A Flexible Efficient Computer System to Answer Human Questions: The DL*-Programming Language for Artificial Intelligence Applications

146 Pages·1975·8.102 MB·

by  John Craig Comfort (auth.)

Editor I Herausgeber:
Prof. Salomon Klaczko-Ryndziun, Zürich
Co-Editors I MithBTausgeber:
Prof. Ranan Banerji, Temple University, Philadelphia
Prof. Jerome A. Feldman, University of Rochester, Rochester
Prof. Mohamed Abdelrahman Mansour, ETH, Zürich
Prof. Ernst Billeter, Universität Fribourg. Fribourg
Prof. Christof Burckhardt, EPF. Lausanne
Prof. lvar Ugi, Technische Universität München
lnterdisciplinary Systems Research Interdisziplinäre Systemforschung
Analysis-Modelling-Simulation Analyse-Formalisierung-Simulation
The system science hes been developed from several Oie Systemwissenschaft hat sich aus der Verbindung
scientific fie/ds: control and communication theoty, mehren~r Wissenschaftszweige entwickelt: dBT Rege
model theoty and computllt' science. Nowadsys it ful lungs-und SteUBTungstheorie, der Kommunikationswis
fil/s the n~quiTements which Norbert Wiener fomJulated senschaft, der Modelltheorie und der Informatik. Sie
originally foT cybemetics; and were not fessible at his erfüllt heute das Progt'Bmm, dss Norbert Wiener mit
time, becsuse of insufficient development of computer seiner Definition von KybBTnetik ursprünglich vorgelegt
science in the pest. hat und dessen Oun:hführung zu seinBT Zeit dun:h die
Resesrch and pTBCtical application of system science noch ungenügend entwickelte Computerwissenschaft
involve wOTks of specialists of system science as weil stark eingeschränkt war.
as of those from various fields of application. Up to Die Forschung und die pTBktische Anwendung dBT Sy
now, the efficiency of this co-operation has besn pToved stemwissenschaft bezieht heute sowohl die Fachleute
in many theoTetical and pTBCtica/ works. dBT Systemwissenschaft als auch die Spezialisten der
The SeTiss 'lntenlisciplinBty Systems Research' is in An"'!endungsgebiete ein. ln vielen Bereichen hat sich
tended to be a soun:e of infoTmation for university diese Zusammenarbeit mittlerweile bewährt.
students and scientists involved in thewetical and ap Oie Reihe "lntenliszip/inäre Systemforschung• setzt
plied systems resesn:h. The resder shall be informed sich zum Ziel, dsm Studenten, dem Theon~tiker und
sbout the most advanced state of the art in resesn:h, dem Praktiker über den neuesten Stand aus Lehre und
app/ication, /ecturing and metathewetical criticism in Fwschung, aus der Anwendung und der metatheore
this area. lt is also intended to enlarge this ares by in tischen Kritik dieser Wissenschaft zu berichten.
cluding divBTse mathematical modeling pTocedures OieseT Rahmen soll noch insofern erweitert wen/en, als
developed in many decades for the description and op die Reihe in ihren Publikationen die mathematischen
timization of systems. Mode/lierungsverfahn~n mit einbezieht, die in verschie
ln conuast to the fOTmer tradition, which restricted the densten Wissenschaften in vielen Jahrzehnten zur
theon~tical conuol and computer science to mathemati Beschreibung und Optimierung von Systemen erarbeitet
cians, physicists and engineers, the pTBsent series em wurden.
phasizes tha inten/iscip/inarity which system science Entgegen der früheren Tradition, in der die theoretische
has resched until now, and which tends to expend. City Regelungs-und Computerwissenschaft auf den Kn~is
and n~gional plannen, psychologists, physiologists, dBT Mathematiker, Physiker und lngenieun~ beschränkt
economists, ecologists, food scientists, sociologists. ·war, liegt die Betonung dieser Reihe auf der lnten/iszi
po/itical scientists, /awyers, pedagogues, philologists, p/inarität, die die Systemwissenschaft mittlerweile er
managBTs, diplomats, militaty scientists and other spe reicht hat und weiteT anstn~bt. Stadt-und Regions/pla
cia/ists are incTBBsingly confronted or even charged ner, Psycholof1.en, Physiologen, Beuiebswirte, Volks
with pToblems of system science. wirtschafter, Okologen, Ernährungswissenschafter,
The /SR series will contain resean:h reports-including Soziologen, Politologen, Juristen, Pädagogen, Mana
PhD-theses - leetuTe notes, resden for lectures and geT, Diplomaten, Militärwissenschafter und anden~ Fach
pToceedings of scientific symposia. The use of less ex leute sehan sich zunehmend mit Aufgaben der System
pensive pTinting methods is provided to assure that the forschung konfrontiert odBT sogar beauftragt.
authors' results may be offBTed for discussion in the Oie /SR-Reihe wird Forschungsberichte-einschliess
shortest time to a brosd, intBTested community. ln OT lich Dissertationen -, Vwlesungsskripten, Resden zu
der to assllt'B the repToducibility of the pub/ished results Vwlesungen und Tagungsberichte enthalten. Oie Ver
the coding /ists of the used programs should be in wendung wenig aufwendigBT Herstellungsverfahn~n soll
cluded in reports about computer simulation. dazu dienen, die Ergebnisse der Autoren in kürzester
The intemational character of this series is intended to Frist eineT möglichst breiten, interessierten Offentlich
be accomplished by including reports in German, Eng keit zur Diskussion zu stellen. Um auch die Reprodu
lish and Fnmch, both from universities and n~sesrch zierberkeit der Ergebnisse zu gewährleisten, werden in
centers in the whole world. To assure this goa/, the edi Berichten übeT Arbeiten mit dem ComputBT wenn im
tors' bosrd will be composed of repTesentatives of the mer möglich auch die Befehlslisten im Anhang mitge
different countriss and areas of interest. druckt.
Der internationale Charakter der Reihe soll dun:h die
Aufnahme von Arbeiten in Deutsch, Englisch und Franzö
sisch aus Hochschulen und Forschungszentren aus aller
Welt verwirklicht WBTden. Dafür soll eine entspTe
chande Zusammensetzung des Herausgebergremiums
sorgen.
ISRS
lnterdisciplinary Systems Research
Interdisziplinäre Systemforschung
John Craig Comfort
A Flexible Efficient
Computer System
to Answer Human Questions
The DL*-Programming Language
for Artificial lntelligence Applications
Springer Basel AG 1975
Nachdruck verboten
Alle Rechte. insbesondere das der Obersetzung in fremde Sprachen und
der Reproduktion auf photostatischem Wege oder durch Mikrofilm. vorbehalten
© Springer Basel AG 1975
Ursprunglich erschienen bei Birkhauser Verlag Basel, 1975
Umschlaggestaltung: Albert Gomm swb/ asg
ISBN 978-3-7643-0779-0 ISBN 978-3-0348-5994-3 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-0348-5994-3
Preface
in the context of computer science. question answering may be roughly defined as
that body of knowledge concerned with inferential retrieval of information contained in
a data base. in this book I propose. after some analysis of previous werk. some
desirable criteria for question answering systems. and a particular system satisfying
some of these criteria.
The book is divided. unlike Gaul. into five parts and two appendices. Following the
introduction. in which the proposed language (called DL*) is mentioned. is a fairly
complete DL* operation manual. and a moderately extended example problem. The
fourth part compares and contrasts DL" to some of the programming languages which
have been used in artificial intelligence research. while the fifth suggests directions for
further development. The first appendix lists the data base alluded to in the third
chapter. and the secend is actual output from a simple run.
I was greatly assisted in the undertaking ofthiswerk by my guru. Professor Ranan
B. Banerji. late of Case Western Reserve University. and my deputy guru. Professor
George Ernst. also of Case Western Reserve University. and on another plane. by the
systems group associated with the Case PDP-1 0 system. especially James Calvin and
Alan Rosenfeld. and bytheAir Force. who partiallysupportedthiswork undercontract
number AFOSR-71-211 0.
John Craig Comfort
Table of Contents
Chapter One
DL* also Rises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1. lntroduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
2. The Structure of the DL* System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Chapter Two
A DL* User's Manual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1. lntroduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.1. Conventions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2. Basic Data Base Entry Statements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2. 1. Syntax . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2. Semantics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3. Simple (Unquantified) Statements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3. 1. Syntax . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.2. Semantics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.2.1. The -value-Relation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.2.2. The -value-of Terms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.2.2.1. Terms of the Form 'A(B)' . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.2.2.2. Terms of the Form 'L.N' . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.2.2.3. Terms of the Form 'L from N to M' . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.2.2.4. 'inf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.2.3. The -value-of Arithmetic Expressions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.2.4. The -value-of Primitive Statements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.2.5. The -value-of Simple Statements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4. Quantified Statements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.1. Syntax . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.2. Semantics (and Non Context Free Syntax) . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
4.2.1. The -value-of a Quantified Statement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.2.2. Multiply Quantified Statements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.2.2.1. Separable Statements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
4.2.2.2. lnseparable Statements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
4.2.2.3. Backtracking and lts Elimination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
5. Definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
5. 1 . Syntax . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1
5.1.1. Declaration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
5.1.2. lnvocation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
5.2. Semantics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
5.2.1. Declaration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
5.2.2. lnvocation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
5.2.2.1. Non-recursive Definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
5.2.2.2. Potentially Recursive Definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
6. Control Statements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
6.1. Input/Output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
6.1.1. Syntax . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
6.1.2. Semantics and Use . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
6.2. Remova Statement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
6.3. The Editor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
6.4. Change Operating Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
6.5. Dump Statements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
6.6. Exit Statement ................................... . 69
7. Error Messages ................................... . 69
8. lmplementation Details ............................. . 72
8.1. Data Base Structure: Search Mechanism ................ . 72
8.2. Same Warnings to the User .......................... . 76
Chapter Three
DL* and Peace (an Application) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
1 . Description of the General Problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
2. Solution of a Specific Problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
2.1. Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
2.2. The Representation of the World . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
2.3. The Representation of Input Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
2.4. Appropriate Definitions 88
2. 5. An Alternative Definition Set 94
Chapter Four
DL* and Programming Languages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
1. DL* as a Programming Language . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
2. DL* and the Others . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
2.1. Data Typesand Memory Use . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
2.2. Control Flow ........... .'.......................... 108
2.3. Pattern Matehing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
2.4. Deduction Mechanisms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
Chapter Five
DL* Slowly Sinks ... (Conclusions) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
Appendix One: Data Base for the Problem of Chapter Three 121
Appendix Two: A Sampie Run . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
Author Index 133
Subject Index 134
CnAPTER ONE
DL* ALSO RISES
I. Introduction
The realm of interactive systems which permit users
to ask questions regarding a data base may be analysed
with respect to several cr1ter1a. Most important amonq
these are the feasible size of the data bases, the
complexity of questions to be asked , and the complexity
ot inference. In light of these criteria, three
reasonably distinct cla sses of such systems may be
discerned. Information retrieval systems are usually
categorized by the ability to refer to a quite large data
base, by the limited complexity of the types of questions
which may be asked, and by the similarly limited
complexi ty of inference which may be requested. Theorem
proving systems, on the ot i"er hand, usually permit only a
relatively small data base, and although quite complex
questions are permitted, the common theorem to be proved
will be rather simple in form CThe complexity being
hidden in other theorems and in deflnitions, already a
part of the data base> • The complexity of inference is
2
quite high, usually resulting in a few questions being
answered in a large amount of time. The vague area
referred to as 11question answering" exists somewhere near
the center of the aforementioned realm, as the data bases
used are usually of some size, although not extremely
large 1 the questions a sked may be qui te complex in form ·'
but the inference rulesdand deduction modes are <usually >
strongly tied to the procedures for searching through the
data base, unlike the more powerful substitution methods
<resolution and its successors> used in theorem proving.
Question answering may be further categorized
syst~ms
by the input language used. One class of languaqes
accepts a subset of English <or other natural language>
as its command language, and the system usually spends
much more time in trying to understand the question than
in d.iscoverinq the answer. <For an outstanding example
of a natural language question answering system, and for
a review of earlier work, see Winograd [ 1 J • > A further
drawback of a natural language system is that natural
language itself is often an extremely inefficient way to
describe problems to be solved. The alternative approach
sacrifices the immediacy of being able to 11talk11 to the
computer, in return for the compactness and power of some
other input medium. In this the second
r~search,