数学之美-【算法】 - Rete算法

   

     阅读背景： 

            1： 还请您  对于【jboss rule】 有所了解

            2： 对于 【规则引擎】有所了解  

                     ‍‍  参考地址：http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-JSJS200801006.htm】‍‍

          

      阅读目的：

                了解什么是Rete算法，为如何将Rete算法分布式化做好准备

                  Githup参考地址：目前已经有人将Rete算法实现了Storm版本：

                            https://github.com/mmavcy/reteonstorm

       

Jena推理机的实现主要也是用的RETE算法，所以研究了RETE算法的基本流程。RETE算法是由Forgy在他的论文《A Fast Algorithm for the Many Pattern/Many Object Pattern Match Problem》中提出的。

 

1 RETE算法的基本思想 

RETE算法是一个用于产生式系统的高效模式匹配算法。在一个产生式系统中，被处理的数据叫做working memory，用于判定的规则分为两个部分LHS（left-hand-side）和RHS（right hand side），分别表示前提和结论。主要流程可以分为以下步骤：

（1）Match：找出符合LHS部分的working memory集合

（2）Confilict resolution：选出一个条件被满足的规则

（3）Act：执行RHS的内容

（4）返回1  

RETE算法主要改进Match的处理过程，通过构建一个网络进行匹配。

2算法详细描述

 

RETE网络主要分为两个部分，alpha网络和beta网络。如下图所示。

 

（1）alpha网络：过滤working memory，找出符合规则中每一个模式的集合，生成alpha memory（满足该模式的集合）。有两种类型的节点，过滤type的节点和其他条件过滤的节点（我觉得这两种是依照需要设定的，也并不一定需要两种节点）。

（2）Beta网络：有两种类型的节点Beta Memory和Join Node。前者主要存储Join完成后的集合。后者包含两个输入口，分别输入需要匹配的两个集合，由Join节点做合并工作传输给下一个节点。

3 匹配过程描述

 

 

（1）导入需要处理的事实到facts集合中。

（2）如果facts不为空，选择一个fact进行处理。否则停止匹配过程。

（3）选择alpha网的第一个节点运行（建立网络的时候设定的），通过该节点则进入alpha网的下一个节点，直到进入alpha memory。否则跳转到下一条判断路径。

（4）将alpha memory的结果加入到beta memory中，如果不为Terminal节点，则检测另一个输入集合中是否存在满足条件的事实，满足则执行join，进入到下一个beta memory重复执行（3）。若另一个输入集合无满足条件的事实，返回到（2）。如果该节点为Terminal节点，执行ACT并添加到facts中。

4 用一个例子描述过程

（1）现在WME中有以下这些事实。

w1：（B1 ^on B2）

w2：（B1 ^on B3）

w3：（B1 ^color red）

w4：（B2 ^on table）

w5：（B2 ^left-of B3）

w6：（B2 ^color blue）

w7：（B3 ^left-of B4）

w8：（B3 ^on table）

w9：（B3 ^color red）

（2）下面描述规则

下面是三条匹配条件

C1: （<x> ^on <y>）

C2：（<y> ^left-of <z>）

C3：（<z> ^color red）

下面是规则要满足的所有条件，即所有LHS

p1 has conditions C1^C2^C3

p2 has conditions C1^C2^C4^C5

p3 has conditions C1^C2^C4^C3

 

（3）推理描述

     暂且忽略图中的红色节点（用于判定类型）。那么，根据Ci，图中的蓝色alpha结点应该有三种，分别判定on，left-of和color。则黄色的alpha memory中包含三个集合，分别是满足C1：{w1 w2 w4 w8}

满足C2：{w5 w7}

满足C3：{w2 w6 w9}

     以p1为例，首先以C1，C2为输入，在绿色Dummy Input节点中进行操作，并传入到梅红色beta momory中，此时这个节点存储的是（w1^w5,w2^w7）。然后以这个集合和C3为输入，操作得出w1^w5^w9，此时发现没有更多的模式需要匹配，到达Terminal节点，匹配结束。这样就得到满足规则的集合组合了。

     接下来的时间要研究Jena中Rete算法的具体实现方式。具体的实现请参看本ID对

reteonstorm

      代码的分析。