规则引擎与Drools

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1 简介

1.1 规则

  • 每条规则都是一组条件决定的一系列结果
  • 一条规则可能与其他规则共同决定最终结果
  • 可能存在条件互相交叉的规则，此时有必要规定规则的优先级

规则作为一种知识，其典型运用就是通过实际情况，根据给定的一组规则，得出结论。这个结论可能是某种静态的结果，也可能是需要进行的一组操作。

规则语言可以分为结构化的（Structured)和基于标记的（Markup，通常为xml）。

常见的结构化的规则描述语言:

  • srl（Structured Rule Language）
  • drl（Drools Rule Language）

常见的基于标记的规则描述语言:

  • RuleML（Rule Markup Language）
  • SRML（Simple Rule Markup Language）
  • BRML（Business Rules Markup Language）
  • SWRL（A Semantic Web Rule Language）

1.2 推理机

运用过程叫做推理。如果由程序来处理推理过程，那么这个程序就叫做推理机/推理引擎（Inference Engine）。推理机是专家系统（专家系统是人工智能的一个分支）的核心模块。

推理引擎根据知识表示的不同采取的控制策略也是不同的，常见的类型包括基于神经网络、基于案例和基于规则的推理机。

1.3 规则引擎

基于规则的推理机易于理解、易于获取、易于管理，被广泛采用。这种推理引擎被称为“规则引擎”。

在规则引擎中，将知识表达为规则（rules），要分析的情况定义为事实（facts）。二者在内存中的存储分别称为Production Memory和Working Memory。

  • rules和facts：规则引擎接受的输入参数
  • Pattern Matcher：根据facts找到匹配的rules
    • 正向推理（Forward-Chaining）：正向推理也叫演绎法，由事实驱动，从 一个初始的事实出发，不断地应用规则得出结论。首先在候选队列中选择一条规则作为启用规则进行推理，记录其结论作为下一步推理时的证据。如此重复这个过程，直到再无可用规则可被选用或者求得了所要求的解为止。
    • 反向推理（Backward-Chaining）：反向推理也叫归纳法，由目标驱动，首先提出某个假设，然后寻找支持该假设的证据，若所需的证据都能找到，说明原假设是正确的；若无论如何都找不到所需要的证据，则说明原假设不成立，此时需要另做新的假设。
  • Agenda：管理PatternMatcher挑选出来的规则的执行次序
  • Execution Engine：在外围负责根据Agenda输出的rules执行具体的操作

1.4 规则引擎的作用

规则引擎可以将规则的定义从代码中分离出来，将推理过程封装到规则引擎内部进行处理，这带来几个好处：

  • 规则外部化，即有利于规则知识的复用，也可避免改变规则时带来的代码变更问题
  • 由规则引擎使用某种算法进行推理过程，不需要编写复杂晦涩的逻辑判断代码
  • 开发人员的不需要过多关注逻辑判断，可以专注于逻辑处理

2 Drools

DROOLS - SAMPLE DROOLS PROGRAM

2.1 概览

完整的drl文件包含以下几个部分：package，import，declares，globals，functions，queries，rules。

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package com.sample
import com.sample.DroolsTest.Message;
rule "Hello World"
  when
    m : Message(status == Message.HELLO, myMessage : message)
  then
    System.out.println(myMessage);
    m.setMessage("Goodbye cruel world");
    m.setStatus(Message.GOODBYE);
    update(m);
end
rule "GoodBye"
  when
    Message(status==Message.GOODBYE, myMessage:message)
   then
    System.out.println(myMessage);
end

2.2 package和import

与Java类似，drools头部必须要有一个package声明和import声明，且package声明必须放在规则文件的第一行。

2.3 规则定义

一个规则通常包含三个部分：attribute（属性），LHS（条件部分），RHS（结果部分）。

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rule "name"
  attributes
  when
    LHS
  then
    RHS
end

2.3.1 LHS（条件部分）

  • 可以包含多个条件，若条件部分为空的话，引擎自动添加一个eval(true)的条件。
  • 多个条件之间可使用and或or连接，默认是and关系。
  • 条件的语法：[绑定变量名:]\Object([field约束])
    • 绑定变量名：可在该LHS后续的条件中引用
    • field约束：当前对象里相关字段的条件限制，多个约束之间用”&&”(and)，”||”(or)和”,”(and)连接。约束中可使用的比较操作符包括：>, >=, <, <=, ==, !=, contains, not contains, memberof, not memberof, matches, not matchers
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when
  order:Order();
then
  ...
when
  $room : Room( )  #变量名可以是$开头
  $sprinkler : Sprinkler( room == $room, on == true )
  not Fire( room == $room )
then
  modify( $sprinkler ) { setOn( false ) };
  System.out.println( "Turn off the sprinkler for room " + $room.getName() );

2.3.2 RHS（结果部分）

  • RHS部分定义了当LHS满足时要进行的操作
  • RHS中可以编写代码，可以使用LHS部分中定义的绑定变量名以及drl头部定义的全局变量。
  • 虽然可以在RHS中直接写java代码，但不建议代码中有条件判断，否则就违背了使用规则的初衷。
2.3.2.1 使用宏函数

RHS中可以使用宏函数对工作空间进行操作。当调用宏函数后，所有为设置“no-loop”属性的规则都会呗重新分配，符合条件的重新触发。

宏函数都是StatefulSession中定义的方法，包括：

  • insert：将一个Fact对象插入到当前的Working Memory
  • update：对当前Working Memory中的Fact进行更新
  • retract：从Working Memory中删除某个Fact对象
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when
  ...
then
  Customer cus=new Customer();
  cus.setName("张三");
  insert(cus);
when 
  $customer:Customer(name=="张三", age<10)
then
  $customer.setAge(customer.getAge()+1);
  update(customer);
when
  $customer:Customer(name=="张三",age<10)
then
  Customer customer=new Customer();
  customer.setName("张三");
  customer.setAge($customer.getAge()+1);
  # 用新对象替换Working Memory中的旧对象
  update(drools.getWorkingMemory().getFactHandleByIdentity($customer),customer);
when
  $customer:Customer(name=="张三")
then
  retract($customer);
2.3.2.2 modify代码块

modify代码块用于快速修改并更新(update)某个 Fact 对象的多个属性。

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modify(fact-expression){
  <修改 Fact 属性的表达式>[,<修改 Fact 属性的表达式>*]
}
when
  $customer:Customer(name=="张三",age==20);
then
  modify($customer){
    setId("super man"),
    setAge(30)
    }
2.3.2.3 drools宏对象

通过使用drools宏对象可以实现在规则文件里直接访问 Working Memory，从而获取对当前的 Working Memory的更多控制。

drools宏对象的常用方法包括：

  • drools.getWorkingMemory()：获取当前的 WorkingMemory对象
  • drools.halt()：在当前规则执行完成后，不再执行 其它未执行的规则
  • drools.getRule()：得到当前的规则对象
  • drools.insert(new Object)：向当前的WorkingMemory 当中插入指定的对象，功能与宏函数insert相同
  • drools.update(new Object)：更新当前的WorkingMemory中指定的对象，功能与宏函数update相同
  • drools.update(FactHandle Object)：更新当前的WorkingMemory中指定的对象，功能与宏函数update相同
  • drools.retract(new Object)：从当前的WorkingMemory中删除指 定的对象，功能与宏函数retract相同
2.3.2.4 kcontext宏对象

用来得到当前的KnowledgeRuntime对象，KnowledgeRuntime对象可以实现与引擎的各种交互。

2.3.3 规则属性

  • salience：设置规则执行的优先级，默认值为0。数字越大越先执行，可以设置为负数，数字相同的使用随机顺序。设置该属性salience 10.
  • no-loop：默认为false。设置为true时，表示该规则只会被引擎检查一次。引擎内部对Fact更新时，忽略本规则的再次检查。
  • date-effective：设置规则的开始生效日期，默认接受“dd-MMM-yyyy”格式的字符串。修改日期格式：System.setProperty("drools.dateformat","yyyy-MM-dd")
  • data-expires：设置规则的过期日期，默认接受“dd-MMM-yyyy”格式的字符串。修改日期格式：System.setProperty("drools.dateformat","yyyy-MM-dd")。
  • enabled：设置规则是否可用，默认为true。
  • dialect：设置规则中使用的编程语言，默认为java，可设置为mvel。获取该属性的设置：drools.getRule().getDialect()，设置该属性dialect mvel
  • duration：指定延迟时间，在另一个线程中触发规则，单位为毫秒。
  • activation-group：为规则划指定一个活动组（组名为字符串）。同一个活动组中的规则只执行一个，根据优先级(salience)来决定执行哪一个规则。
  • agenda-group：为规则指定一个议程(agenda)组。指定了议程组的规则只有在该议程组得到焦点时才被触发。
  • auto-focus：指定了auto-focus属性为true，则该规则自动得到焦点。
  • ruleflow-group：指定规则流组。
  • lock-on-active：当在规则上使用ruleflow-group属性或agenda-group属性的时候，将lock-on-action属性 的值设置为 true，可避免因某些 Fact 对象被修改而使已经执行过的规则再次被激活执行。
  • when

2.4 注释

  • 多行注释：/*注释*/
  • 单行注视：#注释或 //注释

2.5 类型声明

todo

2.6 全局变量

todo

2.7 函数和import function

2.7.1 函数的定义和使用

函数是定义在规则文件中的一段代码，用于将规则文件中会被若干个规则复用的业务操作封装起来，减少规则编写的工作量。函数的可见范围是规则函数所在的规则文件。

函数以function定义。可以是void，也可以有返回值。

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package test
import java.util.List;
import java.util.ArrayList;
function void setOrder(Customer customer, int orderSize) {
  List ls = new ArrayList();
  for (int i=0; i<orderSize; i++){
    Order order=new Order();
    ls.add(order);
  }
  customer.setOrder(ls);
}
rule "rule1"
  when
    $customer:Customer()
  then
    setOrder($customer,5);
    System.out.println("rule 1 customer has order size:"+$customer.getOrders().size());
end
rule "rule2"
  when
    $customer :Customer()
  then
    setOrder($customer,10);
    System.out.println("rule 2 customer has order size:"+$customer.getOrders().size());
end

2.7.2 引入静态方法

实际应用当中，可以考虑使用在java类当中定义静态方法的办法来替代在规则文件当中定义函数。

Drools 提供了一个特殊的 import 语句：import function。通过该 import 语句，可以实现将一个java类中静态方法引入到一个规则文件当中，使得该文件当中的规则可以像使用普通的Drools函数一样来使用java类中某个静态方法。

2.8 查询定义

查询用于根据条件在当前的 WorkingMemory 当中查找 Fact。

Drools 当中查询可分为两种：

  • 不需要外部传入参数
  • 需要外部传入参数
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query "testQuery"
  customer:Customer(age>30,orders.size >10)
end
query "testQuery2"(int $age,String $gender)
  customer:Customer(age>$age,gender==$gender)
end