Cyfroteka.pl

klikaj i czytaj online

Cyfro
Czytomierz
01296 012097 11047020 na godz. na dobę w sumie
Prolog. Programowanie - książka
Prolog. Programowanie - książka
Autor: , Liczba stron: 276
Wydawca: Helion Język publikacji: polski
ISBN: 83-7197-918-5 Data wydania:
Lektor:
Kategoria: ebooki >> komputery i informatyka >> programowanie >> inne - programowanie
Porównaj ceny (książka, ebook, audiobook).
Programowanie w Prologu różni się zasadniczo od programowania w językach strukturalnych, takich jak Pascal czy C i językach obiektowych jak Java. Dla wielu osób zaczynających przygodę z Prologiem zaskoczeniem jest fakt, że pisanie programu w tym języku nie polega na kodowaniu algorytmu. Programista opisuje obiekty i związki między nimi, a także podaje warunki, jakie powinno spełniać szukane rozwiązanie. System sam przeprowadza obliczenia w oparciu o podane zależności logiczne, zaś programista jedynie częściowo może wpływać na sposób działania programu.

Książka 'Prolog. Programowanie' to podręcznik tego niezwykłego języka programowania stosowanego przy rozwiązywaniu problemów z różnych dziedzin: od logiki matematycznej i symbolicznego rozwiązywania równań przez analizę języka naturalnego, aż do zagadnień związanych ze sztuczną inteligencją. Zawiera ona:

Wszystkim rozdziałom towarzyszą ćwiczenia. Uzupełnieniem tekstu książki są dodatki omawiające m.in. rozwiązania ćwiczeń i różnice między najważniejszymi wersjami Prologu.

'Prolog. Programowanie' to książka dla studentów matematyki i informatyki, a także dla wszystkich zainteresowanych programowaniem opartym na regułach logicznych. Jeśli chcesz podjąć wyzwanie i nauczyć się Prologu, jest książka dla Ciebie.

Znajdź podobne książki Ostatnio czytane w tej kategorii

Darmowy fragment publikacji:

IDZ DO IDZ DO PRZYK£ADOWY ROZDZIA£ PRZYK£ADOWY ROZDZIA£ SPIS TREĎCI SPIS TREĎCI Prolog. Programowanie KATALOG KSI¥¯EK KATALOG KSI¥¯EK KATALOG ONLINE KATALOG ONLINE ZAMÓW DRUKOWANY KATALOG ZAMÓW DRUKOWANY KATALOG Autorzy: W. F. Clocksin, C. S. Mellish T³umaczenie: Tomasz ¯mijewski ISBN: 83-7197-918-5 Tytu³ orygina³u: Programming in Prolog Format: B5, stron: 274 TWÓJ KOSZYK TWÓJ KOSZYK DODAJ DO KOSZYKA DODAJ DO KOSZYKA CENNIK I INFORMACJE CENNIK I INFORMACJE ZAMÓW INFORMACJE ZAMÓW INFORMACJE O NOWOĎCIACH O NOWOĎCIACH ZAMÓW CENNIK ZAMÓW CENNIK CZYTELNIA CZYTELNIA FRAGMENTY KSI¥¯EK ONLINE FRAGMENTY KSI¥¯EK ONLINE Wydawnictwo Helion ul. Chopina 6 44-100 Gliwice tel. (32)230-98-63 e-mail: helion@helion.pl Programowanie w Prologu ró¿ni siê zasadniczo od programowania w jêzykach strukturalnych, takich jak Pascal czy C i jêzykach obiektowych jak Java. Dla wielu osób zaczynaj¹cych przygodê z Prologiem zaskoczeniem jest fakt, ¿e pisanie programu w tym jêzyku nie polega na kodowaniu algorytmu. Programista opisuje obiekty i zwi¹zki miêdzy nimi, a tak¿e podaje warunki, jakie powinno spe³niaæ szukane rozwi¹zanie. System sam przeprowadza obliczenia w oparciu o podane zale¿noġci logiczne, zaġ programista jedynie czêġciowo mo¿e wp³ywaæ na sposób dzia³ania programu. Ksi¹¿ka „Prolog. Programowanie” to podrêcznik tego niezwyk³ego jêzyka programowania stosowanego przy rozwi¹zywaniu problemów z ró¿nych dziedzin: od logiki matematycznej i symbolicznego rozwi¹zywania równañ przez analizê jêzyka naturalnego, a¿ do zagadnieñ zwi¹zanych ze sztuczn¹ inteligencj¹. Zawiera ona: • Wprowadzenie do Prologu • Podstawowe struktury danych • Nawracanie, sterowanie nawracaniem za pomoc¹ symbolu odciêcia • Operacje wejġcia/wyjġcia • Predykaty • Sk³adniê regu³ gramatycznych i analizê jêzyka naturalnego • Wiele przyk³adowych programów Wszystkim rozdzia³om towarzysz¹ æwiczenia. Uzupe³nieniem tekstu ksi¹¿ki s¹ dodatki omawiaj¹ce m.in. rozwi¹zania æwiczeñ i ró¿nice miêdzy najwa¿niejszymi wersjami Prologu. „Prolog. Programowanie” to ksi¹¿ka dla studentów matematyki i informatyki, a tak¿e dla wszystkich zainteresowanych programowaniem opartym na regu³ach logicznych. Jeġli chcesz podj¹æ wyzwanie i nauczyæ siê Prologu, jest ksi¹¿ka dla Ciebie. Spis treści Wstęp ...................................................z............................................ 7 Rozdział 1. Wprowadzenie ...................................................z.............................. 11 Prolog...................................................i...................................................i..............11 Obiekty i relacje ...................................................i..................................................12 Programowanie...................................................i...................................................i.13 Fakty...................................................i...................................................i...............14 Zapytania ...................................................i...................................................i.........16 Zmienne...................................................i...................................................i...........17 Koniunkcje...................................................i...................................................i.......19 Reguły...................................................i...................................................i.............23 Podsumowanie i ćwiczenia ...................................................i...................................28 Rozdział 2. Prolog z bliska ...................................................z.............................. 31 Składnia...................................................i...................................................i...........31 Stałe ...................................................i...................................................i..........32 Zmienne...................................................i...................................................i.....32 Struktury...................................................i...................................................i....33 Znaki ...................................................i...................................................i...............34 Operatory...................................................i...................................................i.........35 Równość i unifikacja...................................................i............................................37 Arytmetyka ...................................................i...................................................i......38 Spełnianie celów — podsumowanie...................................................i.......................42 Udane spełnienie koniunkcji celów ...................................................i..................42 Cele i nawracanie...................................................i...........................................45 Unifikacja ...................................................i...................................................i..47 Rozdział 3. Korzystanie ze struktur danych...................................................z...... 49 Struktury a drzewa...................................................i...............................................49 Listy...................................................i...................................................i................51 Przeszukiwanie rekurencyjne ...................................................i................................54 Odwzorowania ...................................................i...................................................i.57 Porównywanie rekurencyjne...................................................i.................................60 Łączenie struktur ...................................................i.................................................62 Akumulatory ...................................................i...................................................i....66 Struktury różnicowe...................................................i.............................................68 Rozdział 4. Nawracanie i odcięcie...................................................z................... 71 Generowanie wielu rozwiązań...................................................i...............................72 Odcięcie...................................................i...................................................i...........75 4 Prolog. Programowanie Typowe zastosowania odcięcia...................................................i..............................80 Potwierdzanie wyboru reguły...................................................i..........................80 Użycie odcięcia z predykatem fail ...................................................i...................84 Kończenie generowania możliwych rozwiązań i ich sprawdzanie ..........................86 Niebezpieczeństwa wynikające ze stosowania odcięcia ..............................................89 Rozdział 5. Wejście i wyjście ...................................................z.......................... 91 Czytanie i pisanie termów...................................................i.....................................92 Czytanie termów...................................................i............................................92 Pisanie termów ...................................................i..............................................93 Czytanie i pisanie znaków ...................................................i....................................96 Czytanie znaków...................................................i............................................96 Pisanie znaków ...................................................i..............................................97 Wczytywanie zdań...................................................i...............................................98 Czytanie z plików i pisanie do plików...................................................i..................101 Otwieranie i zamykanie strumieni...................................................i..................102 Zmiana bieżącego strumienia wejściowego i wyjściowego..................................103 Konsultowanie...................................................i.............................................104 Deklarowanie operatorów...................................................i...................................105 Rozdział 6. Predykaty wbudowane ...................................................z................ 107 Wprowadzanie nowych klauzul...................................................i...........................107 Sukces i porażka...................................................i................................................109 Klasyfikacja termów ...................................................i..........................................110 Przetwarzanie klauzul jako termów ...................................................i.....................111 Tworzenie składników struktur i sięganie do nich ...................................................i. 114 Wpływ na nawracanie ...................................................i........................................118 Tworzenie celów złożonych...................................................i................................119 Równość...................................................i...................................................i........122 Wejście i wyjście ...................................................i...............................................122 Obsługa plików...................................................i..................................................124 Wyliczanie wyrażeń arytmetycznych...................................................i...................124 Porównywanie termów...................................................i.......................................126 Badanie działania Prologu ...................................................i..................................127 Rozdział 7. Przykładowe programy ...................................................z................ 129 Sortowany słownik w formie drzewa ...................................................i...................129 Przeszukiwanie labiryntu...................................................i....................................132 Wieże Hanoi...................................................i...................................................i...135 Program magazynowy...................................................i........................................136 Przetwarzanie list...................................................i...............................................137 Zapis i przetwarzanie zbiorów...................................................i.............................140 Sortowanie ...................................................i...................................................i.....142 Użycie bazy danych...................................................i...........................................145 random ...................................................i...................................................i....145 gensym ...................................................i...................................................i....146 findall ...................................................i...................................................i......147 Przeszukiwanie grafów...................................................i.......................................149 Odsiej Dwójki i odsiej Trójki...................................................i..............................153 Różniczkowanie symboliczne ...................................................i.............................155 Odwzorowywanie struktur i przekształcanie drzew ..................................................157 Przetwarzanie programów ...................................................i..................................160 Literatura ...................................................i...................................................i.......163 Spis treści 5 Rozdział 8. Usuwanie błędów w programach prologowych................................. 165 Układ programów ...................................................i..............................................166 Typowe błędy...................................................i...................................................i.168 Śledzenie programu...................................................i............................................171 Śledzenie i punkty kontrolne ...................................................i...............................177 Sprawdzanie celu ...................................................i.........................................179 Sprawdzanie przodków...................................................i.................................180 Zmiana poziomu śledzenia...................................................i............................181 Zmiana sposobu spełnienia celu...................................................i.....................182 Inne opcje ...................................................i...................................................i183 Podsumowanie ...................................................i............................................184 Poprawianie błędów ...................................................i...........................................184 Rozdział 9. Użycie reguł gramatycznych w Prologu ........................................... 187 Parsowanie...................................................i...................................................i.....187 Problem parsowania w Prologu ...................................................i...........................190 Notacja reguł gramatyki ...................................................i.....................................194 Dodatkowe argumenty ...................................................i.......................................196 Dodatkowe warunki ...................................................i...........................................199 Podsumowanie ...................................................i..................................................201 Przekształcanie języka na logikę...................................................i..........................202 Ogólniejsze zastosowanie reguł gramatyki ...................................................i...........204 Rozdział 10. Prolog a logika....................................z........................................... 207 Krótkie wprowadzenie do rachunku predykatów...................................................i...207 Postać klauzulowa...................................................i..............................................210 Zapis klauzul ...................................................i...................................................i..215 Rezolucja i dowodzenie twierdzeń...................................................i.......................216 Klauzule Horna ...................................................i.................................................220 Prolog...................................................i...................................................i............220 Prolog i programowanie w logice ...................................................i........................222 Rozdział 11. Projekty w Prologu.................................z........................................ 225 Łatwiejsze projekty...................................................i............................................225 Projekty zaawansowane ...................................................i.....................................227 Dodatek A Odpowiedzi do niektórych ćwiczeń............................................z...... 231 Dodatek B Klauzulowa postać programów ...................................................z.... 235 Dodatek C Przenośne programy w standardowym Prologu ................................ 241 Przenośność standardu Prologu ...................................................i...........................241 Różne implementacje Prologu...................................................i.............................242 Czego się wystrzegać ...................................................i.........................................243 Definicje wybranych predykatów standardowych ...................................................i.244 Przetwarzanie znaków...................................................i..................................245 Dyrektywy ...................................................i..................................................247 Wejście i wyjście strumieniowe...................................................i.....................247 Różne ...................................................i...................................................i......249 Dodatek D Różne wersje Prologu...................................................z.................. 251 Dodatek E Dialekt edynburski ...................................................z...................... 255 Dodatek F micro-Prolog ...................................................z............................... 263 Skorowidz...................................................z................................... 267 Rozdział 1. Wprowadzenie Prolog Prolog to komputerowy język programowania. Jego początki sięgają roku 1970, od tego czasu używano go w aplikacjach związanych z przetwarzaniem symbolicznym, w ta- kich dziedzinach, jak:  relacyjne bazy danych,  logika matematyczna,  rozwiązywanie problemów abstrakcyjnych,  przetwarzanie języka naturalnego,  automatyzacja projektowania,  symboliczne rozwiązywanie równań,  analiza struktur biochemicznych,  różne zagadnienia z dziedziny sztucznej inteligencji. Osoby dopiero zaczynające swoją przygodę z Prologiem są zaskoczone tym, że pisanie programu w Prologu nie polega na opisywaniu algorytmu, jak to ma miejsce w trady- cyjnych językach programowania. Zamiast tego programiści Prologu zajmują się ra- czej formalnymi relacjami i obiektami związanymi z danym problemem, badając, które relacje są „prawdziwe” dla szukanego rozwiązania. Tak więc Prolog może być uważany za język opisowy i deklaratywny. Programowanie w Prologu polega przede wszystkim na opisaniu znanych faktów i relacji dotyczących problemu, w mniejszym stopniu na podawaniu kolejnych kroków algorytmu. Kiedy programujemy w Prologu, sposób pracy komputera częściowo wynika z deklaratywnej semantyki Prologu, częściowo z tego, że Prolog na podstawie danego zbioru faktów może wnioskować nowe fakty, a jedynie częściowo na podstawie jawnie podanych przez programistę instrukcji ste- rujących. 12 Prolog. Programowanie Obiekty i relacje Prolog to komputerowy język programowania używany do rozwiązywania proble- mów dotyczących obiektów i relacji między nimi. Kiedy na przykład mówimy, że „Jan ma książkę”, informujemy, że istnieje relacja własności między obiektem „Jan” a obiektem „książka”. Co więcej, jest to relacja upo- rządkowana: Jan ma książkę, ale książka nie ma Jana. Jeśli zadajemy pytanie „Czy Jan ma książkę?”, staramy się poznać relację. Wiele problemów możemy opisać, wskazu- jąc obiekty i ich relacje. Rozwiązanie problemu polega na zażądaniu od komputera in- formacji o obiektach i relacjach, które można z naszego programu wywnioskować. Nie wszystkie relacje jawnie określają wszystkie obiekty, które ich dotyczą. Kiedy na przykład mówimy „Biżuteria jest cenna”, oznacza to, że istnieje relacja „bycia cen- nym” dotycząca biżuterii. Nie wiadomo, dla kogo biżuteria jest cenna ani dlaczego. Wszystko zależy od tego, co zamierzamy wyrazić. Jeśli tego typu relacje będziemy modelować w Prologu, to liczba podawanych szczegółów zależeć będzie od tego, ja- kiej odpowiedzi oczekujemy od komputera. Mówimy tutaj o obiektach, ale nie należy mylić tego z popularną metodologią pro- gramowania — programowaniem obiektowym. W programowaniu obiektowym obiekt to struktura danych, która może dziedziczyć pola i metody z hierarchii klas, do której sama należy. Wprawdzie początki programowania obiektowego można datować na środek lat 60., lecz popularność zyskało w latach 80. i 90., kiedy to pojawiły się takie języki jak Smalltalk-80, C++ czy Java. Z kolei Prolog ewoluował niezależnie od początku lat 70., zaś jego zaczątkiem były postępy programowania w logice. Prologu nie należy porównywać z językami obiek- towymi, takimi jak C++ i Java, gdyż Prolog służy do całkiem innych zadań i całkiem inne znaczenie ma w nim słowo „obiekt”. Dzięki elastyczności Prologu możliwe jest napisanie w nim programu, który będzie interpretował podobny do Prologu język obiek- towy, ale to już całkiem inne zagadnienie. Reasumując, kiedy mówimy o obiektach w Prologu, nie chodzi nam o struktury danych dziedziczące pola i metody z klasy, ale o byty, które można opisać termami. Prolog stanowi praktyczną i wydajną implementację szeregu aspektów „inteligentnego” wykonywania programu: braku determinizmu, równoległości i wywoływania proce- dur według wzorca. Prolog zawiera ujednoliconą strukturę danych, term, na bazie któ- rej tworzone są wszystkie dane oraz same programy Prologu. Program prologowy składa się ze zbioru klauzul, a każda klauzula to albo fakt opisujący pewną informa- cję, albo reguła mówiąca, jak rozwiązanie można powiązać z danymi faktami. Tak więc Prolog można uważać za pierwszy krok na drodze ku ostatecznemu celowi pro- gramowania w logice. W książce tej nie będziemy zanadto zastanawiać się nad dal- szymi implikacjami programowania w logice, nie będzie nas też specjalnie intereso- wało, dlaczego Prolog nie jest gotowym językiem programowania w logice. Zamiast tego skoncentrujemy się na pisaniu przydatnych programów za pomocą istniejących obecnie systemów standardowego Prologu. Rozdział 1. ♦ Wprowadzenie 13 Zanim zaczniemy programować, trzeba jeszcze wspomnieć o jeszcze jednej rzeczy. Wszyscy do zapisu relacji używamy reguł. Na przykład reguła „Dwoje ludzi jest sio- strami, jeśli oboje są kobietami i mają tych samych rodziców” objaśnia znaczenie by- cia siostrą. Mówi nam ona też, jak znaleźć dwoje ludzi będących siostrami: wystarczy po prostu sprawdzić, czy oboje to kobiety i czy mają tych samych rodziców. Ważną rzeczą jest to, że reguły zwykle są bardzo uproszczone, ale są wystarczająco precy- zyjne, aby być definicjami. Nie można przecież oczekiwać, że definicja powie nam o jakimś obiekcie wszystko. Zapewne większość ludzi zgodzi się co do tego, że tak naprawdę „bycie siostrami” znaczy o wiele więcej niż wynika to z powyższej reguły. Kiedy jednak rozwiązujemy pewien konkretny problem, koncentrujemy się jedynie na regułach z tym problemem związanych. Powinniśmy zatem przyjąć specjalnie przygotowaną, uproszczoną defi- nicję, która w danym wypadku będzie wystarczająca. Programowanie W tym rozdziale pokażemy najważniejsze elementy języka w prawdziwych progra- mach, ale nie będziemy zanadto zagłębiać się w szczegóły, zasady formalne czy wy- jątki. Na razie nie będziemy silili się na kompletność wykładu czy jego formalną po- prawność. Chcemy, by czytelnik szybko posiadł umiejętność pisania przydatnych praktycznie programów, więc musimy skoncentrować się na podstawach: faktach, za- pytaniach, zmiennych, połączeniach i regułach. Inne elementy Prologu, np. listy czy re- kurencja, będą omawiane w dalszych rozdziałach. Programowanie w Prologu składa się z:  Deklarowania faktów dotyczących obiektów i związków między nimi.  Definiowania reguł dotyczących obiektów i związków między nimi.  Zadawania zapytań o obiekty i związki między nimi. Załóżmy na przykład, że wprowadziliśmy do systemu Prologu przedstawioną wyżej regułę dotyczącą sióstr. Moglibyśmy zadać zapytanie, czy Maria i Janina są siostrami. Prolog przeszuka swoje informacje o Marii i Janinie, następnie odpowie yes lub no, zależnie od swojego stanu wiedzy. Tak więc możemy uważać Prolog za zbiór faktów i reguł, które są używane do udzielania odpowiedzi na zapytania. Programowanie w Pro- logu polega na podawaniu faktów i reguł, zaś system potrafi wnioskować nowe fakty na podstawie już istniejących. Prolog to język konwersacyjny, co oznacza, że użytkownik prowadzi pewnego ro- dzaju konwersację z komputerem. Załóżmy, że siedzimy sobie przy terminalu i mamy użyć Prologu. Terminal komputera ma klawiaturę i wyświetlacz. Za pomocą klawiatury wprowadza się do komputera dane, zaś komputer na wyświetlaczu (może to być moni- tor czy drukarka) pokazuje swoje odpowiedzi. Prolog oczekuje, że użytkownik wpro- wadzi wszystkie fakty i reguły dotyczące rozwiązywanego problemu. Następnie Pro- log będzie odpowiadał na zadawane pytania. 14 Prolog. Programowanie Teraz zajmiemy się kolejno podstawowymi elementami składowymi Prologu. Nie bę- dziemy na razie szczegółowo omawiać wszystkich aspektów tego języka, na to czas przyjdzie później, w dalszych rozdziałach. Fakty Najpierw omówimy fakty opisujące obiekty. Załóżmy, że chcemy w Prologu zanoto- wać fakt, że „Jan lubi Marię”. Fakt ten dotyczy dwóch obiektów, Jana i Marii, oraz zawiera relację „lubienia”. W prologu fakty zapisuje się w postaci: NWDK LCPOCTKC  Trzeba pamiętać o kilku rzeczach:  Nazwy wszystkich relacji i obiektów muszą się zaczynać małymi literami, jak powyżej: NWDK, LCP, OCTKC.  Najpierw zapisuje się relację, a potem jej obiekty rozdzielone przecinkami i ujęte w nawias okrągły.  Fakt musi się kończyć kropką (). Podczas definiowania związków między obiektami w formie faktów należy zwrócić uwagę na kolejność obiektów umieszczanych w nawiasie. Kolejność ta jest wprawdzie dowolna, ale trzeba się na jakąś zdecydować i potem się jej trzymać, aby zapewnić jednolitą interpretację tych faktów. Na przykład, w powyższym fakcie osobę lubiącą podajemy jako pierwszą, zaś lubianą jako drugą. Wobec tego fakt NWDK LCPOCTKC nie jest równoważny faktowi NWDK OCTKCLCP . Pierwszy z nich, zgodnie z przyjętą przez nas kolejnością, mówi, że Jan lubi Marię. Jeśli chcemy powiedzieć, że Maria lubi Jana, musimy to jawnie zapisać: NWDK OCTKCLCP  Oto zestaw faktów wraz z ich interpretacją w języku naturalnym 1: EGPP[ \NQVQ  MQDKGVC LCPKPC  Złoto jest cenne. Janina jest kobietą. RQUKCFC LCP\NQVQ  Jan posiada złoto. QLEKGE LCPOCTKC  Jan jest ojcem Marii. FCLG LCPIC\GVCOCTKC  Jan daje Marii gazetę. Za każdym razem, kiedy używamy jakiejś nazwy, dotyczy ona konkretnego obiektu. Czytelnik zna język polski, więc oczywiste jest, że LCP i OCTKC muszą dotyczyć osób, p 1 W faktach i obiektach nie należy używać polskich liter. Zgodnie ze standardem Prologu w nazwach relacji i obiektów można korzystać jedynie z alfabetu łacińskiego i pewnych znaków dodatkowych, które zostaną podane w dalszych rozdziałach — przyp. tłum. Rozdział 1. ♦ Wprowadzenie 15 ale znaczenie takich nazw jak \NQVQ nie od razu będzie jasne. Tego typu słowa nazy- wane są słowami niepoliczalnymi. Kiedy używamy jakiejś nazwy, musimy przypisać jej interpretację. Przykładowo, nazwa \NQVQ może odnosić się do obiektu — wtedy zwykle chodzi nam o jakiś kawałek złota. W takiej sytuacji fakt EGPP[ \NQVQ oznacza, że dany kawałek złota, któremu przypisaliśmy nazwę \NQVQ, jest cenny. Z drugiej strony, możemy uznać, że nazwa \NQVQ dotyczy pierwiastka o liczbie atomowej 79, wobec czego pisząc EGP P[ \NQVQ mówimy, że pierwiastek chemiczny złoto jest cenny. Tak więc nazwę można różnie interpretować, a o wyborze konkretnej interpretacji decyduje programi- sta. Nie stanowi to problemu, pod warunkiem, że będziemy konsekwentnie trzymać się jednej interpretacji. Ważne jest ustalenie tej interpretacji dostatecznie wcześnie, kiedy jeszcze dokładnie wiemy, co dana nazwa miała oznaczać. Teraz trochę o stosowanej terminologii. Nazwy obiektów występujące w nawiasach nazywamy argumentami. Pamiętajmy, że w informatyce słowo „argument” nie ma nic wspólnego z potocznym znaczeniem tego słowa, czyli „racją w dyskusji”. Nazwę re- lacji znajdującą się przed nawiasem nazywamy predykatem. Wobec tego predykat EGPP[ ma jeden argument, zaś predykat NWDK ma dwa argumenty. Nazwy obiektów i relacji są całkowicie dowolne. Zamiast zapisu NWDK LCPOCTKC równie dobrze moglibyśmy zastosować C DE , wiedząc, że C oznacza lubienie, D oznacza Jana, a E oznacza Marię. Jednak zwykle nazwy dobiera się tak, aby ułatwić zapamiętywanie ich znaczenia. Wobec tego z góry trzeba ustalić znaczenie poszcze- gólnych nazw i kolejność argumentów, a potem trzeba się ściśle trzymać przyjętej konwencji. Relacje mogą mieć dowolną liczbę argumentów. Jeśli chcemy zdefiniować predykat ITC, w którym podamy dwóch graczy i nazwę gry, będziemy potrzebowali trzech ar- gumentów. Oto dwa przykłady takich faktów: ITC LCPOCTKCHWVDQN  ITC LCPKPCUVCU\GMDCFOKPVQP  Jak się przekonamy dalej, użycie wielu argumentów jest konieczne do zapamiętania złożonych powiązań między relacjami. Można deklarować różne fakty, także fakty, które nie są prawdziwe w świecie ze- wnętrznym. Można na przykład napisać MTQN LCPHTCPELC , aby poinformować, że Jan jest królem Francji. Jest to oczywiście nieprawda, biorąc pod uwagę, że rządy monar- sze we Francji zostały obalone około roku 1792. Prolog jednak nic o tym nie wie i nie chce wiedzieć; fakty Prologu pozwalają po prostu zapisywać dowolne relacje między obiektami. W Prologu zbiór faktów nazywamy bazą danych. Tego słowa używa się zawsze, kiedy mamy do czynienia ze zbiorem faktów (a, jak dowiemy się potem, także reguł) uży- wanych do rozwiązania pewnego problemu. 16 Prolog. Programowanie Zapytania Kiedy mamy już jakieś fakty, możemy zadawać dotyczące ich zapytania. W Prologu zapytanie wygląda tak samo jak fakt, ale umieszcza się przed nim specjalny symbol — pytajnik i minus (!). Rozważmy zapytanie: !RQUKCFC OCTKCIC\GVC  Jeśli OCTKC to osoba o imieniu Maria, a IC\GVC to pewna konkretna gazeta, to powyż- sze zapytanie odpowiada pytaniu Czy Maria ma gazetę? lub Czy istnieje fakt mówiący, że Maria ma gazetę? Nie jest to natomiast zapytanie o wszystkie gazety, ani o gazety w ogólności. Kiedy zadajemy Prologowi zapytanie, przeszukuje on stworzoną wcześniej bazę da- nych i szuka faktów pasujących do faktu podanego w zapytaniu. Dwa fakty pasują do siebie, jeśli mają takie same predykaty (tak samo pisane) i takie same są odpowiada- jące sobie ich argumenty. Jeśli Prolog znajdzie fakt pasujący do zapytania, odpowie [GU (tak). Jeśli fakt taki nie zostanie znaleziony, odpowiedzią będzie PQ (nie). Odpo- wiedzi pokazywane są na monitorze bezpośrednio pod pytaniem. Załóżmy, że mamy następującą bazę danych: NWDK LCTGMT[D[  NWDK LCTGMOCTKC  NWDK OCTKCMUKC\MC  NWDK LCPMUKC\MC  NWDK LCPHTCPELC  Jeśli wprowadzimy takie właśnie fakty, możemy zadawać poniższe zapytania i otrzy- mamy pokazane niżej odpowiedzi (odpowiedzi komputera są pogrubione): !NWDK LCTGMRKGPKCF\G  PQ !NWDK OCTKCLCTGM  PQ !NWDK OCTKCMUKC\MC  [GU Odpowiedzi na pierwsze trzy pytania nie powinny budzić żadnych wątpliwości. W Pro- logu odpowiedź PQ należy interpretować jako nie znaleziono niczego pasującego do pytania. Trzeba pamiętać, że PQ nie jest równoważne z odpowiedzią nie — wyobraźmy sobie bazę danych o słynnych Grekach: QUQDC UQMTCVGU  QUQDC CT[UVQVGNGU  CVGPE\[M UQMTCVGU  Możemy zadawać następujące zapytania: !CVGPE\[M UQMTCVGU  [GU !CVGPE\[M CT[UVQVGNGU  PQ Rozdział 1. ♦ Wprowadzenie 17 Wprawdzie być może Arystoteles żył niegdyś w Atenach, ale nie możemy tego udo- wodnić na podstawie pokazanej bazy danych. A co się stanie, gdy zadamy zapytanie o relację, której nie ma w bazie danych? Za- łóżmy, że używamy powyższej bazy danych z relacją NWDK i zadajemy jak najbardziej rozsądne zapytanie: !MTQN LCPHTCPELC  Nasza baza danych niczego nie mówi o królach, choć w bazie występują zarówno LCP, jak i HTCPELC. W większości systemów Prologu udzielona zostanie odpowiedź PQ, gdyż na podstawie bazy danych nie można udowodnić żadnych faktów dotyczących królów. Niemniej standard języka Prolog pozwala albo udzielić odpowiedzi PQ, albo przed udzieleniem takiej odpowiedzi wygenerować ostrzeżenie, albo może zostać za- prezentowany komunikat o błędzie. Przykładowo, gdybyśmy korzystali z naszej bazy danych o Grekach i zadalibyśmy zapytanie !ITGM UQMTCVGU  to choć w naszej bazie danych jest informacja, że Sokrates to Ateńczyk, nie wystarcza to do udowodnienia, że jest on Grekiem: baza danych nie mówi niczego o Grekach, więc z punktu widzenia standardu języka dopuszczalna jest odpowiedź: ZKUVGPEGGTTQTRTQEGFWTGITGM PQ To, jak konkretny system się w takiej sytuacji zachowa, zależy od sposobu zaimple- mentowania w nim standardu Prologu, więc nie będziemy się tego typu szczegółami zajmować. Omówione dotąd fakty i zapytania nie są zbyt interesujące — jedyne, co potrafimy, to uzyskać te same informacje, które wprowadziliśmy wcześniej do bazy. Znacznie cie- kawsze byłoby uzyskanie odpowiedzi na pytania Co lubi Maria? czy Kto żył w Ate- nach? Do tego właśnie służą zmienne. Zmienne Jeśli chcielibyśmy dowiedzieć się, co lubi Jan, bardzo nieporęcznie byłoby pytać Czy Jan lubi książki?, Czy Jan lubi Marię? i tak dalej, a Prolog każdorazowo udzielałby odpowiedzi [GU lub PQ. Znacznie rozsądniej byłoby zapytać Prolog, co lubi Jan. Od- powiednie pytanie miałoby postać Czy Jan lubi X? W chwili zadawania takiego za- pytania nie wiemy, co oznacza X; chcielibyśmy, aby to Prolog podał nam wszystkie możliwości. Otóż w Prologu możemy nie tylko nazywać konkretne obiekty, ale też używać takich nazw jak X, oznaczających obiekty, które będą wskazywane przez Prolog. Tego typu nazwy nazywamy zmiennymi. Kiedy Prolog używa zmiennej, może być ona ukonkretniona lub nieukonkretniona. Zmienna jest ukonkretniona, jeśli odpowiada jakiemuś konkretnemu obiektowi. Zmien- na nie jest ukonkretniona, kiedy nie wiemy, jakiemu obiektowi może odpowiadać. 18 Prolog. Programowanie Prolog odróżnia zmienne od nazw konkretnych obiektów w ten sposób, że wszystkie nazwy zaczynające się wielkimi literami są traktowane jako zmienne. Kiedy Prolog otrzymuje zapytanie zawierające zmienną, przeszukuje wszystkie fakty, aby znaleźć obiekt, który może zastąpić zmienną. Kiedy zatem pytamy Czy Jan lubi X?, Prolog przeszukuje wszystkie fakty, by znaleźć rzeczy, które lubi Jan. Zmienna taka jak X nie nazywa sama konkretnego obiektu, ale może zastępować obiekt, którego nazwy nie potrafimy podać. Na przykład, nie możemy nadać nazwy czemuś, co lubi Jan, więc w Prologu używa się tu innego zapisu; zamiast zapytania !NWDK LCPEQħEQNWDK,CP  używamy zmiennych: !NWDK LCP:  Zmienne w razie potrzeby mogą mieć dłuższe nazwy, na przykład poniższe zapytanie jest poprawne: !NWDK LCP QUEQNWDKLCP  Dlaczego to działa? Po prostu zmienna może być dowolną nazwą zaczynającą się wielką literą. Przyjmijmy, że mamy do czynienia z poniższą bazą faktów i zapytaniem: NWDK LCPMYKCV[  NWDK LCPOCTKC  NWDK RCYGNOCTKC  !NWDK LCP:  Zapytanie interpretujemy jako Czy mamy coś, co lubi Jan? Prolog odpowie na nie: :MYKCV[ i będzie czekał na dalsze instrukcje, które wkrótce też omówimy. Jak Prolog uzyskał powyższy wynik? Kiedy zadajemy mu powyższe zapytanie, zmienna : nie jest po- czątkowo ukonkretniona. Prolog przegląda bazę danych szukając faktów pasujących do zapytania. Póki argument jest zmienną nieukonkretnioną, może być zastępowany dowolnym innym argumentem występującym w tym samym miejscu w faktach. Pro- log wyszukuje dowolne fakty z predykatem NWDK i pierwszym argumentem LCP. drugi argument może być dowolny, gdyż zapytanie w drugim argumencie zawiera zmienną nieukonkretnioną. Kiedy odpowiedni fakt zostanie znaleziony, od tej chwili : oznacza drugi argument znalezionego faktu. Prolog przeszukuje bazę danych w takiej kolejno- ści, w jakiej ją wpisano (czyli od góry do dołu), wobec czego fakt NWDK LCPMYKCV[ znajdowany jest jako pierwszy. Zmienna : od tej chwili oznacza obiekt MYKCV[, czyli jest ukonkretniona jako MYKCV[. Prolog oznacza miejsce bazy danych, w którym zna- leziono pasujący fakt; użycie tego znacznika omówimy wkrótce. Kiedy Prolog znajduje fakt pasujący do zapytania, pokazuje obiekty podstawione pod zmienne. W tym wypadku była tylko jedna zmienna, :, i pasowała do obiektu MYKCV[. Prolog czeka na dalsze polecenia. Wciśnięcie klawisza Enter oznacza, że wystarcza nam znalezione rozwiązanie i dalsze już nas nie interesują. Jeśli wciśniemy klawisz ; (i Enter), Prolog podejmie dalsze przeszukiwanie bazy danych zaczynając od miejsca wstawienia znacznika. Rozdział 1. ♦ Wprowadzenie 19 Załóżmy, że po uzyskaniu od Prologu pierwszej odpowiedzi (:MYKCV[) zażądaliśmy wznowienia poszukiwań przez wciśnięcie . Oznacza to, że chcemy znaleźć inną od- powiedź na to samo zapytanie, czyli chcemy znaleźć inny obiekt, który można pod- stawić pod :. Wobec tego Prolog musi „zapomnieć”, że : oznaczało MYKCV[ i podjąć poszukiwania z nieukonkretnioną zmienną :. Wyszukujemy inne możliwe rozwiąza- nie, więc zaczynamy od znacznika. Następny znaleziony pasujący fakt to NWDK LCP OCTKC . Zmienna : jest ukonkretniana wartością OCTKC, Prolog wstawia znacznik na fakcie NWDK LCPOCTKC . Prolog wyświetla :OCTKC i czeka na dalsze polecenia. Jeśli wpiszemy następny średnik, Prolog będzie szukał kolejnego rozwiązania. W naszym przykładzie nie ma już innych obiektów, które lubiłby Jan, więc Prolog kończy wy- szukiwanie i pozwala zadawać kolejne zapytania lub deklarować dalsze fakty. Co się stanie, jeśli mając takie same fakty, jak powyżej, zadamy zapytanie: !NWDK :OCTKC  Oznacza to pytanie Czy jakiś obiekt lubi Marię? Obiektami takimi będą LCP i RCYGN. Znowu w celu uzyskania wszystkich możliwych odpowiedzi korzystamy ze średnika i RETURN: !NWDK :OCTKC  nasze zapytanie :LCP :RCYGN pierwsza odpowiedź; wcisnęliśmy średnik () i RETURN druga odpowiedź; znów wcisnęliśmy średnik () i RETURN PQ nie ma więcej odpowiedzi Koniunkcje Załóżmy, że chcielibyśmy odpowiadać na zapytania dotyczące bardziej złożonych relacji, na przykład takich: Czy Jan i Maria lubią się nawzajem? Jednym ze sposobów realizacji takiego zapytania byłoby zapytanie, czy Jan lubi Marię, a jeśli Prolog od- powiedziałby [GU, zapytanie, czy Maria lub Jana. Tak więc problem składa się z dwóch odrębnych celów, które Prolog musi wykazać. Kombinacje tego typu są wśród pro- gramistów Prologu wyjątkowo rozpowszechnione, więc wymyślono dla nich specjalną notację. Załóżmy, że mamy bazę danych: NWDK OCTKCE\GMQNCFC  NWDK OCTKCYKPQ  NWDK LCPYKPQ  NWDK LCPOCTKC  Chcemy wiedzieć czy Jan i Maria lubią się nawzajem. W tym celu pytamy Czy Jan lubi Marię? i Czy Maria lubi Jana?. Spójnik i oznacza, że interesuje nas koniunkcja celów: chcemy spełnić je obydwa. W Prologu spójnik ten zapisujemy jako przecinek (): !NWDK LCPOCTKC NWDK OCTKCLCP  20 Prolog. Programowanie Przecinek czytamy jako i, można za jego pomocą rozdzielać dowolną liczbę celów, które mają być spełnione w celu udzielenia odpowiedzi na pytanie. Kiedy Prolog otrzymuje ciąg celów (rozdzielonych przecinkami), stara się spełnić wszystkie cele, znajdując pasujące do nich cele z bazy danych. Aby spełniona była cała sekwencja, spełnione muszą być wszystkie cele składowe. Jeśli do pokazanej powyżej bazy za- damy powyższe zapytanie, odpowiedzią będzie PQ. Pierwszy cel jest prawdziwy, bo mamy w bazie informację, że Jan lubi Marię, ale nie występuje nigdzie fakt NWDK OCTKC LCP . Skoro chcieliśmy wiedzieć, czy lubią się nawzajem, odpowiedź na całe zapyta- nie brzmi PQ. Korzystając ze zmiennych i koniunkcji, możemy tworzyć naprawdę złożone zapyta- nia. Wiemy już, że nie można udowodnić, iż Jan i Maria lubią się nawzajem, więc chcielibyśmy wiedzieć, czy istnieje coś, co oboje lubią: Czy istnieje coś, co lubi za- równo Jan, jak i Maria? Zapytanie takie składa się z dwóch celów:  Najpierw sprawdzamy czy istnieje jakiś obiekt : lubiany przez Marię.  Następnie sprawdzamy czy Jan także lubi :, cokolwiek by to było. Powyższe dwa cele w Prologu można zapisać jako koniunkcję: !NWDK OCTKC: NWDK LCP:  Prolog najpierw próbuje spełnić pierwszy cel zapytania. Jeśli zostanie on znaleziony w bazie danych, miejsce w bazie danych zostanie zaznaczone i Prolog spróbuje speł- nić drugi cel. Jeśli on też zostanie spełniony, Prolog oznaczy miejsce tego celu w ba- zie danych i mamy już rozwiązanie. Najważniejsze, o czym trzeba pamiętać to to, że każdy cel wstawia do bazy osobną zakładkę. Jeśli drugi cel nie zostanie jednak spełniony, Prolog będzie się starał spełnić inaczej cel poprzedni (w tym wypadku pierwszy). Pamiętajmy, że Prolog dla każdego celu przeszukuje całą bazę danych. Jeśli fakt z bazy danych zostanie dopasowany, Prolog zaznaczy to miejsce, na wypadek gdyby potrzebne było ponowne dopasowywanie te- go celu. Kiedy jednak trzeba inaczej dopasować cel, Prolog zaczyna przeszukiwanie od znacznika celu, nie od początku bazy danych. Nasze powyższe zapytanie Czy ist- nieje coś, co lubi Maria i jednocześnie lubi to Jan?, stanowi przykład użycia mecha- nizmu nawracania: 1. W bazie danych odszukiwany jest pierwszy cel. Kiedy drugi argument : jest nieukonkretniony, może przybrać dowolną wartość. Pierwszym znalezionym dopasowaniem jest NWDK OCTKCE\GMQNCFC . Wobec tego od tej chwili : przybiera wartość LGF\GPKG wszędzie tam, gdzie pojawiasię:. Prolog oznacza w bazie danych miejsce znalezienia faktu na wypadek, gdyby konieczne było wznowienie wyszukiwania. 2. W bazie danych szuka się faktu NWDK LCPE\GMQNCFC . Wynika to stąd, że następnym celem jest NWDK LCP: , zaś : oznacza teraz E\GMQNCFC. Faktu takiego w bazie nie ma, więc cel zawodzi i Prolog stara się znaleźć inne dopasowanie NWDK OCTKC: , tym razem jednak przeszukiwanie bazy zaczyna się od zaznaczonego miejsca. Najpierw konieczne jest cofnięcie ukonkretnienia zmiennej :, aby ponownie mogła przybrać dowolną wartość. Rozdział 1. ♦ Wprowadzenie 21 3. Oznaczone miejsce to NWDK OCTKCE\GMQNCFC , więc od tego faktu zaczyna się dalsze wyszukiwanie. Nie doszliśmy jeszcze do końca bazy, więc można dalej sprawdzać co lubi Maria; następny pasujący fakt to NWDK OCTKCYKPQ . Zmienna : otrzymuje teraz wartość YKPQ, Prolog ponownie oznacza miejsce wystąpienia tego faktu. 4. Tak jak poprzednio, Prolog stara się uzgodnić drugi cel, tym razem szukając faktu NWDK LCPYKPQ . Tego celu Prolog nie próbuje uzgadniać z innymi wartościami; cel jest nowy, więc przeszukiwana jest cała baza danych. Fakt zostaje szybko znaleziony i Prolog generuje odpowiedni komunikat. Cel został uzgodniony, więc Prolog oznacza odpowiednie miejsce w bazie danych, aby w razie potrzeby zacząć dalsze przeszukiwanie od tego miejsca. W bazie danych znajdują się znaczniki wszystkich celów, które Prolog uzgadniał. 5. W tej chwili spełnione są już oba cele, zmiennej : odpowiada nazwa YKPQ. Pierwszy cel spowodował zaznaczenie w bazie danych faktu NWDK OCTKCYKPQ , a drugi — faktu NWDK LCPYKPQ . Tak jak w przypadku wszystkich zapytań, Prolog odnajduje pierwszą odpowiedź, za- trzymuje się i czeka na dalsze instrukcje. Jeśli wpiszemy, poszukiwanie rozwiązań będzie kontynuowane. Wiemy, że odbywa się to przez próby innego spełnienia oby- dwóch zadanych celów od zostawionych wcześniej znaczników. Reasumując, koniunkcję celów interpretujemy od strony lewej do prawej, poszcze- gólne cele rozdzielamy przecinkami. Każdy cel może mieć lewego i prawego sąsiada. Oczywiście pierwszy cel nie ma sąsiada lewego, a ostatni — prawego. Kiedy Prolog ma do czynienia z koniunkcją celów, stara się spełnić je kolejno, od lewej do prawej. Jeśli cel zostaje spełniony, Prolog umieszcza w bazie danych znacznik w miejscu z tym celem powiązanym — można na to patrzeć jak na narysowanie strzałki od celu do spełniającego go miejsca w bazie danych, przy tym ukonkretniane są wszystkie nie- ukonkretnione dotąd zmienne. Wszystko to ma miejsce w pierwszym kroku powyż- szego wyliczenia. Jeśli zmienna jest ukonkretniana, ukonkretniane są od razu wszyst- kie jej wystąpienia. Następnie Prolog stara się uzgodnić prawego sąsiada danego celu zaczynając poszukiwanie rozwiązań od początku bazy danych. Spełniane są kolejno wszystkie cele, przy czym w bazie danych zostawiane są znacz- niki (czyli w naszym przykładzie rysujemy strzałki od celów do odpowiednich fak- tów). Kiedy któryś cel zawodzi (nie można znaleźć pasującego do niego faktu), Pro- log się cofa i stara się inaczej uzgodnić lewego sąsiada, zaczynając poszukiwanie od jego znacznika. W takiej chwili wycofywane jest ukonkretnienie wszystkich zmien- nych, które miało miejsce w czasie realizacji sąsiedniego celu. Kiedy nie udaje się uzgodnić kolejnych celów, do których dochodzimy teraz od prawej strony, Prolog wycofuje się w lewo, aż kiedy braknie lewego sąsiada, cała koniunkcja zawodzi. Ta- kie próby wycofywania się i uzgadniania kolejnych celów koniunkcji nazywamy na- wracaniem. Nawracanie omówimy jeszcze w następnym rozdziale, a dokładnie zro- bimy to w rozdziale 4. Badając przykłady, dla wygody możemy zapisywać pod każdą zmienną z celu war- tość, na jaką zmienna ta została ukonkretniona. Warto też rysować strzałkę od celu do 22 Prolog. Programowanie jego znacznika w bazie danych. Poniżej pokazano cztery rysunki, które pomogą zro- zumieć przedstawiony przykład. Na każdym rysunku pokazano całą bazę danych i zapytanie wraz z ponumerowanymi komentarzami. Cele już uzgodnione dodatkowo obramowano. Rozdział 1. ♦ Wprowadzenie 23 :YKPQ W całej tej książce postaramy się pokazać, gdzie w przykładach zachodzi nawracanie i jak wpływa ono na sposób rozwiązywania problemów. Nawracanie jest tak ważne, że poświęcimy mu cały rozdział 4. Ćwiczenie 1.1. Poprowadź dalej powyższą analizę obrazkową zakładając, że odpowie- dzieliśmy systemowi średnikiem nakazującym znaleźć inne rozwiązania zapytania. Reguły Załóżmy, że chcemy zapisać fakt, że Jan lubi wszystkich ludzi. Jednym ze sposobów byłoby zapisanie szeregu kolejnych faktów: NWDK LCPCNHTGF  NWDK LCPDGTVTCPF  NWDK LCPE[T[N  NWDK LCPFCYKF  Jednak jest to rozwiązanie niewygodne, szczególnie jeśli w bazie danych mamy setki ludzi. Innym sposobem byłoby stwierdzenie, że Jan lubi wszystkie obiekty będące osobami. Fakt taki ma postać reguły mówiącej, kogo lubi Jan. Taki zapis jest bardziej zwarty od wypisywania kolejno wszystkich osób lubianych przez Jana. W Prologu reguł używa się do zapisania, że jakiś fakt zależy od grupy innych faktów. W języku polskim do stworzenia reguły używamy słówka „jeśli”, na przykład: Używam parasola, jeśli pada. Jan kupuje wino, jeśli jest ono tańsze od piwa. Reguł używa się też do zapisywania definicji, na przykład: X jest ptakiem jeśli: X jest zwierzęciem i X ma pióra. 24 lub X jest siostrą Y, jeśli: X jest kobietą i X i Y mają takich samych rodziców. Prolog. Programowanie W powyższych definicjach zapisanych w języku naturalnym użyto zmiennych X i Y. Trzeba pamiętać, że zmienne oznaczają te same obiekty we wszystkich wystąpieniach w regule; gdyby było inaczej, byłoby to niezgodne z duchem definicji w ogóle. Na przykład w powyższej regule opisującej ptaka nie można wykazać, że Fred jest pta- kiem tylko dlatego, że Fido jest zwierzęciem, a Maria ma pióra. Ta sama zasada jed- nolitej interpretacji zmiennych obowiązuje także w regułach Prologu. Jeśli : w jed- nym miejscu oznacza Freda, to wszystkie : w tej samej regule oznaczają też Freda. Reguła to ogólne stwierdzenie dotyczące obiektów i ich powiązań. Możemy na przy- kład powiedzieć, że Fred jest ptakiem, jeśli Fred jest zwierzęciem i Fred ma pióra, oraz że Bertrand jest ptakiem, jeśli Bertrand jest zwierzęciem i Bertrand ma pióra. Możemy zatem pozwolić, by zmienna miała różne wartości w przypadkach użycia re- guły, zaś w samej regule musi być interpretowana jednolicie. Przyjrzyjmy się teraz kilku przykładom, począwszy od reguły z jedną zmienną i z ko- niunkcją. Jan lubi każdego, kto lubi wino, czyli Jan lubi wszystko, jeśli to lubi wino, a gdy zapiszemy to samo za pomocą zmiennych Jan lubi X, jeśli X lubi wino. W Prologu reguła składa się z głowy i treści, które połączone są symbolem składają- cym się z dwukropka i myślnika (). Powyższą regułę można zatem zapisać nastę- pująco: NWDK LCP: NWDK :YKPQ  Należy zauważyć, że reguły także kończą się MTQRMæ. Głowa powyższej reguły to NW DK LCP: . Treść, tym razem NWDK :YKPQ , zawiera koniunkcję celów, które muszą być spełnione, aby głowa była prawdziwa. Możemy na przykład uczynić Jana osobą staranniej szukającą obiektów sympatii, dodając do treści reguły więcej celów roz- dzielonych RT\GEKPMCOK: NWDK LCP: NWDK :YKPQ NWDK :LGF\GPKG  Oznacza to, że Jan lubi wszystkich, którzy lubią wino i jedzenie. Załóżmy teraz, że Jan lubi panie, które lubią wino: NWDK LCP: MQDKGVC : NWDK :YKPQ  Zawsze kiedy analizujemy regułę Prologu, musimy zwrócić uwagę na to, gdzie znaj- dują się w niej zmienne. W powyższej regule trzykrotnie użyto zmiennej :. Kiedy Rozdział 1. ♦ Wprowadzenie 25 zmienna ta jest ukonkretniana jakimś obiektem, jest ukonkretniana w całym swoim zakresie obowiązywania. W konkretnych przypadkach użycia reguły zakres obowią- zywania to cała reguła, od głowy do kropki na końcu. Wobec tego, jeśli w powyższej regule zmienna : zostanie ukonkretniona, aby wskazywała Marię, Prolog będzie starał się uzgodnić cele MQDKGVC OCTKC i NWDK OCTKCYKPQ . Następnie przyjrzyjmy się regule, w której używana jest więcej niż jedna zmienna. Niech baza danych zawiera fakty dotyczące rodziny królowej Wiktorii. Będziemy ko- rzystać z predykatu TQF\KEG mającego trzy argumenty: TQF\KEG :; oznacza, że rodzice X to Y i Z. Drugi argument to matka, a trzeci to ojciec. Użyjemy też predyka- tów MQDKGVC i OG\E\[\PC, które nie wymagają objaśnienia. Oto przykład części za- wartości bazy: OG\E\[\PC CNDGTV  OG\E\[\PC GFYCTF  MQDKGVC CNKELC  MQDKGVC YKMVQTKC  TQF\KEG GFYCTFYKMVQTKCCNDGTV  TQF\KEG CNKELCYKMVQTKCCNDGTV  Teraz użyjemy opisanej wcześniej reguły dotyczącej siostry. W regule tej definiujemy dwuargumentowy predykat UKQUVTC :; mówiący, że : jest siostrą ;. : jest siostrą ;, jeżeli:  : jest kobietą,  matką : jest /, a ojcem 1,  ; ma takich samych matkę i ojca, jak :. Możemy zapisać zatem następującą regułę: UKQUVTC :;  MQDKGVC :  TQF\KEG :/1  TQF\KEG ;/1  Albo tę samą regułę można zapisać w jednym wierszu: UKQUVTC :; MQDKGVC : TQF\KEG :/1 TQF\KEG ;/1O  Matkę i ojca oznaczają zmienne / i 1, choć moglibyśmy użyć też zmiennych /CVMC i 1LEKGE. Zauważmy, że te zmienne nie występują w głowie reguły; niemniej są trak- towane tak samo, jak wszelki inne zmienne. Kiedy Prolog używa reguły, zmienne / i 1 początkowo są nieukonkretnione, więc podczas pierwszego dopasowywania celu TQF\KEG :/1 są im przypisywane wartości. Kiedy jednak już raz zostaną ukonkret- nione, ukonkretnienie to dotyczy wszystkich wystąpień / i 1 w całej regule. Poniższy przykład pomoże zrozumieć sposób użycia tych zmiennych. Zadajmy zapytanie: !UKQUVTC CNKELCGFYCTF  26 Prolog. Programowanie Prolog będzie przetwarzał takie zapytanie następująco: 1. Najpierw zapytanie dopasowywane jest do głowy reguły UKUVGT, więc : ukonkretniana jest jako CNKELC, a ; jako GFYCTF. Znacznik odpowiadający zapytaniu umieszczony jest na znalezionej regule. Następnie Prolog próbuje spełnić kolejno trzy cele z treści reguły. 2. Pierwszym celem jest MQDKGVC CNKELC , gdyż wcześniej : ukonkretniono wartością CNKELC. Cel jest prawdziwy, gdyż istnieje odpowiedni fakt w bazie, więc ten cel nie zawodzi. W tej sytuacji Prolog oznacza odpowiednie miejsce w bazie danych (trzeci zapis). Nie dochodzi do ukonkretnienia żadnych dodatkowych zmiennych i Prolog przechodzi do uzgadniania następnego celu. 3. Prolog szuka faktu TQF\KEG CNKELC/1 , gdzie / i 1 dopiero mają być ukonkretnione. Znaleziony zostaje fakt TQF\KEG CNKELCYKMVQTKCCNDGTV , więc cel jest uzgodniony. Prolog oznacza w bazie danych szóstą pozycję, ukonkretnia / wartością YKMVQTKC i 1 wartością CNDGTV (można ponownie użyć zapisu wartości pod celem). Prolog przechodzi do uzgadniania następnego celu. 4. Obecnie Prolog szuka faktu TQF\KEG GFYCTFYKMVQTKCCNDGTV , gdyż już w zapytaniu ukonkretniono ; jako GFYCTF, zaś w poprzednim kroku ukonkretniono / i 1. Cel udaje się uzgodnić, oznaczany jest odpowiedni fakt (piąty w bazie). Jako że był to ostatni cel koniunkcji, cała koniunkcja jest prawdziwa i fakt UKQUVTC CNKELCGFYCTF uznawany jest za prawdziwy, wobec czego Prolog odpowiada [GU. Załóżmy teraz, że interesuje nas czy Alicja jest czyjąś siostrą; odpowiednie zapytanie ma postać !UKQUVTC CNKELC:  Prolog postąpi w następujący sposób: 1. Zapytanie pasuje do głowy reguły UKQUVTC; zmienna : reguły jest ukonkretniana wartością CNKELC. Zmienna : zapytania pozostaje nieukonkretniona, więc nieukonkretniona jest też zmienna ; reguły. Zmienne te jednak zostają ze sobą powiązane: kiedy jedna z nich zostanie ukonkretniona, druga zostanie ukonkretniona tak samo. Na razie jednak obie są jeszcze wolne. 2. Pierwszy cel, MQDKGVC CNKELC , udaje się uzgodnić jak poprzednio. 3. Drugi cel to TQF\KEG CNKELC/1 , jest on dopasowywany do faktu TQF\KEG CNKELCYKMVQTKCGFYCTF . Znamy już zatem wartości zmiennych / i 1. 4. Wartość ; nie jest jeszcze znana, więc trzecim celem jest TQF\KEG ;YKMVQTKCCNDGTV . Cel ten dopasowywany jest do faktu TQF\KEG GFYCTFYKMVQTKCCNDGTV , więc zmienna ; ukonkretniona jest wartością GFYCTF. 5. Cel jest uzgodniony, więc uzgodniona jest cała reguła z wartościami : jako CNKELC (znana z zapytania) i ; jako GFYCTF. Jako że zmienna ; z reguły jest powiązana ze zmienną : z zapytania, : także ma wartość GFYCTF. Prolog wyświetla wynik, :GFYCTF. Rozdział 1. ♦ Wprowadzenie 27 Jak zwykle, Prolog czeka na decyzję, czy ma szukać kolejnych rozwiązań zapytania. To akurat zapytanie, które zadaliśmy, więcej rozwiązań już nie ma, zaś sposób dojścia Prologu do tego wniosku jest przedmiotem ćwiczenia z końca niniejszego rozdziału. Jak widzieliśmy, Prolog może pobierać informacje o predykacie NWDK w dwóch posta- ciach: możemy podawać fakty i reguły. Ogólnie rzecz biorąc, predykat definiuje się jako zbiór faktów i reguł; jedne i drugie nazywamy klauzulami predykatu. Słowa klau- zula używać będziemy zawsze mając na myśli fakt lub regułę. Zastanówmy się teraz nad następującym zagadnieniem: dana osoba może coś ukraść, jeśli jest złodziejem i coś lubi, zaś to coś jest wartościowe. W Prologu zapisujemy to: OQ\GAWMTCUE 26 \NQF\KGL 2 NWDK 26  Używamy dwuargumentowego predykatu OQ\GAWMTCUE, gdzie 2 oznacza potencjalne- go złodzieja, a 6 kradzioną rzecz. Reguła ta opiera się na klauzulach \NQF\KGL i NWDK; obie one mogą być zapisane jako mieszanina faktów i reguł. Przyjmijmy, że baza da- nych jest taka sama jak poprzednio, ale między symbole    wstawiliśmy numery klauzul. Pokazane symbole służą do zapisu komentarzy. Komentarze są przez Prolog pomijane, ale można je dodawać do programu, aby zwiększyć jego czytelność. Dalej będziemy odwoływać się do umieszczonych w komentarzach numerów klauzul.   \NQF\KGL LCP    NWDK OCTKCE\GMQNCFC    NWDK OCTKCYKPQ    NWDK LCP: NWDK :YKPQ    OQ\GAWMTCUE :; \NQF\KGL : NWDK :;  Zauważmy, że definicja NWDK składa się z trzech klauzul: dwóch faktów i jednej reguły. Teraz przyjrzyjmy się, co się będzie działo, kiedy zadamy zapytanie Co może ukraść Jan? Najpierw zapiszmy to zapytanie w formie: !OQ\GAWMTCUE LCP:  Prolog będzie działał następująco: 1. Najpierw odszukana zostanie klauzula pasująca do OQ\GAWMTCUE, czyli klauzula 5. Prolog oznaczy to miejsce w bazie danych. Jest to reguła, więc aby prawdziwa była głowa, spełnione muszą być cele z jej treści. Wobec tego zmienna : z reguły jest ukonkretniana wartością LCP z zapytania. Widzimy, że mamy do ukonkretnienia dwie zmienne: : z zapytania i ; z reguły, obie zmienne zostają powiązane. Aby reguła została uzgodniona, uzgodnione muszą zostać jej cele; szukanie zaczyna się od pierwszego celu, \NQF\KGL LCP . 2. Cel jest uzgadniany, gdyż istnieje po prostu fakt \NQF\KGL LCP (klauzula 1.). Prolog oznacza to miejsce w bazie danych, nie są ukonkretniane żadne inne zmienne. Prolog następnie stara się spełnić drugi cel klauzuli 5. : jest równoważne wartości LCP, więc Prolog szuka dopasowań do NWDK LCP; . Zmienna ; nadal nie jest ukonkretniona. 28 Prolog. Programowanie 3. Cel NWDK LCP; pasuje do głowy reguły z klauzuli 4. Zmienna ; występująca w treści reguły jest powiązana z : z głowy, obie zmienne są nieukonkretnione. Aby regułę spełnić, szukamy celu NWDK :YKPQ . 4. Cel jest spełniany, gdyż istnieje fakt NWDK OCTKCYKPQ (klauzula 3.). Wobec tego : oznacza teraz nazwę OCTKC. Cel klauzuli 4. został spełniony, więc spełniona jest cała reguła i wynika z niej fakt NWDK LCPOCTKC . Wobec faktu powiązania ; z klauzuli 5. z : (z klauzuli 4.), : też otrzymuje wartość OCTKC. 5. Klauzula 5. jest spełniona, zmienna ; jest ukonkretniona wartością OCTKC. ; była powiązana z drugim argumentem zapytania, więc szukana wartość to OCTKC. Wybraliśmy ten przykład, aby pokazać, jak łatwo jest uzyskać niespodziewane rezul- taty, właśnie takie jak „Jan może ukraść Marię”. Do tego wniosku Prolog doszedł na- stępująco: Aby ukraść cokolwiek, Jan musi być przede wszystkim złodziejem. Z klauzuli 1. wynika, że tak właśnie jest. Następnie Jan musi lubić to, co ma ukraść. Z klauzuli 4. wynika, że Jan lubi wszystko, co lubi wino. Z klauzuli 3. wynika, że Maria lubi wino, wobec czego Jan lubi Marię. Wobec tego, że spełnione są obydwa warunki ukradzenia czegoś, Jan może ukraść Marię. Zauważmy, że fakt, iż Maria lubi czekoladę (klauzula 2.) jest w całym rozumowaniu w ogóle nie używany. W powyższym przykładzie wielokrotnie w kolejnych klauzulach używaliśmy zmien- nych : i ;. Na przykład w regule OQ\GAWMTCUE zmienna : oznacza obiekt, który może coś ukraść, zaś w regule NWDK oznacza obiekt lubiany. Aby nasz program działał pra- widłowo, Prolog musi uwzględnić, że ta sama zmienna w dwóch różnych wywołaniach klauzul może mieć różne znaczenie. Znajomość zakresu obowiązywania zmiennych pozwala uniknąć pomyłek w tym zakresie. Można byłoby użyć łatwiejszych do zin- terpretowania nazw zmiennych, ale użyliśmy krótkich, niewiele mówiących nazw, aby pokazać, jak ustalany jest zakres obowiązywania zmiennych. Podsumowanie i ćwiczenia Omówiliśmy już najważniejsze zasady Prologu. W szczególności zapoznaliśmy się z:  Dodawaniem faktów dotyczących obiektów.  Zadawaniem zapytań o fakty.  Użyciem zmiennych i ich zakresami.  Koniunkcją jako sposobem łączenia zdań spójnikiem „i”.  Zapisywaniem relacji jako reguł.  Podstawami nawracania. Rozdział 1. ♦ Wprowadzenie 29 Tak mały zbiór technik wystarcza do tworzenia przydatnych programów obsługują- cych niewielkie bazy danych. Warto w celu utrwalenia materiału wykonać podane poniżej ćwiczenia. Przed rozpoczęciem pisania programów w wybranym systemie Prologu należy zaj- rzeć do podręcznika, aby obejrzeć przykład sesji. Nieco praktycznych porad znajduje się także w rozdziale 8. Teraz, kiedy znamy już podstawy Prologu, możemy przejść do następnego rozdziału, w którym wyjaśnione zostaną niektóre zagadnienia w tym rozdziale tylko wspomnia- ne. Pokażemy też, jak w Prologu traktowane są liczby. W następnych kilku rozdzia- łach będziemy mogli docenić możliwości Prologu i wygodę jego użycia. Ćwiczenie 1.2. Kiedy reguła UKQUVTC zostanie zastosowana do pokazanej wcześniej bazy danych opisującej rodzinę królowej Wiktorii, otrzymamy więcej niż jedną od- powiedź. Wyjaśnij, skąd te odpowiedzi się biorą i jakie one są. Ćwiczenie 1.3. Inspiracją do tego ćwiczenia było ćwiczenie z książki „Logic for Pro- blem Solving” (Logika a rozwiązywanie problemów) Roberta Kowalskiego wydanej przez North Holland w 1979 roku. Załóżmy, że zapisano w formie klauzul Prologu następujące relacje: QLEKGE :;  :LGUVQLEGO;  OCVMC :;  :LGUVOCVMæ;  OG\E\[\PC :  :LGUVOúľE\[\Pæ  MQDKGVC :  :LGUVMQDKGVæ  TQF\KE :;  :LGUVTQF\KEGO;  FKHH :;  :K;UæTÎľPG  Należy zapisać klauzule definiujące relacje: LGUVAOCVMC :  :LGUVOCVMæ  LGUVAQLEGO :  :LGUVQLEGO  LGUVAU[PGO :  :LGUVU[PGO  UKQUVTC :;  :LGUVUKQUVTæ;  F\KCFGM :;  :LGUVF\KCFMKGO;  TQF\GPUVYQ :;  :K;UæTQF\GēUVYGO  Przykładowo, można byłoby napisać regułę EKQVMC korzystającą z danych wcześniej reguł MQDKGVC, TQF\GPUVYQ i TQF\KE: EKQVMC :; MQDKGVC : TQF\GPUVYQ : TQF\KE ;  Można też tę regułę zapisać inaczej: EKQVMC :; UKQUVTC : TQF\KE ;  gdy ma się do dyspozycji regułę UKQUVTC. Ćwiczenie 1.4. Korzystając
Pobierz darmowy fragment (pdf)

Gdzie kupić całą publikację:

Prolog. Programowanie
Autor:
,

Opinie na temat publikacji:


Inne popularne pozycje z tej kategorii:


Czytaj również:


Prowadzisz stronę lub blog? Wstaw link do fragmentu tej książki i współpracuj z Cyfroteką: