Prolog語(yǔ)言(耐心看完-你就入門了)

人工智能ArtificialIntelligence(AI)2024/9/14Prolog語(yǔ)言簡(jiǎn)介

Prolog語(yǔ)言是一種以一階謂詞為基礎(chǔ)的邏輯性語(yǔ)言（ProgramminginLogic）

2024/9/14Prolog語(yǔ)言的特點(diǎn)Prolog語(yǔ)言的基本內(nèi)容簡(jiǎn)單的例子2024/9/14Prolog語(yǔ)言（或者系統(tǒng)）是以一階謂詞邏輯的Horn

子句集為語(yǔ)法，以Robinson的消解原理為工具，加上深度優(yōu)先的控制策略而形成的人工智能通用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言

Prolog語(yǔ)言的特點(diǎn)2024/9/14Horn子句集消解原理深度優(yōu)先Prolog系統(tǒng)2024/9/14Prolog具有下列特點(diǎn)：

①是一種描述性語(yǔ)言。只需要告訴“系統(tǒng)做什么”，不要告訴系統(tǒng)“如何做”②數(shù)據(jù)與程序的統(tǒng)一表達(dá)。提供一種統(tǒng)一的符號(hào)結(jié)構(gòu)“項(xiàng)”，數(shù)據(jù)與程序都是由項(xiàng)組成

2024/9/14③自動(dòng)實(shí)現(xiàn)模式匹配與回溯。這是人工智能中最常用的兩項(xiàng)操作，Prolog自動(dòng)實(shí)現(xiàn)這些操作④程序易于編寫與閱讀。它是面向人的自然語(yǔ)言

⑤語(yǔ)句句型少，語(yǔ)法簡(jiǎn)明。只有三種句型

2024/9/14參考資料：雷英杰，張雷，邢清華，孫金萍。VisualProlog語(yǔ)言教程。西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，2002年2月（380頁(yè)，35元）雷英杰，邢清華，孫金萍，張雷。VisualProlog編程、環(huán)境及接口。北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2004年1月（412頁(yè)，36元）2024/9/14Prolog語(yǔ)言的基本內(nèi)容1項(xiàng)2Prolog中的語(yǔ)句3表結(jié)構(gòu)4Prolog程序的結(jié)構(gòu)5常用內(nèi)部謂詞6Prolog程序設(shè)計(jì)步驟2024/9/14符號(hào)說(shuō)明：“::=”表示“定義為”“|”表示“或”，可選“{}”表示“重復(fù)或者出現(xiàn)多個(gè)”1項(xiàng)

2024/9/14項(xiàng)的定義：<項(xiàng)>::=<常量>|<變量>|<復(fù)合項(xiàng)>2024/9/14<常量>::=<原子>|<數(shù)><原子>::=

<標(biāo)識(shí)符原子>|<字符串原子>|<特殊原子><項(xiàng)>::=<常量>|<變量>|<復(fù)合項(xiàng)>2024/9/14命名：用小寫字母或者小寫字母開(kāi)頭的小寫字母數(shù)字串用途：用于標(biāo)識(shí)對(duì)象的名字、謂詞（對(duì)象間的關(guān)系）或函數(shù)名標(biāo)識(shí)符原子例：john,marry,classmate,teacher2024/9/14字符串原子是用引號(hào)括起來(lái)的符號(hào)串特殊原子指一些特殊符號(hào)，如+、-、*、

/等

2024/9/14變量：用于表示暫時(shí)不能命名或者不需要命名的對(duì)象，用大寫字母開(kāi)頭

<項(xiàng)>::=<常量>|<變量>|<復(fù)合項(xiàng)>2024/9/14特殊變量：空變量，記作：“_”含義：我們對(duì)問(wèn)題的某一個(gè)變量的值不關(guān)心

2024/9/14<復(fù)合項(xiàng)>::=<原子>（<項(xiàng)>{,<項(xiàng)>}）|

<項(xiàng)><原子><項(xiàng)>

{<原子><項(xiàng)>}

<項(xiàng)>::=<常量>|<變量>|<復(fù)合項(xiàng)>2024/9/14復(fù)合項(xiàng)：由一組其它對(duì)象組成的單個(gè)對(duì)象例：函數(shù)項(xiàng)：like(john,apple)表：[sa,sb],[1,2,3]表達(dá)式：(12+59)*49-962024/9/14項(xiàng)常量變量復(fù)合項(xiàng)原子數(shù)標(biāo)識(shí)符原子字符串原子特殊原子<原子>（<項(xiàng)>{,<項(xiàng)>}）<項(xiàng)><原子><項(xiàng)>{<原子><項(xiàng)>}2024/9/142

Prolog中的語(yǔ)句

①事實(shí)：P.含義：無(wú)條件成立，恒為真例：like(monkey,banana)Prolog中的語(yǔ)句分成三種形式：2024/9/14②規(guī)則：P:-P1,P2,…,Pn

.“:-

”表示“蘊(yùn)涵”“，”表示“合取”含義：若P1,…,Pn

均為真時(shí)，P為真

2024/9/14③問(wèn)題（目標(biāo)）GoalQ1,Q2,…,Qm.含義：待回答的問(wèn)題,即Q1,…,Qm

同時(shí)為真嗎？2024/9/14從消解角度來(lái)看：①（事實(shí)）中，P是Horn子句2024/9/14②（規(guī)則）可以表示為P1∧P2∧…∧Pn

P可以轉(zhuǎn)化為～P1∨～P2∨…∨～Pn∨P也是Horn子句，并受全稱量詞約束2024/9/14③（問(wèn)題）是

Q1∧…∧Qm

受存在量詞約束，取非后～Q1∨…∨～Qm受全稱量詞約束，是Horn子句2024/9/14Prolog三種形式的語(yǔ)言都是Horn子句問(wèn)題求解就是Horn子句集消解2024/9/143表結(jié)構(gòu)

表：若干個(gè)元素的有序序列表中的元素：常量、變量、項(xiàng)、表

表用“[]”來(lái)表示，元素之間用逗號(hào)或者空格分開(kāi)2024/9/14例：[1,2,3][a,b,c,d]2024/9/14用符號(hào)“|

”來(lái)劃分表頭（第一個(gè)元素）和表尾（其余元素）特例：當(dāng)只用一個(gè)元素時(shí)，表尾為空空表（無(wú)元素），既無(wú)表頭又無(wú)表尾

2024/9/14例：P（[the,cat,sat,down]）.?-P([X|Y]).答案：X=the,Y=[cat,sat,down]

?-P([X,Y|Z]).答案：X=the,Y=cat，Z＝[sat,down]

2024/9/144Prolog程序的結(jié)構(gòu)Prolog的程序分為兩部分：

前提部分：所有事實(shí)和規(guī)則

問(wèn)題部分：目標(biāo)子句序列

2024/9/14注意：這兩部分不能顛倒。必須前提部分寫在前面，問(wèn)題部分寫在后面

2024/9/14likes(m,f).likes(m,w).(事實(shí))likes(j,w).likes(j,s).goallikes(m,X),likes(j,X).(問(wèn)題)問(wèn)題：是否m

和j

都喜歡什么東西？(X=?)

fwsmj2024/9/14Prolog的求解過(guò)程現(xiàn)在有兩個(gè)問(wèn)題：likes(m,X)和likes(j,X)）第一步：第一個(gè)問(wèn)題likes(m,X)去與事實(shí)匹配（置換與合一），按順序得到{f/X}likes(m,f).likes(m,w).likes(j,w).likes(j,s).2024/9/14第二步：f代替第二個(gè)問(wèn)題likes(j,X)中的X，則得likes(j,f)。再與事實(shí)匹配，不能匹配，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)2024/9/14第三步：回到第一個(gè)問(wèn)題likes(m,X)，重新匹配，得到{w/X}第四步：第二個(gè)問(wèn)題變成likes(j,w)。再與事實(shí)匹配，成功第五步：答案就是X=wlikes(m,f).likes(m,w).likes(j,w).likes(j,s).likes(m,X)likes(j,X)2024/9/14說(shuō)明：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）2024/9/14例：father(a,b).a是b的父親father(c,d).brother(a,c).a與c是兄弟關(guān)系uncle(X,Y):-brother(X,Z),father(Z,Y).?-uncle(a,U).問(wèn)題：

a

是誰(shuí)的叔叔？（U=?

）2024/9/14第一步：?jiǎn)栴}uncle(a，U)與事實(shí)逐個(gè)匹配，不成功Prolog的求解過(guò)程：father(a,b).father(c,d).brother(a,c).2024/9/14第二步：與規(guī)則頭（左部）匹配，即尋找合一者，有{a/X,U/Y}轉(zhuǎn)化為兩個(gè)子問(wèn)題：brother(a,Z)和father（Z,U）uncle(X,Y):-brother(X,Z),father(Z,Y).uncle(a，U)2024/9/14第一個(gè)子問(wèn)題brother(a,Z)與事實(shí)匹配，得到{c/Z}代人第二個(gè)子問(wèn)題，有father(c,U)。與事實(shí)匹配，得到{d/U}，即U=d，解是：a是d的叔叔father(a,b).father(c,d).brother(a,c).brother(a,Z)father（Z,U）2024/9/14Prolog的實(shí)現(xiàn)方法主要是：匹配與回溯匹配：合一過(guò)程、消解過(guò)程回溯：搜索，而且是深度優(yōu)先搜索2024/9/14關(guān)于匹配的幾點(diǎn)說(shuō)明：第一、一個(gè)變量被置換后，代入了另一個(gè)項(xiàng)，則稱該變量為實(shí)例化的變量2024/9/14①若與另一個(gè)未實(shí)例化的變量匹配，則視為同一變量，兩者共享②若與另一個(gè)實(shí)例化的變量匹配，也變成了實(shí)例化的變量，且兩者同值③若與常量匹配，也變成了實(shí)例化變量，并取常量的值第二、一個(gè)未實(shí)例化的變量可以與任何項(xiàng)匹配：2024/9/14第三、常量只能與相同的常量匹配第四、實(shí)例化的變量與另一個(gè)實(shí)例化的值相同的變量匹配，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，且約束值相同2024/9/145常用的內(nèi)部謂詞內(nèi)部謂詞：Prolog系統(tǒng)本身定義的一些基本謂詞注意：可以直接使用，用戶不能修改2024/9/14①算術(shù)運(yùn)算算術(shù)表達(dá)式由操作數(shù)（數(shù)、變量）、操作符和括號(hào)組成算術(shù)運(yùn)算符號(hào)：“+、-、*、/”（加減乘除）2024/9/14優(yōu)先級(jí)：與通常的數(shù)學(xué)運(yùn)算一致形式：中綴：X+Y*Z

前綴：+(X,*(Y,Z))2024/9/14②比較謂詞eq(X,Y)X=Yne(X,Y)X<>Ygt(X,Y)X>Yls(X,Y)X<Y2024/9/14對(duì)于“＝、<>”，X,Y可以取常量變量謂詞表2024/9/14第一、當(dāng)一個(gè)變量已經(jīng)實(shí)例化，則可以與任意未實(shí)例化的變量相等，且將其實(shí)例化（賦值功能）第二、兩者均未實(shí)例化，eq(X,Y)恒為真，并視為同一變量對(duì)于“＝”（賦值與比較）的幾點(diǎn)說(shuō)明：2024/9/14第三、均以實(shí)例化，由當(dāng)前值來(lái)決定第四、如果為表，要求對(duì)應(yīng)的元素相等，才為真第五、如果是謂詞，謂詞同名，變?cè)獋€(gè)數(shù)相等，對(duì)應(yīng)的變?cè)嗟?024/9/14③輸入輸出謂詞第一、write(X)：向輸出設(shè)備輸出實(shí)例化結(jié)果第二、read(X)：

當(dāng)X

未實(shí)例化時(shí)，輸入一個(gè)項(xiàng)當(dāng)X

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，決定其真假值

2024/9/14④謂詞cut與fail（特殊謂詞）：cut(!)：禁止回溯fail：強(qiáng)迫回溯2024/9/14第一、只允許作為一個(gè)子目標(biāo)出現(xiàn)在程序中第二、第一次遇到它時(shí)，總是立刻被滿足，但是不能被重新滿足第三、用戶可以使用它來(lái)控制回溯方式，切斷一些不必要的回溯，提高程序運(yùn)行效率關(guān)于cut的幾點(diǎn)說(shuō)明：2024/9/14關(guān)于fail的說(shuō)明：作為一個(gè)子目標(biāo)，使Prolog程序運(yùn)行到fail，必定引起回溯2024/9/14例：求1到n

之間的和定義一個(gè)二元謂詞sum(N,X)，其中X

表示和答案是：X=21去掉“！”，會(huì)發(fā)生什么？sum(1,1):-!.sum(N,R):-N1=N-1,sum(N1,R1),R=R1+N.?-sum(6,X).2024/9/146Prolog程序設(shè)計(jì)步驟第一、說(shuō)明事實(shí)：說(shuō)明與待求解的問(wèn)題有關(guān)的事實(shí)。例如，人物事及相互關(guān)系，對(duì)應(yīng)于敘述性知識(shí)對(duì)應(yīng)于Prolog程序的組成部分，設(shè)計(jì)步驟分為：2024/9/14第二、定義規(guī)則：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(wèn)題有關(guān)的過(guò)程性知識(shí)第三：確定目標(biāo)（問(wèn)題）：提出待求解的問(wèn)題或者確定邏輯推理的目標(biāo)2024/9/14程序的一般結(jié)構(gòu)（組成部分）

VisualProlog程序包括三到四個(gè)基本程序段：第一、域段：說(shuō)明謂詞變量的域（類型）第二、謂詞段：說(shuō)明非標(biāo)準(zhǔn)謂詞（用戶自己的謂詞）2024/9/14第三、子句段：核心部分，可以寫出事實(shí)與規(guī)則第四、目標(biāo)段：設(shè)置內(nèi)部目標(biāo)2024/9/14域段（domains)Prolog語(yǔ)言中的域用于區(qū)分不同變量類型的數(shù)據(jù)相當(dāng)于其它高級(jí)語(yǔ)言中的數(shù)據(jù)類型2024/9/14基本標(biāo)準(zhǔn)域有：char：用單引號(hào)括起來(lái)的單個(gè)字符，例如，’a’integer：整數(shù)，范圍為32767到-32768real：實(shí)數(shù)，例如，86.72，5.1e+212024/9/14string：用雙引號(hào)括起來(lái)的字符序列

例：“IamfromNanjing”2024/9/14symbol：有兩種形式：以小寫字母開(kāi)頭的字母、數(shù)字和下劃線組成的序列用雙引號(hào)括起來(lái)的字符串序列

2024/9/14Prolog中表示成下列形式：

integerlist=integer*“integer”說(shuō)明表中元素的類型“*

”告訴編譯系統(tǒng)，這是一張表

表：2024/9/14例domainstitle,author=symbolpages=integer注：每一個(gè)說(shuō)明的最后無(wú)句號(hào)“.”2024/9/14謂詞段（predicates)說(shuō)