Prolog語言(耐心看完-你就入門了)

1、2021-7-10人人 工工 智智 能能Artificial Intelligence (AI)2021-7-10Prolog 語言簡介語言簡介 Prolog語言語言是一種以一階謂詞為基礎(chǔ)的邏輯性語是一種以一階謂詞為基礎(chǔ)的邏輯性語言（言（Programming in Logic） 2021-7-10Prolog語言的特點(diǎn)語言的特點(diǎn)Prolog語言的基本內(nèi)容語言的基本內(nèi)容簡單的例子簡單的例子2021-7-10Prolog語言語言（或者（或者系統(tǒng)）是以一階謂詞邏輯的系統(tǒng)）是以一階謂詞邏輯的為語法，以為語法，以Robinson的的為工具，加上為工具，加上而形成的人而形成的人工智能通用程序設(shè)計(jì)語言工智

2、能通用程序設(shè)計(jì)語言 Prolog語言的特點(diǎn)語言的特點(diǎn) 2021-7-10Horn子句集子句集消解原理消解原理深度優(yōu)先深度優(yōu)先Prolog系統(tǒng)系統(tǒng)2021-7-10Prolog具有下列特點(diǎn)具有下列特點(diǎn)： 是一種描述性語言。只需要告訴是一種描述性語言。只需要告訴 “ “系統(tǒng)做什系統(tǒng)做什么么”，不要告訴系統(tǒng)，不要告訴系統(tǒng) “ “如何做如何做” 數(shù)據(jù)與程序的統(tǒng)一表達(dá)。提供一種統(tǒng)一的符數(shù)據(jù)與程序的統(tǒng)一表達(dá)。提供一種統(tǒng)一的符號結(jié)構(gòu)號結(jié)構(gòu) “ “項(xiàng)項(xiàng)” ” ，數(shù)據(jù)與程序都是由項(xiàng)組成，數(shù)據(jù)與程序都是由項(xiàng)組成 2021-7-10 自動(dòng)實(shí)現(xiàn)模式匹配與回溯。這是人工智能中最常自動(dòng)實(shí)現(xiàn)模式匹配與回溯。這是人工智能中最

3、常用的兩項(xiàng)操作，用的兩項(xiàng)操作，Prolog自動(dòng)實(shí)現(xiàn)這些操作自動(dòng)實(shí)現(xiàn)這些操作 程序易于編寫與閱讀。它是面向人的自然語言程序易于編寫與閱讀。它是面向人的自然語言 語句句型少，語法簡明。只有語句句型少，語法簡明。只有三種句型三種句型 2021-7-10參考資料參考資料：雷英杰，張雷，邢清華，孫金萍。雷英杰，張雷，邢清華，孫金萍。Visual Prolog 語言教程語言教程。西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，。西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，2002年年2月（月（380頁，頁，35元）元）1 雷英杰，邢清華，孫金萍，張雷。雷英杰，邢清華，孫金萍，張雷。Visual Prolog 編程、環(huán)境及接口編程、環(huán)境及接口。北

4、京：國防工業(yè)出版社，。北京：國防工業(yè)出版社，2004年年1月（月（412頁，頁，36元）元）2021-7-10Prolog語言的基本內(nèi)容語言的基本內(nèi)容1 項(xiàng)項(xiàng)2 Prolog中的語句中的語句3 表結(jié)構(gòu)表結(jié)構(gòu)4 Prolog程序的結(jié)構(gòu)程序的結(jié)構(gòu)5 常用內(nèi)部謂詞常用內(nèi)部謂詞6 Prolog程序設(shè)計(jì)步驟程序設(shè)計(jì)步驟2021-7-10符號說明符號說明：“ := ” 表示表示“ 定義為定義為 ”“ | ” 表示表示 “ 或或 ”，可選，可選“ ” 表示表示 “ 重復(fù)或者出現(xiàn)多個(gè)重復(fù)或者出現(xiàn)多個(gè) ”1 項(xiàng)項(xiàng) 2021-7-10：:= | | 2021-7-10:= | := | | := | | 2021

5、-7-10命名命名：用小寫字母或者小寫字母開頭的：用小寫字母或者小寫字母開頭的小寫字母小寫字母數(shù)字串?dāng)?shù)字串用途用途：用于標(biāo)識對象的名字、謂詞（對象間的關(guān)：用于標(biāo)識對象的名字、謂詞（對象間的關(guān)系）或函數(shù)名系）或函數(shù)名標(biāo)識符原子標(biāo)識符原子例例：john, marry, classmate, teacher2021-7-10字符串原子字符串原子是用引號括起來的符號串是用引號括起來的符號串特殊原子特殊原子指一些特殊符號，如指一些特殊符號，如 +、-、*、 / 等等 2021-7-10變量變量：用于表示暫時(shí)不能命名或者不需要命用于表示暫時(shí)不能命名或者不需要命名的對象，用名的對象，用大寫字母開頭大寫字母開

6、頭 := | | 2021-7-10特殊變量特殊變量：空變量，：空變量，記作記作：“_”含義含義：我們對問題的某一個(gè)變量的值不關(guān)心：我們對問題的某一個(gè)變量的值不關(guān)心 2021-7-10 := （ ）| := | | 2021-7-10復(fù)合項(xiàng)復(fù)合項(xiàng)：由一組其它對象組成的單個(gè)對象：由一組其它對象組成的單個(gè)對象例：例：函數(shù)項(xiàng)函數(shù)項(xiàng)： like(john, apple)表表： sa, sb, 1,2,3表達(dá)式表達(dá)式： (12+59)*49-96 2021-7-10項(xiàng)項(xiàng)常量常量變量變量復(fù)合項(xiàng)復(fù)合項(xiàng)原子原子數(shù)數(shù)標(biāo)識符原子標(biāo)識符原子字符串原子字符串原子特殊原子特殊原子（, ） 2021-7-102 Prol

7、og中的語句中的語句 事實(shí)事實(shí)： P.含義含義：無條件成立，恒為真：無條件成立，恒為真例例：like( monkey, banana)Prolog中的語句分成三種形式：中的語句分成三種形式：2021-7-10規(guī)則規(guī)則： P :- P1 , P2 , , Pn . “ “ :- ” ” 表示表示“蘊(yùn)涵蘊(yùn)涵” “ “ ，” ” 表示表示“合取合取”含義含義：若：若 P1 , , Pn 均為真時(shí)，均為真時(shí)，P為真為真 2021-7-10問題問題（目標(biāo)）（目標(biāo)）GoalGoal Q1 , Q2 , , Qm .含義含義：待回答的問題：待回答的問題, ,即即 Q1 , , Qm 同時(shí)同時(shí)為真嗎？為真嗎？

8、2021-7-10從消解角度來看：從消解角度來看：（事實(shí)）（事實(shí)）中，中，P是是Horn子句子句2021-7-10（規(guī)則）（規(guī)則）可以表示為可以表示為 P1P2PnP可以轉(zhuǎn)化為可以轉(zhuǎn)化為 P1P2PnP也是也是Horn子句，并受子句，并受全稱量詞全稱量詞約束約束2021-7-10（問題）是（問題）是 Q1Qm 受受存在量詞存在量詞約束，取非后約束，取非后 Q1Qm受全稱受全稱量詞約束量詞約束，是，是Horn子句子句2021-7-10Prolog三種形式的語言都是三種形式的語言都是Horn子句子句問題求解就是問題求解就是Horn子句集子句集消解消解2021-7-103 表結(jié)構(gòu)表結(jié)構(gòu) 表表：若干個(gè)

9、元素的有序序列：若干個(gè)元素的有序序列表中的元素表中的元素：常量、變量、項(xiàng)、表：常量、變量、項(xiàng)、表 表用表用“ ”來表示，元素之間用來表示，元素之間用逗號逗號或者或者空格空格分分開開2021-7-10例例：1, 2, 3a, b, c, d2021-7-10用符號用符號“ | ”來劃分來劃分表頭表頭（第一個(gè)元素）和（第一個(gè)元素）和表表尾尾（其余元素）（其余元素）特例特例：當(dāng)只用一個(gè)元素時(shí)，當(dāng)只用一個(gè)元素時(shí)，表尾表尾為空為空空表（無元素），既無表頭又無表尾空表（無元素），既無表頭又無表尾 2021-7-10例例：P（the, cat, sat, down）.?- P( X | Y ).答案答案：X

10、=the, Y=cat, sat, down ?-P( X , Y | Z ).答案答案：X=the, Y=cat，Zsat, down 2021-7-104 Prolog程序程序的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)Prolog的程序分為兩部分：的程序分為兩部分： 前提部分前提部分：所有事實(shí)和規(guī)則：所有事實(shí)和規(guī)則 問題部分問題部分：目標(biāo)子句序列：目標(biāo)子句序列 2021-7-10注意注意：這兩部分不能顛倒。必須這兩部分不能顛倒。必須前提部分前提部分寫在寫在前前面面，問題部分問題部分寫在寫在后面后面 2021-7-10likes(m, f).likes(m, w). (事實(shí)事實(shí))likes(j, w).likes(j,

11、s).goal likes(m, X), likes(j, X). (問題問題)問題問題：是否：是否 m 和和 j 都喜歡什么東西？都喜歡什么東西？( ( X = ? ) ) fwsmj2021-7-10Prolog的求解過程的求解過程現(xiàn)在有兩個(gè)問題：現(xiàn)在有兩個(gè)問題：likes(m, X) 和和 likes(j, X)）第一步第一步：第一個(gè)問題：第一個(gè)問題 likes(m, X) 去與事實(shí)匹配去與事實(shí)匹配（置換與合一），按（置換與合一），按順序順序得到得到 f/Xlikes(m, f).likes(m, w). likes(j, w).likes(j, s).2021-7-10第二步第二步：f

12、 代替第二個(gè)問題代替第二個(gè)問題 likes(j, X) 中的中的 X，則得則得 likes(j, f) 。再與事實(shí)匹配，不能匹配，再與事實(shí)匹配，不能匹配，失敗，則回溯，忘掉剛才的匹配失敗，則回溯，忘掉剛才的匹配likes(m, f).likes(m, w). likes(j, w).likes(j, s).likes(m, X)likes(j, X)2021-7-10第三步第三步：回到第一個(gè)問題：回到第一個(gè)問題 likes(m, X) ，重新匹重新匹配，得到配，得到 w / X第四步第四步：第二個(gè)問題變成：第二個(gè)問題變成 likes(j, w)。再與事實(shí)再與事實(shí)匹配，成功匹配，成功第五步第五步

13、：答案就是：答案就是 X=wlikes(m, f).likes(m, w). likes(j, w).likes(j, s).likes(m, X)likes(j, X)2021-7-10說明說明：實(shí)際運(yùn)行中，要逐個(gè)試探（搜索），失敗實(shí)際運(yùn)行中，要逐個(gè)試探（搜索），失敗則要回溯，成功也要回溯（求出所有解）則要回溯，成功也要回溯（求出所有解）2021-7-10例例：father(a, b). a是是b的父親的父親father(c, d).brother(a, c). a與與c是兄弟關(guān)系是兄弟關(guān)系uncle(X, Y) :- brother(X, Z), father(Z, Y).?- uncle

14、(a, U). 問題問題： a 是誰的叔叔是誰的叔叔 ？ （ U = ? ）2021-7-10第一步第一步：問題：問題 uncle(a，U) 與事實(shí)逐個(gè)匹配，與事實(shí)逐個(gè)匹配，不成功不成功Prolog的求解過程的求解過程：father(a, b). father(c, d).brother(a, c).2021-7-10第二步第二步：與規(guī)則頭（左部）匹配，即尋找合一者，：與規(guī)則頭（左部）匹配，即尋找合一者，有有 a/X, U/Y轉(zhuǎn)化為兩個(gè)子問題：轉(zhuǎn)化為兩個(gè)子問題：brother(a, Z)和和father（Z, U）uncle(X, Y) :- brother(X, Z) , father(Z,

15、 Y).uncle(a，U)2021-7-10第一個(gè)子問題第一個(gè)子問題 brother(a, Z) 與事實(shí)匹配，得到與事實(shí)匹配，得到c/Z代人第二個(gè)子問題，有代人第二個(gè)子問題，有 father(c, U)。與事實(shí)匹配，與事實(shí)匹配，得到得到 d/U，即，即 U=d，解是：解是：a是是d 的叔叔的叔叔father(a, b). father(c, d).brother(a, c).brother(a, Z)father（Z, U）2021-7-10Prolog的實(shí)現(xiàn)方法主要是：的實(shí)現(xiàn)方法主要是：匹配匹配與與回溯回溯匹配匹配：合一過程、消解過程：合一過程、消解過程回溯回溯：搜索，而且是深度優(yōu)先搜索：

16、搜索，而且是深度優(yōu)先搜索2021-7-10關(guān)于匹配的幾點(diǎn)說明關(guān)于匹配的幾點(diǎn)說明：第一第一、一個(gè)變量、一個(gè)變量被置換被置換后，代入了另一個(gè)后，代入了另一個(gè)項(xiàng)項(xiàng)，則稱該變量為則稱該變量為實(shí)例化實(shí)例化的變量的變量2021-7-10若與另一個(gè)未實(shí)例化的變量若與另一個(gè)未實(shí)例化的變量匹配匹配，則視為同一變，則視為同一變量，兩者量，兩者共享共享若與另一個(gè)實(shí)例化的變量若與另一個(gè)實(shí)例化的變量匹配匹配，也變成了實(shí)例化，也變成了實(shí)例化的變量，且兩者的變量，且兩者同值同值若與若與常量匹配常量匹配，也變成了實(shí)例化變量，并取常量，也變成了實(shí)例化變量，并取常量的值的值第二第二、一個(gè)、一個(gè)未實(shí)例化未實(shí)例化的變量可以與任何的變

17、量可以與任何項(xiàng)匹配項(xiàng)匹配：2021-7-10第三第三、常量常量只能與相同的只能與相同的常量常量匹配匹配第四第四、實(shí)例化的變量與另一個(gè)實(shí)例化的值相同的、實(shí)例化的變量與另一個(gè)實(shí)例化的值相同的變量變量匹配匹配，也可以與另一個(gè)未實(shí)例化的變量匹，也可以與另一個(gè)未實(shí)例化的變量匹配，使另一個(gè)變量實(shí)例化，且配，使另一個(gè)變量實(shí)例化，且約束值相同約束值相同2021-7-105 常用的內(nèi)部謂詞常用的內(nèi)部謂詞內(nèi)部謂詞內(nèi)部謂詞：Prolog系統(tǒng)本身定義的一些基本謂詞系統(tǒng)本身定義的一些基本謂詞注意注意：可以直接使用，用戶不能修改：可以直接使用，用戶不能修改2021-7-10算術(shù)運(yùn)算算術(shù)運(yùn)算算術(shù)表達(dá)式算術(shù)表達(dá)式由由操作數(shù)操

18、作數(shù)（數(shù)、變量）、（數(shù)、變量）、操作符操作符和和括括號號組成組成算術(shù)運(yùn)算符號算術(shù)運(yùn)算符號：“+、-、* 、/”（加減乘除）（加減乘除）2021-7-10優(yōu)先級優(yōu)先級：與通常的數(shù)學(xué)運(yùn)算一致：與通常的數(shù)學(xué)運(yùn)算一致形式形式：中綴：中綴：X+Y*Z 前綴：前綴：+(X,*(Y,Z)2021-7-10比較謂詞比較謂詞eq(X, Y) X=Yne(X, Y) XYgt(X, Y) XYls(X, Y) XY 2021-7-10對于對于 “ 、 ”，X,Y 可以取可以取常量常量變量變量謂詞謂詞表表2021-7-10第一第一、當(dāng)一個(gè)變量已經(jīng)、當(dāng)一個(gè)變量已經(jīng)實(shí)例化實(shí)例化，則可以與任意，則可以與任意未實(shí)例化的變量

19、未實(shí)例化的變量相等相等，且將其實(shí)例化（賦值，且將其實(shí)例化（賦值功能）功能）第二第二、兩者均未實(shí)例化，、兩者均未實(shí)例化，eq(X, Y) 恒為真，并恒為真，并視為視為同一變量同一變量對于對于“”（賦值與比較賦值與比較）的幾點(diǎn)說明的幾點(diǎn)說明：2021-7-10第三第三、均以實(shí)例化，由、均以實(shí)例化，由當(dāng)前值來決定當(dāng)前值來決定第四第四、如果為表，要求對應(yīng)的、如果為表，要求對應(yīng)的元素相等元素相等，才為真，才為真第五第五、如果是謂詞，謂詞、如果是謂詞，謂詞同名同名，變元個(gè)數(shù)相等，變元個(gè)數(shù)相等，對應(yīng)的對應(yīng)的變元相等變元相等2021-7-10輸入輸出謂詞輸入輸出謂詞第一第一、write(X)：向向輸出輸出設(shè)備

20、輸出實(shí)例化結(jié)果設(shè)備輸出實(shí)例化結(jié)果第二第二、read(X)： 當(dāng)當(dāng) X 未實(shí)例化時(shí)，輸入一個(gè)項(xiàng)未實(shí)例化時(shí)，輸入一個(gè)項(xiàng)當(dāng)當(dāng) X 在輸入前已經(jīng)實(shí)例化，則讀入項(xiàng)將與在輸入前已經(jīng)實(shí)例化，則讀入項(xiàng)將與 X 匹配，根據(jù)匹配的成功與否，決定其匹配，根據(jù)匹配的成功與否，決定其真假值真假值 2021-7-10謂詞謂詞cut與與fail（特殊謂詞）：特殊謂詞）： cut ( ! )：禁止回溯禁止回溯 fail： 強(qiáng)迫回溯強(qiáng)迫回溯2021-7-10第一第一、只允許作為一個(gè)子目標(biāo)出現(xiàn)在程序中、只允許作為一個(gè)子目標(biāo)出現(xiàn)在程序中第二第二、第一次遇到它時(shí)，總是立刻被、第一次遇到它時(shí)，總是立刻被滿足滿足，但是，但是不能被重新滿

21、足不能被重新滿足第三第三、用戶可以使用它來控制回溯方式，切斷一、用戶可以使用它來控制回溯方式，切斷一些不必要的回溯，提高程序運(yùn)行效率些不必要的回溯，提高程序運(yùn)行效率關(guān)于關(guān)于cut的幾點(diǎn)說明的幾點(diǎn)說明：2021-7-10關(guān)于關(guān)于 fail 的說明的說明：作為一個(gè)子目標(biāo)，使作為一個(gè)子目標(biāo)，使Prolog程序運(yùn)行到程序運(yùn)行到 fail，必定引起必定引起回溯回溯2021-7-10例例：求：求 1 到到 n 之間的和之間的和定義一個(gè)二元謂詞定義一個(gè)二元謂詞 sum(N, X)，其中其中 X 表示和表示和答案是答案是：X=21 去掉去掉“ ！”，會(huì)發(fā)生什么？，會(huì)發(fā)生什么？sum(1,1):-!.sum(N

22、,R):- N1=N-1, sum(N1, R1), R=R1+N.?- sum(6,X).2021-7-106 Prolog程序設(shè)計(jì)步驟程序設(shè)計(jì)步驟第一第一、說明事實(shí)說明事實(shí)：說明與待求解的問題有關(guān)的事：說明與待求解的問題有關(guān)的事實(shí)。例如，人物事及相互關(guān)系，對應(yīng)于實(shí)。例如，人物事及相互關(guān)系，對應(yīng)于敘述敘述性知識性知識對應(yīng)于對應(yīng)于Prolog程序的組成部分，程序的組成部分，設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)步驟分為：分為：2021-7-10第二第二、定義規(guī)則定義規(guī)則：定義個(gè)體及其相互關(guān)系的推理：定義個(gè)體及其相互關(guān)系的推理規(guī)則，反映與待求解問題有關(guān)的規(guī)則，反映與待求解問題有關(guān)的過程性知識過程性知識第三第三：確定目標(biāo)（

23、問題）確定目標(biāo)（問題）：提出待求解的問題或：提出待求解的問題或者確定邏輯推理的目標(biāo)者確定邏輯推理的目標(biāo)2021-7-10程序的一般結(jié)構(gòu)（組成部分）程序的一般結(jié)構(gòu)（組成部分） Visual Prolog程序包括三到四個(gè)程序包括三到四個(gè)基本程序段基本程序段：第一第一、域段域段：說明謂詞變量的域（類型）：說明謂詞變量的域（類型）第二第二、謂詞段謂詞段：說明非標(biāo)準(zhǔn)謂詞（用戶自己的：說明非標(biāo)準(zhǔn)謂詞（用戶自己的謂詞）謂詞）2021-7-10第三第三、子句段子句段：核心部分，可以寫出事實(shí)與規(guī)則：核心部分，可以寫出事實(shí)與規(guī)則第四第四、目標(biāo)段目標(biāo)段：設(shè)置內(nèi)部目標(biāo)：設(shè)置內(nèi)部目標(biāo)2021-7-10域段域段（doma

24、ins)Prolog語言中的域用于語言中的域用于區(qū)分不同變量類型的數(shù)據(jù)區(qū)分不同變量類型的數(shù)據(jù)相當(dāng)于其它高級語言中的數(shù)據(jù)類型相當(dāng)于其它高級語言中的數(shù)據(jù)類型2021-7-10基本標(biāo)準(zhǔn)域有：基本標(biāo)準(zhǔn)域有：char： 用單引號括起來的用單引號括起來的單個(gè)字符單個(gè)字符，例如，例如，ainteger：整數(shù)整數(shù)，范圍為，范圍為32767到到-32768real： 實(shí)數(shù)實(shí)數(shù)，例如，例如，86.72，5.1e+212021-7-10string： 用雙引號括起來的用雙引號括起來的字符序列字符序列 例例：“I am from Nanjing”2021-7-10symbol：有兩種形式：有兩種形式： 以小寫字母開頭的字母、數(shù)字和下劃線以小寫字母開頭的字母、數(shù)字和下劃線組成的組成的序列序列 用雙引號括起來的用雙引號括起來的字符串序列字符串序列 2021-7-10Prolog中表示成下列形式：中表示成下列形式： integerlist = integer *“integer” ” 說明表中元素的類型說明表中元素的類型“* ” ” 告訴編譯系統(tǒng)，這是一張表告訴編譯系統(tǒng)，這是一張表 表表：2021-7-10例例domains title , author = symbol pages = integer注注：每一個(gè)說明的最后每一個(gè)說明的最后無句號無句號