Программирование на языке Пролог для искусственного интеллекта

Братко Иван

Программист может вводить свои собственные операторы. Так, например, можно определить атомы

имеет

и

поддерживает

в качестве инфиксных операторов, а затем записывать в программе факты вида:

питер имеет информацию.

пол поддерживает стол.

Эти факты в точности эквивалентны следующим:

имеет( питер, информацию).

поддерживает( пол, стол).

Программист определяет новые операторы, вводя в программу особый вид предложений, которые иногда называют директивами. Такие предложения играют роль определений новых операторов. Определение оператора должно появиться в

программе раньше, чем любое выражение, использующее этот оператор. Например, оператор имеет можно определить директивой

:- op( 600, xfx, имеет).

Такая запись сообщит Прологу, что мы хотим использовать "имеет" в качестве оператора с приоритетом 600 и типом '

xfx

', обозначающий одну из разновидностей инфиксного оператора. Форма спецификатора '

xfx

' указывает на то, что оператор, обозначенный через '

f

', располагается между аргументами, обозначенными через '

х

'.

Обратите внимание на то, что определения операторов не содержат описания каких-либо операций или действий. В соответствии с принципами языка ни с одним оператором не связывается каких-либо операций над данными (за исключением особых, редких случаев). Операторы обычно используются так же, как и функторы, только для объединения объектов в структуры и не вызывают действия над данными, хотя само слово "оператор", казалось бы, должно подразумевать какое-то действие.

Имена операторов это атомы, а их приоритеты — точнее, номера их приоритетов — должны находиться в некотором диапазоне, зависящем от реализации. Мы будем считать, что этот диапазон располагается в пределах от 1 до 1200. [1]

Существуют три группы типов операторов, обозначаемые спецификаторами, похожими на

xfx

:

(1) инфиксные операторы трех типов:

xfx xfy yfx

(2) префиксные операторы двух типов:

fx fy

1

Чем выше приоритет, тем меньше его номер. — Прим. перев.

(3) постфиксные операторы двух типов:

хf yf

Спецификаторы выбраны с таким расчетом, чтобы нагляднее отразить структуру выражения, в котором '

f

' соответствует оператору, а 'x' и '

y

' представляют его аргументы. Расположение '

f

' между аргументами указывает на то, что оператор инфиксный. Префиксные и постфиксные спецификаторы содержат только один аргумент, который, соответственно, либо следует за оператором, либо предшествует ему.

Рис. op3.7. Две интерпретации выражения

а-b-с

в предположении, что '

–

' имеет приоритет 500. Если тип '

–

' есть

yfx

, то интерпретация 2 неверна, так как приоритет

b-с

не выше, чем приоритет '

–

'.

Между '

x

' и '

y

' есть разница. Для ее объяснения нам потребуется ввести понятие приоритета аргумента. Если аргумент заключен в скобки или не имеет структуры (является простым объектом), тогда его приоритет равен 0; если же он структурный, тогда его приоритет равен приоритету его главного функтора. С помощью '

x

' обозначается аргумент, чей приоритет должен быть строго выше приоритета оператора (т e. его номер строго меньше номера приоритета оператора); с помощью '

y

' обозначается аргумент, чей приоритет выше или равен приоритету оператора.

Такие

правила помогают избежать неоднозначности при обработке выражений, в которых встречаются операторы с одинаковым приоритетом. Например, выражение

а-b-с

обычно понимается как

(а-b)-с

, а не как

а-(b-с)

. Чтобы обеспечить такую обычную интерпретацию, оператор '

–

' следует определять как

yfx

. На рис. 3.7 показано, каким образом исключается вторая интерпретация.

В качестве еще одного примера рассмотрим оператор

not

(логическое отрицание "не"). Если

not

oпределён как

fy

, тогда выражение

 

not not p

записано верно; однако, если

not

определен как

fx

, оно некорректно, потому что аргументом первого

not

является структура

not p

, которая имеет тот же приоритет, что и

not

. В этом случае выражение следует писать со скобками:

not (not p)

:- op( 1200, xfx, ':-').

:- op( 1200, fx, [:-, ?-] ).

:- op( 1100, xfy, ';').

:- op( 1000, xfy, ',').

:- op( 700, xfx, [=, is, <, >, =<, >=, ==, =\=, \==, =:=]).

:- op( 500, yfx, [+, -] ).

:- op( 500, fx, [+, -, not] ).

:- op( 400, yfx, [*, /, div] ).

:- op( 300, xfx, mod).

Рис. 3.8. Множество предопределенных операторов.

Для удобства некоторые операторы в пролог-системах определены заранее, чтобы ими можно было пользоваться сразу, без какого-либо определения их в программе. Набор таких операторов и их приоритеты зависят от реализации. Мы будем предполагать, что множество этих "стандартных" операторов ведет себя так, как если бы оно было определено с помощью предложений, приведенных на рис. 3.8. Как видно из того же рисунка, несколько операторов могут быть определены в одном предложении, если только они все имеют одинаковый приоритет и тип. В этом случае имена операторов записываются в виде списка. Использование операторов может значительно повысить наглядность, "читабельность" программы. Для примера предположим, что мы пишем программу для обработки булевских выражений. В такой программе мы, возможно, захотим записать утверждение одной из теорем де Моргана, которое в математических обозначениях записывается так:

~ (А & В) <===> ~А v ~В

Приведем один из способов записи этого утверждения в виде прологовского предложения:

эквивалентно( not( и( А, В)), или( not( A, not( B))).

Однако хорошим стилем программирования было бы попытаться сохранить по возможности больше сходства между видом записи исходной задачи и видом, используемом в программе ее решения. В нашем примере этого можно достичь почти в полной мере, применив операторы. Подходящее множество операторов для наших целей можно определить так:

:- op( 800, xfx, <===>).

:- op( 700, xfy, v).

:- op( 600, хfу, &).

:- op( 500, fy, ~).

Теперь правило де Моргана можно записать в виде следующего факта:

~(А & В) <===> ~А v ~В.

В соответствии с нашими определениями операторов этот терм понимается так, как это показано на рис. 3.9.

Рис. 3.9. Интерпретация терма

~(А & В) <===> ~A v ~В