Язык логического программирования Visual Prolog

Язык логического программирования Visual Prolog

61

I. Основы языка Visual Prolog

Синтаксис логики предикатов

Билл любит собак. (Bill likes dogs.)

устанавливает отношение между объектами Bill и dogs (Билл и собаки); этим отношением является likes (любит). Ниже представлено правило, определяющее, когда предложение "Билл любит собак" является истинным:

Билл любит собак, если собаки хорошие. (Bill likes dogs if the dogs are nice.)

В Прологе отношение между объектами называется фактом (fact). В естественном языке отношение устанавливается в предложении. В логике предикатов, используемой Прологом, отношение соответствует простой фразе (факту), состоящей из имени отношения и объекта или объектов, заключенных в круглые скобки. Как и предложение, факт завершается точкой (.).

Ниже представлено несколько предложений на естественном языке с отношением "любит" (likes):

Билл любит Синди. (Bill likes Cindy)

Синди любит Билла. (Cindy likes Bill)

Билл любит собак. (Bill likes dogs)

А теперь перепишем эти же факты, используя синтаксис Пролога:

likes(bill, cindy).

likes(cindy, bill).

likes (bill, dogs).

Факты, помимо отношений, могут выражать и свойства. Так, например, предложения естественного языка "Kermit is green" (Кермит зеленый) и "Caitlin is girl" (Кейтлин -- девочка) на Прологе, выражая те же свойства, выглядят следующим образом:

green (kermit).

girl(caitlin).

likes (bill, cindy).

отношение likes -- это предикат, а объекты bill и cindy -- аргументы.

Примеры предикатов с различным числом аргументов:

pred(integer, symbol)

person (last, first, gender)

run()

birthday(firstName, lastName, date)

В примере показано, что предикаты могут вовсе не иметь аргументов.

Синди любит все, что любит Билл. (Cindy likes everything that Bill likes)

Кейтлин любит все зеленое. (Caitlin likes everything that is green)

Используя эти правила, вы можете из предыдущих фактов найти некоторые вещи, которые любят Синди и Кейтлин:

Синди любит Синди. (Cindy likes Cindy)

Кейтлин любит Кермит. (Caitlin likes Kermit)

Чтобы перевести эти правила на Пролог, вам нужно немного изменить синтаксис:

likes(cindy, Something):- likes (bill, Something). ilikes(caitlin, Something):- green (Something) .

Символ :- имеет смысл "если", и служит для разделения двух частей правила: заголовка и тела. Можно рассматривать правило и как процедуру. Другими словами, правила

likes(cindy, Something):- likes (bill, Something).

likes(caitlin, Something):- green (Something).

означают: "Чтобы доказать, что Синди любит что-то, докажите, что Билл любит это" и "Чтобы доказать, что Кейтлин любит что-то, докажите, что это что-то зеленое". С такой "процедурной" точки зрения правила могут "попросить" Пролог выполнить другие действия, отличные от доказательств фактов, например, напечатать что-нибудь.

likes(bill, cindy).

Получив такой запрос, Пролог ответит:

yes (да)

потому что Пролог имеет факт, подтверждающий, что это так. Немного усложнив вопрос, можно спросить на естественном языке: What does Bill like? (Что любит Билл?) По правилам Пролога мы спрашиваем:

likes(bill, What).

Необходимо отметить, что второй объект -- What -начинается с большой буквы, тогда как первый объект -- bill -- нет. Это происходит потому, что bill -- фиксированный, постоянный объект -- известная величина, a What -- переменная.

Переменные всегда начинаются с заглавной буквы или символа подчеркивания!

Пролог всегда ищет ответ на запрос, начиная с первого факта, и перебирает все факты, пока они не закончатся. Получив запрос о том, что Билл любит, Пролог ответит:

What=cindy

What=dogs

2 Solutions

Так, как ему известно, что

likes(bill, cindy).

и

likes(bill, dogs) .

Если бы мы спросили:

What does Cindy like? (Что любит Синди?)

likes(cindy, What).

то Пролог ответил бы:

What = bill

What = cindy

What = dogs

3 solutions

поскольку Пролог знает, что Синди любит Билла, и что Синди любит то же, что и Билл, и что Билл любит Синди и собак.

Мы могли бы задать Прологу и другие вопросы, которые можно задать человеку. Но вопросы типа "Какую девушку любит Билл?" не получат решения, т. к. Прологу в данном случае не известны факты о девушке, а он не может вывести заключение, основанное на неизвестных данных: в этом примере мы не дали Прологу какого-нибудь отношения или свойства, чтобы определить, являются ли какие-либо объекты девушками.

Быстрая машина -- приятная. (A fast car is fun).

Большая машина -- красивая. (A big car is nice).

Маленькая машина -- практичная. (A little car is practical).

Биллу нравится машина, если она приятная. (Bill likes a car if the car is fun).

Исследуя эти факты, вы можете сделать вывод, что Биллу нравится быстрый автомобиль. В большинстве случаев Пролог придет к подобному решению. Если бы не было фактов о быстрых автомобилях, вы не смогли бы логически вывести, какие автомобили нравятся Биллу. Вы можете делать предположения о том, какой тип машин может быть крепким, но Пролог знает только то, что вы ему скажете. Пролог не строит предположений.

Вот пример, демонстрирующий, как Пролог использует правила для ответа на запросы. Посмотрите на факты и правила в этой части программы ch02e01.pro:

likes(ellen, tennis).

likes (John, football).

likes (torn, baseball).

likes (eric, swimming).

likes (mark, tennis).

likes (bill, Activity):- likes (torn, Activity).

Последняя строка в программе является правилом. Это правило соответствует предложению естественного языка:

Биллу нравится занятие, если Тому нравится это занятие. (Bill likes an activity if Tom likes that activity)

В данном правиле заголовок -- это likes (bill, Activity), а тело -- likes (torn, Activity). Заметим, что в этом примере нет фактов о том, что Билл любит бейсбол. Чтобы выяснить, любит ли Билл бейсбол, можно дать Прологу такой запрос:

likes (bill, baseball).

Пытаясь отыскать решение по этому запросу, Пролог будет использовать правило:

likes(bill, Activity):- likes(torn, Activity).

Загрузите программу ch02e01.pro в среду визуальной разработки Visual Prolog и запустите ее утилитой Test Goal.

predicates

likes(symbol,symbol)

clauses

likes(ellen,tennis).

likes(John,football).

likes(torn,baseball).

likes(eric,swimming).

likes(mark,tennis).

likes(bill,Activity):-likes(torn, Activity).

goal

likes(bill, baseball).

Утилита Test Goal ответит в окне приложения:

yes (да)

Система использовала комбинированное правило

likes(bill, Activity):- likes(torn, Activity).

с фактом

likes(torn, baseball). для решения, что likes(bill, baseball).

Попробуйте также следующий запрос в GOAL-разделе:

likes (bill, tennis).

Утилита Test Goal ответит:

no (нет)

поскольку:

· нет фактов, которые говорят, что Билл любит теннис;

· отношение Билла к теннису не может быть логически выведено с использованием данного правила и имеющихся в распоряжении фактов.

Вполне возможно, что Билл любит теннис в реальной жизни, но ответ Visual Prolog основан только на фактах и правилах, которые вы дали ему в тексте программы.

7. ПРОГРАММЫ НА VISUAL PROLOG

Синтаксис Visual Prolog разработан для того, чтобы отображать знания о свойствах и взаимосвязях.

В отличие от других версий Пролога, Visual Prolog -- компилятор, контролирующий типы: для каждого предиката объявляются типы объектов, которые он может использовать. Это объявление типов позволяет программам Visual Prolog быть скомпилированными непосредственно в машинные коды, при этом, скорость выполнения сравнима, а в некоторых случаях -- и превышает скорости аналогичных программ на языках С и Pascal.

predicateName (argument_typel OptionalNamel,

argument_type2 OptionalName2, …,

argument_typeN OptionalNameN)

После каждого домена (типа) аргумента следует запятая, а после последнего типа аргумента -- закрывающая (правая) скобка. В отличии от предложений в разделе clauses, декларация предиката не завершается точкой. Доменами (типами) аргументов предиката могут быть либо стандартные домены, либо домены, объявленные вами в разделе domains. Можно указывать имена аргументов OptionalNameK -- это улучшает читаемость программы, и не сказывается на скорости ее исполнения, т. к. компилятор их игнорирует.

Франк -- мужчина, которому 45 лет.

Используя стандартные домены, вы можете так объявить соответствующий предикат:

person(symbol, symbol, integer).

В большинстве случаев такое объявление будет работать хорошо, но не наглядно для чтения программы. Более правильным было бы следующее описание:

domains

name, sex = symbol

age = integer

predicates

person(name, sex, age)

Одним из главных преимуществ объявления собственных доменов является то, что Visual Prolog может отслеживать ошибки типов, например, такие:

same_sex(X,Y):-

person(X, Sex, _),

person(Sex, Y, _).

Несмотря на то, что и name и sex описываются как symbol, они не эквивалентны друг другу. Это и позволяет Visual Prolog определить ошибку, если вы перепутаете их. Это полезно в тех случаях, когда ваши программы очень велики и сложны.

Аргументы с типами из специальных доменов не могут смешиваться между собой, даже если эти домены одинаковы.

Следующий пример программы при его загрузке приведет к ошибке типа.

Domains product, sum = integer

predicates

add_em_up(sum,sum,sum)

multiply_em(product,product,product)

clauses

add_em_up(X, Y, Sum):-Sum=X+Y.

multiply_em(X,Y,Product):-Product=X*Y.

Эта программа выполняет две операции: складывает и умножает. Зададим ей следующую цель:

add_em_up(32, 54, Sum) .

Visual Prolog (Test Goal) ответит:

Sum=86

1 Solution

что является суммой двух целых чисел, которые вы передали в программу.

С другой стороны, эта же программа с помощью предиката multiply_em умножает два аргумента. Допустим, мы хотим удвоить произведение 31 на 17. Задаем следующую цель:

multiply_em(31, 17, Sum), add_em_up(Sum, Sum, Answer).

и ждем, что Visual Prolog (Test Goal) ответит:

Sum=527, Answer=1054

1 Solution

Однако вместо этого вы получите ошибку типа. Это случилось из-за того, что имела место попытка передать результирующее значение предиката multiply_em, которое относится к домену product, в качестве первого и второго аргументов (которые должны относится к домену sum) в предикат add_em_up. И хотя оба эти домена соответствуют типу integer -- это различные домены.

Если переменная в предложении используется более чем в одном предикате, она должна быть одинаково объявлена в каждом из них.

Синтаксически значение, принадлежащее одному из целочисленных доменов, записывается как последовательность цифр, которой в случае знакового домена может предшествовать не отделенный от нее пробелом знак минус. Имеются также восьмеричные и шестнадцатеричные синтаксисы для основных.

Домены типов byte, word и dword наиболее удобны при работе с машинными числами. В основном используются типы integer и unsigned, а также short и long (и их беззнаковые аналоги) для более специализированных приложений.

В объявлениях доменов ключевые слова signed и unsigned могут использоваться вместе со стандартными доменами типов byte, word и dword для построения новых базовых доменов. Так:

domains

i8 = signed byte

создает новый базовый домен в диапазоне от -128 до +127.

Другие базовые домены показаны в табл. 2 Имеются и другие стандартные домены..

Таблица 2. Основные стандартные домены

Идентификаторы и строки взаимозаменяемы в программе, однако Visual Prolog хранит их раздельно. Идентификаторы хранятся в таблице идентификаторов, а для представления используются лишь их индексы в этой таблице, но не сами строки идентификаторов. Это означает, что сопоставление идентификаторов выполняется очень быстро, а в случае если они встречаются в программе несколько раз, то и хранение их компактно. Строки же не хранятся в поисковой таблице, и при необходимости сопоставления Visual Prolog проверяет их символ за символом. Вы сами должны определять, какой домен лучше использовать в каждой конкретной программе.

Франк -- мужчина, которому 45 лет.

Факт Пролога, соответствующий этому предложению естественного языка, может быть следующим:

person(frank, male, 45).

Для того чтобы объявить person (человек), как предикат с этими тремя аргументами, вы можете разместить в разделе predicates следующую строку:

person(symbol, symbol, unsigned).

Здесь для всех трех аргументов использованы стандартные домены. Отныне всякий раз при работе с предикатом person, вы должны передавать ему три аргумента, причем первые два должны быть типа symbol, а третий -- типа integer.

Если в программе используются только стандартные домены, то нет необходимости использовать раздел domain; вы уже видели несколько программ такого типа.

Или, предположим, что вы хотите описать предикат, который сообщал бы позицию буквы в алфавите, т. е. цель

alphabet_position(Letter, Position)

должна вернуть вам Position = 1, если Letter = a, Position = 2, если Letter = Ь и т. д. Предложения этого предиката могут выглядеть следующим образом:

alphabet_position(A_character, N).

Если при объявлении предиката используются только стандартные домены, то программе не нужен раздел domains. Предположим, что вы хотите описать предикат так, что цель будет истинна, если A_character является N-м символом алфавита. Предложения этого предиката будут такими:

alphabet_position('а', 1). alphabet_position('b', 2).

alphabet_position('с', 3).

alphabet_position(' z1, 26).

Вы можете объявить данный предикат следующим образом:

predicates

alphabet_position(char, unsigned)

и тогда вам не будет нужен раздел domains. Если разместить все фрагменты программы вместе, получим:

predicates

alphabet_position(char, integer)

clauses

alphabet_position('a', 1).

alphabet_position('b', 2) .

alphabet_position('c', 3).

% здесь находятся остальные буквы

alphabet_position('z', 26).

Ниже представлено несколько простых целей, которые вы можете использовать:

alphabet_position ('а', 1).

alphabet_position(X, 3).

alphabet_position (' z', What).

domains

person = symbol

predicates

father(person)% этот person -- отец

father(person, person)% первый person является отцом другого

clauses

father (Man) :-father(Man, _) .

father(adam,seth).

father(abraham,isaac).

HEAD: - <Subgoal>, <Subgoal>, ..., <Subgoal>.

Заголовок: -- <Подцель>, <Подцель>, ... , <Подцель>.

Тело правила состоит из одной или более подцелей. Подцели разделяются запятыми, определяя конъюнкцию, а за последней подцелью правила следует точка.

Каждая подцель выполняет вызов другого предиката Пролога, который может быть истинным или ложным. После того, как программа осуществила этот вызов, Visual Prolog проверяет истинность вызванного предиката, и если это так, то работа продолжается, но уже со следующей подцелью. Если же в процессе такой работы была достигнута точка, то все правило считается истинным; если хоть одна из подцелей ложна, то все правило ложно.

Для успешного разрешения правила Пролог должен разрешить все его подцели и создать последовательный список переменных, должным образом связав их. Если же одна из подцелей ложна, Пролог вернется назад для поиска альтернативы предыдущей подцели, а затем вновь двинется вперед, но уже с другими значениями переменных. Этот процесс называется поиск с возвратом.

Как упоминалось выше, в качестве разделителя заголовка и тела правила Пролог использует знак:-, который читается как "если" (if). Однако if Пролога отличается от if, написанного в других языках, например в Pascal, где условие, содержащееся в операторе if, должно быть указано перед телом оператора, который может быть выполнен. Другими словами:

если ЗАГОЛОВОК истинен, тогда ТЕЛО истинно (или: тогда выполнить ТЕЛО

Данный тип оператора известен как условный оператор если/тогда (if/then). Пролог же использует другую форму логики в таких правилах. Вывод об истинности заголовка правила Пролога делается, если (после того, как) тело этого правила истинно, например, так:

ЗАГОЛОВОК истинен, если ТЕЛО -- истинно (или: если ТЕЛО может Сыть выполнено).

Учитывая вышесказанное, правило Пролога соответствует условной форме тогда/если (then/if).

domains

my_dom = <base domain> % <base domain> -- это стандартный домен

может свободно смешиваться с аргументами из этого основного домена и с аргументами всех совместимых с ним стандартных доменов. Если основной домен -- string, то с ним совместимы аргументы из домена symbol; если же основной домен integer, то с ним совместимы домены real, char, word и др. Такое преобразование типов означает, например, что вы можете:

· вызвать предикат с аргументами типа string, задавая ему аргументы типа symbol, и наоборот;

· передавать предикату с аргументами типа real параметры типа integer;

· передавать предикату с аргументами типа char параметры типа integer;

· использовать в выражениях и сравнениях символы без необходимости получения их кодов в ASCII.

Существует набор правил, определяющих, к какому домену принадлежит результат смешивания разных доменов. Эти правила будут детально рассмотрены далее.

<id> = <Макроопределение>

<id>-- имя символической константы, а <макроопределение> -- это то, что вы присваиваете этой константе. Каждое <макроопределение> завершается символом новой строки и, следовательно, на одной строке может быть только одно описание константы. Объявленные таким образом константы могут позже использоваться в программах.

Рассмотрим следующий фрагмент программы:

constants

zеrо = О

one = 1

two = 2

hundred = (10*(10-1)+10)

pi = 3.141592653

ega = 3

slash_fill = 4

red = 4

Перед компиляцией программы Visual Prolog заменит каждую константу на соответствующую ей строку.

На использование символических констант накладываются следующие ограничения:

· описание константы не может ссылаться само на себя:

my_number = 2*my_number/2 % не допускается

· это приведет к сообщению об ошибке "Recursion in constant definition" (Рекурсия в описании константы);

· в описаниях констант система не различает верхний и нижний регистры. Следовательно, при использовании в разделе программы clauses идентификатора типа constants, его первая буква должна быть строчной для того, чтобы избежать путаницы между константами и переменными.

· в программе может быть несколько разделов constants, однако объявление константы должно производиться перед ее использованием;

· идентификаторы констант являются глобальными и могут объявляться только один раз. Множественное объявление одного и того же идентификатора приведи к сообщению об ошибке "Constant identifier can only be declared once" (Идентификатор константы может объявляться только один раз).

Страницы: 1, 2