人工智能软件中的面向对象程序设计

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1、人工智能课程论文人工智能中的面向对象程序设计学 生 姓 名 ：学 号 ：专 业 班 级 ： 计 算 机 技 术人 工 智 能 中 的 面 向 对 象 程 序 设 计摘 要 面 向 对 象 的 程 序 设 计 （ OOP） 以 多 种 面 貌 广 泛 地 出 现 在 AI 系 统 中 。 面 向 AI的 OOP模型 与 结 构 依 赖 于 对 AI中 对 象 的 理 解 ， 以 及 相 应 的 AI 软 件 开 发 才 法 。 本 文 提 出 在 三 个 层 次上 ， 即 世 界 观 的 层 次 上 ， 方 法 论 的 层 次 土 以 及 语 言 与 环 境 的 层 次 上 理 解 OOP。 我

2、 们 根 据 AI中 扣 识 表 示 假 设 ， 将 AI 软 件 中 的 对 象 规 定 为 智 能 代 理 者 ， 并 在 此 基 础 上 讨 论 了 AI 软 件 的OOP方 法 学 和 结 构 。 最 后 我 们 介 绍 反 映 上 述 忠 恕 的 人 工 智 能 语 言 及 其 环 境 ROOT。关 键 字 ： 智 能 软 件 面 向 对 象 软 件 工 程 应 用OBJECT-ORIENTEDPROGRAMMINGFORAIAbstract In the paper ,we proposethree levels ofunderstanding for object oriente

3、dprogramming(OOP) : philosophy level , methodology level , and Language /environment level.We considerobjectasintelligentagentbasedonknowledgerepresentationhypothesis.Along with the view , we discuss the methodology and architecture of OOP in AI software。ROOT , which is an AI programming Language an

4、d environment developed by our group , refleetstheunderstandingdiscussedinthepaper.1. 引 言被 称 为 八 十 年 代 结 构 程 序 设 计 的 面 向 对 象 程 序 设 计 （ OOP） 不 仅 在 软 件 工 程 （ SE） 领 域产 生 了 重 大 影 响 ， 而 且 已 经 成 为 基 于 知 识 的 人 工 智 能 (AI)系 统 及 其 开 发 环 境 (简 称 为 AI 软件 )的 重 要 范 型 ， 在 AI 软 件 中 以 多 种 形 式 表 现 出 来 ：直 接 用 OOP 语 言 设

5、 计 AI 软 件 一 些 AI软 件 ， 例 如 基 于 知 识 的 智 能 控 制 与 制 造 系 统 ， 直接 利 用 Smalltalk-80 ,C+等 OOP语 言 设 计 实 现 。 其 特 点 是 知 识 以 状 态 的 形 式 分 布 在 控 制 过程 的 各 个 环 节 ， 程 序 的 过 程 性 代 替 了 知 识 的 形 式 表 示 。建 立 在 函 数 /逻 辑 语 言 上 的 OOP 环 境 函 数 范 型 的 符 号 处 理 语 言 LISP 是 具 有 较 长 历 史 和丰 富 环 境 的 AI语 言 ， 人 们 自 然 希 望 在 LISP上 建 立 OOP环

6、境 。 Flavors , LOOPS 和 ObjVLisp是 这 一 思 想 的 典 型 体 现 。 这 一 工 作 的 核 心 是 在 LISP环 境 上 定 义 有 关 对 象 定 义 ， 方 法 定 义 和消 息 传 递 等 支 持 OOP的 函 数 ， 从 而 在 LISP上 建 立 OOP的 外 壳 。 同 样 在 具 有 元 级 描 述 机 制 的Prolog上 也 可 以 类 似 地 建 立 OOP外 壳 。建 立 在 抽 象 数 据 类 型 (ADT)上 的 OOP ADT 与 OOP 的 许 多 共 性 使 人 们 希 望 建 立 两 者 的 联系 。 J。 A。 Gogu

7、en 的 工 作 Fooplog 就 是 试 图 在 ADT中 引 入 反 映 状 态 变 化 的 属 性 和 反 映 继 承关 系 的 继 承 说 明 以 扩 展 ADT建 立 OOP。OOP 作 为 多 范 型 AI 环 境 的 一 部 分 一 种 观 点 认 为 多 种 范 型 并 存 在 的 AI 语 言 与 环 境 是 一种 合 理 和 现 实 的 选 择 。 知 识 系 统 开 发 工 具 KEE 就 是 一 种 集 知 识 的 规 则 表 示 ， 框 架 表 示 和 OOP于 一 体 的 集 成 环 境 。OOP 仅 作 为 AI 软 件 的 整 体 结 构 这 种 OOP强 调

8、 AI软 件 的 模 块 成 分 是 对 象 ， 整 体 结 构是 面 向 对 象 结 构 。 而 对 象 的 内 部 结 构 不 追 求 统 一 的 纯 OOP原 则 ， 可 以 是 规 则 、 逻 辑 、 函 数等 范 型 的 组 织 形 式 。 Orient84/K,NEXPERT OBJECT 等 工 作 反 映 了 这 一 思 想 。OOP方 法 在 AI 软 件 中 的 多 样 性 不 仅 说 明 了 OOP在 AI中 的 广 泛 应 用 ， 而 且 反 映 了 人 们 对OOP不 同 层 次 的 理 解 ， 以 及 在 AI 中 不 同 深 度 的 应 用 。 下 面 我 们 首

9、 先 在 三 个 层 次 上 一 般 地 讨论 对 OOP的 理 解 ， 然 后 依 据 知 识 表 示 假 设 提 出 对 象 作 为 智 能 代 理 者 的 OOP观 点 和 程 序 设 计 方法 。 最 后 介 绍 基 于 这 一 观 点 的 AI 语 言 和 环 境 ROOT的 OOP结 构 。2. 关 于 OOP 不 同 层 次 的 理 解人 们 对 OOP的 认 识 反 映 在 面 向 对 象 的 世 界 观 ， 面 向 对 象 的 方 法 学 和 OOP语 言 等 不 同 层 次上 。1)面 向 对 象 的 世 界 观OOP 被 广 泛 接 受 的 一 个 重 要 原 因 是 面

10、 向 对 象 的 世 界 观 更 接 近 于 人 们 对 现 实 世 界 的 自 然感 受 。 对 此 作 了 如 下 概 括 ： “ OOP 的 基 本 哲 学 是 使 程 序 尽 可 能 反 映 人 们 正 在 考 虑 的 现 实 世 界的 那 一 部 分 ， 这 样 常 常 易 于 对 程 序 的 理 解 ， 以 及 对 程 序 所 描 述 事 物 的 全 面 把 握 。 因 为 人 们 是遵 循 现 实 世 界 的 发 展 认 识 世 界 的 ， 越 接 近 于 用 这 种 方 法 思 考 程 序 设 计 ， 就 越 容 易 设 计 和 理 解程 序 。 ” OOP是 将 “ 程 序

11、的 执 行 看 成 模 拟 现 实 世 界 某 一 部 分 行 为 的 物 理 模 型 。 ” “ 一 个 物 理 模型 涉 及 一 组 对 象 ， 对 象 由 属 性 和 动 作 序 列 刻 划 。尽 管 人 们 对 OOP的 特 点 有 各 种 各 样 的 榄 括 ， 但 对 OOP世 界 观 的 认 识 基 本 上 是 一 致 的 。2)00P方 法 学OOP方 法 学 是 OOP世 界 观 在 程 序 设 计 方 法 上 的 具 体 反 映 ， 它 与 OOP语 言 的 性 质 紧 密 联 系在 一 起 。 对 象 之 间 通 过 消 息 传 递 建 立 联 系 。 对 象 通 过 一

12、 个 方 法 的 执 行 响 应 一 个 消 息 。 一 组 具有 共 性 的 对 象 组 成 一 类 ， 而 类 之 间 又 构 成 了 继 承 关 系 。按 照 上 述 OOP的 图 景 ， OOP方 法 包 括 ： 确 定 系 统 中 涉 及 的 对 象 和 ； 确 定 对 象 ， 以 及 类 之间 的 联 系 ； 完 成 对 象 中 属 性 和 方 法 的 设 计 。由 于 OOP 具 有 信 息 隐 蔽 ， 数 据 抽 象 ， 动 态 约 束 和 继 承 等 特 性 ， 因 此 人 们 也 说 ：OOP 方 法 =抽 象 数 据 动 态 约 束 继 承由 于 基 于 OOP的 软 件

13、 具 有 模 块 性 ， 强 壮 性 ， 可 理 解 性 ， 可 重 用 性 ， 可 扩 展 性 ， 开 放 性 等一 系 列 优 点 ， OOP 在 SE领 域 被 广 泛 采 用 。3)00P语 言OOP 方 法 学 体 现 在 OOP 语 言 中 。 一 般 认 为 :对 象 ， 类 ， 消 息 ， 方 法 和 继 承 是 OOP语 言 重要 的 概 念 。 尽 管 人 们 普 遍 认 为 没 有 绝 对 标 准 的 OOP语 言 ， 但 反 映 在 Smalltalk -80中 的 语 言概 念 成 为 设 计 和 衡 量 OOP语 言 的 相 对 标 准 。 我 们 把 它 归 纳

14、为 以 下 原 则 ： 一 切 皆 为 对 象 ； 对 象是 属 性 及 其 操 作 方 法 的 有 机 构 成 OOP对 象 是 系 统 的 活 跃 成 分 ； 对 象 是 类 的 实 例 ， 实 例 关 系 和继 承 关 系 是 对 象 之 间 的 静 态 关 系 ： 消 息 传 递 是 计 算 的 唯 一 形 式 ， 也 是 对 象 之 间 动 态 联 系 的 唯一 形 式 ， 方 法 是 消 息 的 序 列 。实 际 上 ， 包 括 Smalltalk 80 在 内 的 许 多 OOP语 言 都 没 有 绝 对 恪 守 上 述 原 则 。 因 为 这 些原 则 不 仅 给 OOP语 言

15、 的 实 现 技 术 和 实 现 效 率 带 来 许 多 问 题 ， 而 且 其 简 单 统 一 的 倾 向 也 与 面 向对 象 的 世 界 观 产 生 了 冲 突 。 由 于 OOP源 于 一 种 世 界 观 ， 而 不 是 一 种 局 部 具 体 的 理 论 或 方 法 ，因 此 OOP在 SE ,DB（ 数 据 库 ） 或 AI 中 的 表 现 形 式 由 于 领 域 问 题 的 不 同 而 变 得 多 种 多 样 。3. 从 AI 的 角 度 看 OOP传 统 AI 研 究 遵 循 了 称 之 为 知 识 表 示 假 设 的 途 径 。 Smith 将 这 一 假 设 归 纳 为 ：

16、 任 何 机 械的 表 现 智 能 的 过 程 由 以 下 结 构 成 分 组 成 ：a)人 们 作 为 外 部 观 察 者 ， 将 被 处 理 过 程 作 用 的 知 识 当 作 命 题 自 然 地 表 示 出 来 。b)独 立 于 这 些 知 识 的 外 部 语 义 属 性 ， 形 式 地 引 发 表 现 知 识 意 义 的 行 为 ， 这 些 行 为 与 知 识有 着 实 质 性 的 因 果 联 系 。知 识 表 示 假 设 规 定 智 能 代 理 者 由 知 识 表 示 结 构 和 作 用 于 此 结 构 上 的 处 理 过 程 组 成 。 知 识表 示 结 构 与 相 应 的 处 理 过 程 密 不 可 分 ， 互 为 存 在 。 知 识 表 示 结 构 的 意 义 通 过 处 理 过 程 的 行 为体 现 。 简 单 地 讲 ： 智 能 代 理 者 =知 识 表 示 结 构 处 理 方 法 。与 对 象 的 般 结 构 相 比 较 ， 智 能 代 理 者 正 是 对 象 在 AI 软 件 中 的 一 种 具 体 解 释 。 我