детали на склад, освободить тележку робота»;

F -«вернуться к текущему станку»;

A → D;

A ∧ B → C ∧ D;

B → E ∧ F.

Основной недостаток языка логики предикатов при представлении знаний состоит в ограниченной выразимости, поскольку существует множество фактов и взаимосвязей, которые тяжело или даже невозможно выразить средствами математической логики. Например, такое логичное с точки зрения человека умозаключение, как «Человек колет дрова топором, топор – острый, следовательно человеку колоть дрова легко», на языке логики предикатов непредставимо, поскольку содержит так называемый сценарный, а не логический вывод.

Преимущество логики предикатов при представлении знаний заключается в том, что данный способ обладает хорошо развитым и понятным математическим аппаратом. Логика предикатов всесторонне исследована как формальная система. Синтаксис и интерпретация логических функций, элементарных и предикатных формул, правил логического вывода образуют единую стройную теорию математической логики. Это позволяет легко программировать различные операции над знаниями, в том числе логический вывод новых знаний на основе имеющихся знаний. Язык логики предикатов почти так же популярен в технических системах, как и язык продукционных правил, который можно рассматривать как упрощенный язык логики предикатов. Действительно, базовая конструкция языка продукционных правил: ЕСЛИ «причина»/«условие» ТО «следствие»/«действие», по сути является всего лишь одной из логических связок языка логики предикатов – импликацией A → B (из A следует B). Однако, в отличие от языка логики предикатов, язык продукционных правил обладает одним существенным преимуществом – полной независимостью элементов базы знаний, поскольку отдельные продукционные правила логически не связаны между собой. Это, несмотря на некоторые осложнения при обработке знаний, обусловленные опасностью нарушения их целостности и непротиворечивости, позволяет языку продукционных правил охватить больший круг различных предметных областей за счет возможности описания знаний, опирающихся не на логические, а на традуктивные и сценарные выводы [1], [10], [13]. Поэтому по частоте использования в интеллектуальных системах язык логики предикатов на данный момент все таки немного уступает языку продукционных правил.