Программирование на языке пролог
Шрифт:
Совокупность фактов в Прологе называется базой данных.Мы будем пользоваться термином база данныхвсякий раз при объединении вместе некоторых фактов (а в дальнейшем и правил) для совместного их использования при решении некоторой конкретной задачи.
1.2. Вопросы
Имея некоторую совокупность фактов, мы можем обращаться к Прологу с вопросами о них. В Прологе вопрос записывается почти так же, как и факт, за исключением того, что перед ним ставится специальный символ. Специальный символ состоит из вопросительного знака и следующего за ним тире. Рассмотрим вопрос:
?- имеет(мэри, книга).
Если мы интерпретируем мэрикак человека по имени Мэри,а книга– это какая-то конкретная книга, то смысл вопроса в следующем: «Имеет ли Мэри (данную конкретную) книгу?»или «Имеет
Обращение к Прологу с вопросом инициирует процедуру поиска в базе данных, ранее введенной в систему. Пролог ищет факты, сопоставимыес фактом о вопросе. Два факта сопоставимы(или соответствуют один другому), если их предикаты одинаковы (побуквенное совпадение) и их соответствующие аргументы попарно совпадают. Если Пролог находит факт, сопоставимый с вопросом, то он отвечает да [3] . Если в базе данных такого факта не существует, то Пролог отвечает нет. Ответ, выдаваемый Прологом, выводится на дисплей терминала непосредственно под запросом. Пусть имеется следующая база данных:
3
В записи программ на Прологе и в ответах Пролог-системы используются слова двух типов: 1) имена, определяемые пользователем (например, джон, книга, нравится) ;2) имена и служебные слова, определенные в языке Пролог (например, is, get).Учитывая, что слова первого типа имеют некоторую смысловую нагрузку (для читателя, но не для Пролога), все они переведены на русский язык. Слова второго типа зарезервированы в языке Пролог. Поэтому в тексте они оставлены в исходном виде, за исключением переведенных на русский язык ответов Пролога на вопросы yes– да, no– нет.- Прим. перев.
нравится(джо,рыба).
нравится(джо,мэри).
нравится(мэри,книга).
нравится(джо,книга).
Если все эти факты введены в Пролог-систему, то можно было бы делать следующие вопросы, ответы на которые Пролог написал бы непосредственно под текстом вопроса:
?- нравится(джо,деньги).
нет
?- нравится(мэри,джо).
нет
?- нравится(мэри,книга).
да
?- король(джон,франция).
нет
Ответы на три первых вопроса должны быть понятны. Кроме этого, Пролог отвечает нетна вопрос о том, является ли Джон королем Франции. Система выдает такой ответ, так как среди фактов в базе данных, представленной приведенными выше четырьмя отношениями нравится, нет отношений, указывающих на королевские звания. В Прологе ответ нетиспользуется в смысле ничто в базе данных не согласуется с вопросом.Важно помнить, что ответ нет вовсе не эквивалентен ответу является ложным.Предположим, например, что база данных содержит три факта об известных мыслителях Греции:
человек(сократ).
человек(аристотель).
афинянин(сократ).
Можно было бы сделать несколько вопросов:
?- афинянин(сократ).
да
?- афинянин(аристотель).
нет
?- грек(сократ).
нет
Хотя тот факт, что Аристотель жил когда-то в Афинах, может быть исторически верным, мы просто не можем доказатьего на основе фактов, представленных в базе данных. Более того, хотя в базе данных содержится факт о том, что Сократ жил в Афинах, это не доказываеттого, что он был греком, если только в базе данных нет дополнительной информации. Таким образом, когда Пролог на вопрос отвечает нет, это значит не доказуемо, не согласуется с базой данных.
В приведенном ранее примере Джону и Мэри нравится один и тот же объект. Мы знаем, что им нравится один и тот же объект, так как одно и то же имя книгапоявляется в обоих фактах.
Обсуждавшиеся до сих пор факты и вопросы не представляют большого интереса. Все что мы можем сделать – это получить обратно ту же самую информацию, которую мы ввели в систему. Более полезны были бы вопросы вида: «Какие объекты нравятся Мэри?».Именно для реализации такой возможности предназначены переменные.
1.3. Переменные
Если вы хотите узнать, что нравится Джону, то было бы утомительно спрашивать «Нравятся ли Джону книги?», «Нравится ли Джону Мэри?»и так далее, получая каждый раз ответ даили нет. Более разумно обратиться к Пролог-системе с просьбой назвать что-нибудь, что нравится Джону. Такой вопрос можно сформулировать следующим образом« «Нравится ли Джону X?».Задавая вопрос, мы не знаем, для обозначения какого объекта использована литера X. Нам хотелось бы, чтобы Пролог перечислил все имеющиеся возможности для обозначения какого объекта использована литера X. В Прологе можно не только присваивать имена конкретным объектам, но и использовать имена, подобные X, для обозначения объектов, которые должны быть определены Пролог-системой. Имена такого типа называются переменными.Переменная в Прологе может иметь либо не иметь конкретное значение. Переменная конкретизирована, если имеется объект, который обозначает эта переменная. Переменная не конкретизирована, если еще не известно, что именно она обозначает. В Прологе используется соглашение, позволяющее отличать переменные от имен конкретных объектов – каждое имя, начинающееся с прописной буквы, рассматривается как переменная.
При поиске ответа на вопрос Пролог организует просмотр всех фактов в базе данных, чтобы обнаружить объект, который эта переменная могла бы обозначать. Так, когда мы спрашиваем «Нравится ли Джону X?»,Пролог просматривает все известные ему факты для обнаружения тех вещей, которые нравятся Джону.
Такая переменная, как X, сама по себе не является именем какого-то конкретного объекта, но она может быть использована для обозначения объектов, которым мы не можем дать имя. Например, мы не можем чему-то, что нравится Джону,дать имя как объекту, поэтому для выражения подобных вопросов вместо вопросов вида
?- нравится(джон, Что-то, что любит Джон).
Пролог позволяет использовать переменные и задавать вопросы в виде
?- нравится(джон,Х).
При желании можно давать переменным более длинные имена. Следующий вопрос вполне приемлем в Прологе:
?- нравится(джон, Что-точтонравитсяджону).
Почему? Потому что переменной может быть любое имя, начинающееся с прописной буквы. Рассмотрим следующую базу данных и запрос к Прологу:
нравится (джон,цветы).
нравится (джон,мэри).
нравится(поль,мэри).
?- нравится(джон,Х).
В вопросе спрашивается: Существует ли что-нибудь, что нравится Джону?В ответ Пролог напечатает:
Х=цветы
а затем будет ждать дальнейших приказов; это мы вкратце обсудим далее. Как это произойдет? При поступлении такого вопроса в Пролог-систему переменная, входящая в вопрос, изначально является неконкретизированной. Пролог просматривает базу данных в поисках факта, сопоставимогос вопросом. Если неконкретизированная переменная появляется в качестве аргумента, то Пролог считает, что такой аргумент сопоставим с любымдругим аргументом, находящимся в той же самой позиции факта. В нашем примере Пролог ищет любой факт с предикатом нравитсяи первым аргументом джон. Второйаргумент в этом случае может быть каким угодно, так как в вопросе вторым аргументом является неконкретизированная переменная. При обнаружении такого факта переменная Xстановится конкретизированной, обозначая объект, являющийся вторым аргументом найденного факта, каким бы этот аргумент ни был. Пролог просматривает факты базы данных в том порядке, в каком они вводились (на печатной странице это соответствует просмотру сверху вниз), поэтому факт нравится(джон, цветы)найден первым. С этого момента переменная Xобозначает объект цветыили, говоря другими словами, переменная Xконкретизируется значением цветы. Пролог с помощью специального маркераотмечает место в базе данных, в котором произошло сопоставление. Обсудим кратко причины, по которым оказалось необходимым использование такого маркера.
Обнаружив факт, соответствующий вопросу, Пролог печатает имена объектов, которые теперь обозначают переменные. В нашем примере есть только одна переменная X, которой соответствует объект цветы. Затем Пролог ждет дальнейших указаний, как об этом говорилось выше. Если в этой ситуации нажать на терминале клавишу