mg. samuel oporto díaz lima, 3 de octubre 2005 lisp inteligencia artificial

Mg. Samuel Oporto Díaz Lima, 3 de Octubre 2005

LISP

INTELIGENCIA ARTIFICIAL

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Mapa Conceptual del Curso

Inteligencia Artificial y Sistemas Expertos

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LISP

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Inteligencia Artificial

Conceptos Generales

Conocimiento

Agentes

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Tabla de Contenido

1. Historia.

2. Introducción

3. Expresiones y Átomos

4. Listas

5. Funciones

6. Evaluación de Expresiones

7. Conclusiones

8. Bibliografía

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Objetivos• Exponer los conceptos básicos del LISP.• Presentar las expresiones-s, los átomos y las listas.• Presentar las funciones básicas del LISP.• Crear nuevas funciones en LISP.

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HISTORIA

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Historia• Creado por John McCarthy• Responsable de introducir el término “inteligencia Artificial”,

lo hizo en la Conferencia de Dartmouth en 1955• McCarthy inventó el lenguaje de programación Lisp y

publicó su diseño en Comunicaciones del ACM en 1960 • El primer Lisp se desarrolló en una IBM-704, y en 1962

apareció la versión 1.5. • A mediados de los 60's, MIT desarrolló MacLisp, Xerox -

Interlisp, Stanford - UCI Lisp. • En los 70's, G. Steele y G. Sussman - Scheme. • En los 80's - Common Lisp.

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INTRODUCCION

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Aspectos Generales• LISP es un lenguaje:

– orientado a computación no-numérica – lenguaje interactivo– No visual

• La programación funcional usa definiciones de funciones y llamadas de funciones como las únicas construcciones de programación.

• Una función pura toma ciertos argumentos y regresa un resultado nada más (no tiene efectos secundarios en el ambiente).

(función arg1 arg2 ...)

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Aspectos Generales• LISP puede usa recursión, evita datos y asignaciones

globales, pero la I/O es difícil.

• Basado en el cálculo Lambda (A. Church) e.g.,

LISP (LISt Processor)

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Ejercicio 1Convierta en notación lambda las siguientes expresiones en notación infija.

1. λ(x, y).(3x + xy - x/y)

2. λ(x).(3x3 + x2 + 5x -5)

3. λ(x, y).(3x + xy - x/y)

4. λ(x, y, z).(2+3*x/y –x*y*z +z3)

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Ejercicio 2Convierta a notación prefija las siguientes expresiones:

a. (2+3-4)/(4*4+5)

b. (2*34 - 3(3*5 - 1)+4/3)/(2*4(3-4+5*6)+3)

c. (3 – 4 – 6 - 4*5)/((2 + 3/4)*(3*5/2 + 1)/(2 + 4 + 3))

d. (2*3 – 4 + (5*6)/(4 - 6) - 3*55/(3 + 4 - 5*7))/(4+2)

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¿Por qué Lisp?• En LISP los programas y datos usan la misma estructura, lo

que permite escribir programas que escriban programas.

• Se pueden desarrollar prototipos rápidamente. • Se pueden probar programas y funciones aisladas.

• En otros lenguajes las variables tienen un tipo asociado (no se puede usar una variable sin especificar su tipo).

• En LISP los valores tienen tipos no las variables (manifest typing) a diferencia (implicit typing).

• Tiene un garbage collector o recolector de basura y manejo de memoria automático.

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¿Por qué Lisp?• Se pueden escribir programas que realicen tareas que no

se pueden hacer en otros lenguajes,

> (defun sumaN (n) Se crea una función

#'(lambda(x) (+ x n))) > (setf suma3 (sumaN 3)) Se asigna a una variable

> (funcall suma3 4) 7 Se llamar a la variable

• Se ha utilizado en el desarrollo de sistemas complejos: EMACS, AutoCad, MACSYMA, etc.

FUNCALL llama a una función con varias entradas(funcall #'cons 'a '(b c))

(A B C)

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Computación Simbólica• Las reglas léxicas son mucho más simples en LISP.

1. Solo existen paréntesis, comillas (sencilla y doble), espacios y comas.

2. El punto y coma no separa expresiones (no es necesario debido a los paréntesis) sino que inicia comentarios.

• LISP permite la manipulación de símbolos, y la construcción de estructuras de datos complejas a partir de ellos.

> (append '(Carlos Antonio) '(Carmen Rosa))(CARLOS ANTONIO CARMEN ROSA)

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Computación Simbólica• La parte extraña es el ('), que sirve para bloquear la

evaluación de una expresión y devolverla literalmente.

> '(Carlos Antonio)CARLOS ANTONIO

> 'AA

> '22

> A

Error: A is not a bound variable

> (Luis ‘Maria)Error: Luis is not a function

> 22

> '(+ 2 2)(+ 2 2)

> (+ 2 2)4

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Computación Simbólica• Los cálculos simbólicos y numéricos se pueden mezclar.> (+ 2 (length '(a b c d)))

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• LISP no otorga semántica a los símbolos que manipula.• LISP contiene un conjunto de funciones predefinidas que es

necesario conocer. Como +, append, length

• Los símbolos en LISP no son casesensitive.

• Muchos signos de puntuación son autorizados para formar parte de los símbolos: '?!$/<=>'

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Ejercicio 3• ¿Diga que entrega el LISP cuando se le entrega las

siguientes expresiones?:

123 ‘1233 ABC ‘ABC ‘(123) (ABC) ‘(ABC) (+ 12 3) ‘(+ 12 3) page

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Ejercicio 3• ¿Diga que entrega el LISP cuando se le entrega las

siguientes expresiones?:

123 123 ‘1233 123 ABC the variable ABC is unbound ‘ABC ABC ‘(123) (123) (ABC) Undefind function ABC called ‘(ABC) (ABC) (+ 12 3) 15 ‘(+ 12 3) (+ 12 3)

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EXPRESIONES-S Y ATOMOS

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Expresiones-S• Son estructuras con la que trabaja LISP y están formadas

por:1. Átomos

2. Estructuras de la forma (S1 . S2):Cada celda tiene dos partes llamadas:CAR (S1) y CDR (S2).

(1 .2)(1 .(2 .3))

(D1 .(D2 .(D3 .... .(DN.())))

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Expresiones-S• Hay una notación abreviada:

– Los elementos no están en parejas, es decir desaparecen los ( )

– El punto se sustituye por un espacio en blanco

– Se obvia la segunda parte de la cadena de estructuras simbólicas que contiene NIL.

(D1 D2 D3 ... DN)

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Átomos• En general, en Lisp se tiene ó átomos ó listas. • Son uno de los posibles componentes de una S-expression.• Esta formado por una cadena de caracteres que comienza

con una letra, o un dígito o un carácter especial distinto de los paréntesis “(“ , “)”

Ejemplos:

Asunto C.P. Pi 3.1415927

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LISTAS

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Listas• Las listas permiten representar una gran cantidad de cosas.

Inclusive los programas en Lisp se expresan como listas.• Las listas tienen una representación escrita e interna. • La representación interna son cadenas de celdas cons. (a b c) (uno) (esto es 1 lista)

• Corresponden a una colección de expresiones-s encerradas entre paréntesis y separadas por uno o más espacios.

• Formalmente, una lista es una expresión tal que es:– Un átomo, nil o () es una lista.– Una lista (S1 .S2) , donde S2 es una lista.‘(1 .(2 .(3 ))) (1 2 3)

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Ejemplos de Listas> (1 2 3)> ((a b) (c d) (e f))> (a (1 2 3) d) > ((1 uno) (2 dos) (3 tres))

> ‘(1 .(2))(1 2)

> ‘(1 .(2 .(())))(1 2 nil)

> (Dos .(hombres .(y .(un .(destino . nil)))))(Dos hombre y un destino)

> (300000 .((masa . nil) .(velocidad . nil) .(luz . nil)))(300000 ((masa) velocidad) luz)

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Representación de Listas

(setf lista-ejemplo 666)(setf lista-ejemplo .(666))

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Lista vacía o nula• Las listas pueden ser Vacías o No vacías

Listas vacías:• S-expresión especial que es a la vez un átomo y una lista• Se representa por NIL o “( )”• Representación tradicional:

• Para diferenciar las listas de las funciones, se empieza la lista con el signo del apóstrofe ´

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Listas no vacías• La más sencilla es la que tiene un único elemento.

• Cualquier lista no vacía de n elementos se puede ver como una estructura en la que se repite n veces la estructura de la lista con un único elemento.

• La lista elemental de un solo elemento, tiene dos tipos de información:– El dato correspondiente a esa posición de la lista.– El dato correspondiente al siguiente elemento de la lista.

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Listas no vacías• Variable lista-ejemplolista-ejemplo que tiene un único elemento 666:

• (setf lista-ejemplo '(666))

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Listas• Ejemplo de la variable vocales que tiene como valor la lista

LISP (a e i o u):

> (setf lista '(a e i o u))

(A E I O U)

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FUNCIONES

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Funciones con Números• Funciones aritméticas simples: suma, resta, multiplicación y

división:

Clases de números• Enteros: números sin decimales• Punto flotante: siempre se escribe con un punto decimal• Ratios (fracciones): simplifica automáticamente las

fracciones para usar un denominador los mas pequeño posible.

5

611

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Orden de las entradas• La primera entrada de una función: flecha mas alta de la

caja• La segunda entrada: la flecha de mas abajo.

(8/2) (2/8)

8 2

4 1/4

2 8

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Símbolos• Son otra clase de datos en Lisp• Pueden contener cualquier combinación de letras y

números, y algunos caracteres especiales.

• Ejemplos:

BANANAS

COMPUTADOR

• Símbolos especiales T y NIL– T Verdadero, Yes – NIL Falso, No, Vacío

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Operaciones(+ n1 n2 ... nN) retorna la suma n1+n2+…+nN. Si N = 0, da 0.

(+) 0

(+ 3) 3

(+ 3 7 5) 15

(+ 32000 32000) ERROR (*)

(+ 32000.0 32000) 64000.0

(- n1 n2 ... nN) retorna el valor de n1-n2-….-nN. Si N = 1, da -n1

(- 3) -3

(- 123 7 5) 111

(ABS n) devuelve el valor absoluto de n.

(ABS 3) 3

(ABS -3.6) 3.6

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Operaciones(/ n1 n2) devuelve el valor de dividir n1 por n2.(/ 6 2) 3.0 (/ 5 2) 2.5

(/ n) es lo mismo que (/ 1 n); es decir, devuelve el inverso de n.(/ 2) 0.5 (/ 0.5) 2.0

(MOD n1 n2) devuelve el resto de la división entera de n1 por n2.(MOD 7 2) ---> 1

(MAX n1 ... nN) devuelve el mayor valor de n1,..., nN.(MAX 3) 3 (MAX 1 2 3 4 5 2) 5(MAX -2.3 7 0) 7.0

(MIN n1 ... nN) devuelve el menor valor de n1,..., nN.(MIN 3) 3 (MIN 1 2 3 4 5 2) 1(MIN -2.3 7 0) -2.3

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Indicar qué retorna el LISP para las siguientes expresiones:

1. (+ 2 3) 2. (* 2 (+ 4 6)) 3. (+ 2/7 7/67) 4. (- 8 6) 5. (* 2/7 6/5) 6. (/ 4 5) 7. (exp 9) 8. (expt 2 4) 9. (sqrt 11)

Ejercicio 4

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Calcular2*(4 - 1)*6 + (8 - 6)*7 18

Solución:> (+ (* 2 (- 4 1) (/ 6 18)) (* (- 8 6) 7))> 16.0

> (+ (* 2 (- 4 1) (/ 6 18)) (* (- 8 6) 7))> 16.0

Ejercicio 5

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Número de entradas en una función• Muchas funciones aceptan un numero variable de entradas

• Ejemplo:

(+ 4 3 2) (+ (+ 4 3) 2) 9(- 4 3 2) (- (- 4 3) 2) -1(* 4 3 2) (*(* 4 3) 2) 24(/ 6 3 2) (/ (/ 6 3) 2) 1.0(- 4) -4

(/ 4) 0.25 (su reciproco)

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EVALUACION DE EXPRESIONES

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Evaluación• La evaluación de las expresiones S se lleva a cabo

siguiendo el algoritmo de la función Eval.

IF L is atomic THEN IF L is numeric THEN result is corresponding number ELSE IF L currently has value V THEN result is V ELSE error- unbound variable ELSE IF L is a call of a known function F THEN determine which arguments are to be evaluated apply EVAL to appropriate arguments apply F to accumulated results ELSE error - undefined function

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Función especial QUOTEEsta función toma un argumento y NO lo evalúa

Ejemplo:

> (quote (+ 2 3))

> (+ 2 3)

La función quote puede ser sustituida por un el símbolo ’

> ’(+ 2 3)

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Ejercicios 3• Indique lo que aparecería después de teclear lo siguiente

(* 8 9)

'(* 8 9)

(+ (* 1 2) (+ 3 4))

(+ '(* 1 2) '(+ 3 4))

(+ '(* 1 2) (+ 3 4))

'(+ (* 1 2) (+ 3 4))

'(+ '(* 1 2) (+ 3 4))

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CONCLUSIONES

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Conclusiones• LISP es un lenguaje de alto nivel de tipo funcional que es LISP es un lenguaje de alto nivel de tipo funcional que es

utilizado en múltiples aplicaciones de IAutilizado en múltiples aplicaciones de IA

• LISP se basa en manejo de listas y tiene desde funciones LISP se basa en manejo de listas y tiene desde funciones simples hasta estructuras de datossimples hasta estructuras de datos

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Bibliografía• LISP

Winston and HornAddison Wesley

• The Little LisperDaniel Friedman and Mathias FelleisenSRA

• Apuntes de LISPGraeme Ritchie

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PREGUNTAS