用于人工智能的Prolog语言.ppt

用于人工智能的Prolog语言,归结原理与Prolog语言,家庭关系程序示例,TurboProlog程序结构,表与递归,Prolog程序分析,本章主要内容：,文件与数据库,字符串处理,回溯及控制,输入与输出,Prolog是一种逻辑程序设计语言，基于一阶谓词逻辑，是典型的叙述型语言（DeclarationLanguage）。Prolog语言的特点：(1)建立在一阶谓词逻辑和归结原理基础上，有自动推理功能。(2)用Prolog设计应用程序时，仅需指明领域中各对象间的关系和决策规则，而应用这些知识的推理由Prolog完成。(3)Prolog应用程序，由数据库和规则库组成。(4)Prolog程序设计要做三件事，即说明事实、定义规则、提出问题。,4.1归结原理与Prolog语言,Prolog有三种形式的语句：,1.B:-A1,A2,An.,含义是A1A2.AnB，相当于A1A2AnB。可视作人工智能系统中的推理规则。也可将该句看作一个过程，B为过程头，是过程名，而A1,A2,An为过程体。,2.A1,A2,An.,含义是A1A2.AnF，相当于A1A2An，可视作推理的目标，或称目标子句。,3.B.,含义是公式B无条件地为真。可视作已知的事实。,x(M(x)R(x)M(“张三”)R(“张三”),如三段论：,推理规则：R(X):-M(X).,事实：M(张三).,目标：R(张三).,Prolog语句：,证明公式：(M(X)R(X)M(张三)R(张三)恒真,即证明公式：(M(X)R(X)M(张三)R(张三)恒假,化成公式集：(M(X)R(X)M(张三)，R(张三),子句集：M(X)R(X)，M(张三)，R(张三),推理规则,事实,目标,子句B:-A1,A2,An.和子句B.都是仅有一个正文字的子句。称作定子句。,目标子句A1,A2,An.是没有正文字出现的子句。,定子句和目标子句统成为Horn子句。Prolog子句都是Horn子句。,用Prolog证明三段论：,推理规则：R(X):-M(X).,事实：M(张三).,目标：R(张三).,M(张三).,完整的Prolog程序：,predicatesM(symbol)R(symbol)clausesR(X):-M(X).M(zhsan).goalR(zhsan).,运行,4.2家庭关系程序示例,下图是一个表示家庭关系的实例：,parent(pam,bob).parent(tom,bob).parent(tom,liz).parent(bob,ann).parent(bob,pat).parent(pat,jim).,用Prolog语句表示为：,完整的Prolog程序：,predicatesparent(symbol,symbol)clausesparent(pam,bob).parent(tom,bob).parent(tom,liz).parent(bob,ann).parent(bob,pat).parent(pat,jim).,此程序可以回答的问题：,1.bob是pat的父母吗？parent(bob,pat).,2.liz是pat的父母吗？parent(liz,pat).,3.谁是liz的父母？parent(X,liz).,4.谁是谁的父母？parent(X,Y).,1.系统回答,2.系统回答,3.系统回答,4.系统回答,5.谁是jim的祖父母？,分析：程序中并没有直接的祖父母关系。此问题可分两步：,(1)谁是jim的父母？假设是Y,(2)谁是Y的父母？假设是X,X,jim,Y,parent,parent,grandparent,Prolog目标语句：,parent(Y,jim),parent(X,Y).,6.类似的问题可以是：,“谁是tom的孙子？”,prolog目标语句：,parent(tom,X),parent(X,Y).,5.系统回答,6.系统回答,parent(pam,bob).parent(tom,bob).parent(tom,liz).parent(bob,ann).parent(bob,pat).parent(pat,jim).,clauses,以上程序说明的几个重要观点：,(1)在Prolog中定义一个关系是容易的，可以通过满足关系的n个对象来表达。,(2)对程序中已定义的关系，用户可以轻而易举地询问Prolog系统。,(3)关系的对象可以是常量(如：tom,ann)，也可以是变量(如：X,Y)。,(4)向系统提出问题，可由一个或多个目标组成。,(5)一个Prolog程序由一些子句(clauses)组成。每个子句用句号结束。,(6)对一个问题的回答是肯定的或者是否定的，取决于相应的目标是否满足。在肯定回答的情况下，说相应的目标是可满足的，而且这个目标成功了。否则，说目标不可满足，目标失败了。,(7)如果有多个回答都满足目标，那么Prolog将尽可能多地回答。,Predicatesparent(symbol)clausesparent(pam,bob).parent(tom,bob).parent(tom,liz).parent(bob,ann).parent(bob,pat).parent(pat,jim).,male(tom).male(bob).male(jim).female(pam).female(liz).female(pat).female(ann).,在示例程序中，添加有关性别的信息：,在Prolog中定义offspring(后代）关系,对所有的X和Y，Y是X的后代，如果X是Y的父母。,对应的prolog语句为：,offspring(Y,X):-parent(X,Y).,子句头,子句体,注意：以上定义的是直接后代关系。,对于间接后代：,对所有的X和Y，Y是X的后代，如果Z是Y的父母,且Z是X的后代。,offspring(Y,X):-parent(Z,Y),offspring(Z,X).,对应的prolog语句为：,X,Y,Z,parent,offspring,offspring,关于sister的规则定义：,predicatesparent(symbol,symbol)sister(symbol,symbol)female(symbol)male(symbol)clausesparent(pam,bob).parent(tom,bob).parent(tom,liz).parent(bob,ann).parent(bob,pat).parent(pat,jim).,male(tom).male(bob).male(jim).female(pam).female(liz).female(ann).female(pat).sister(X,Y):-parent(Z,X),parent(Z,Y),female(X).goalsister(X,pat).,运行,Pat的姐妹是谁？,predicatesparent(symbol,symbol)sister(symbol,symbol)female(symbol)male(symbol)different(symbol,symbol)clausesparent(pam,bob).parent(tom,bob).parent(tom,liz).parent(bob,ann).parent(bob,pat).parent(pat,jim).male(tom).,male(bob).male(jim).female(pam).female(liz).female(ann).female(pat).sister(X,Y):-parent(Z,X),parent(Z,Y),female(X),different(X,Y).different(X,Y):-XY.goalsister(X,pat).,改进的sister规则：,运行,Pat的姐妹是谁？,mother规则：,对所有的X和Y，,X是Y的母亲，,如果X是Y的父母，,并且，X为女性。,用prolog规则表示为：,mother(X,Y):-parent(X,Y),female(X).,predicatesparent(symbol,symbol)mother(symbol,symbol)female(symbol)male(symbol)clausesparent(pam,bob).parent(tom,bob).parent(tom,liz).parent(bob,ann).parent(bob,pat).parent(pat,jim).,mother(X,Y):-parent(X,Y),female(X).,male(tom).male(bob).male(jim).female(pam).female(liz).female(ann).female(pat).,goalmother(pat,X).,Pat是谁的母亲？,运行,4.3TurboProlog程序结构,一个TurboProlog程序通常包括5个部分。如下：,/*注释*/domains域说明database数据库说明predicates谓词说明goal目标说明clauses子句说明/*注释*/,1.域说明部分，说明谓词对象的数据类型。,2.数据库说明部分，包含一些数据库谓词的定义，是说明用于动态数据库管理的谓词。如果程序不需要动态数据库，该部分可省略。,3.谓词说明部分，定义程序中除内部谓词以外的所有谓词。,4.在目标部分，说明程序的目标。一个程序目标可以由多个字目标复合而成。,5.子句部分，列出全部事实和规则，也可看作是程序的静态数据。,/*程序名:Wordsmith文件名:*/*目标:查找并打印一单词的同义词或反义词。*/domainsword,syn,ant=symbolpredicatessynonym(word,syn)antonym(word,ant)goalsynonym(brave,X),antonym(brave,Y),write(brave的同义词是:,X),nl,write(brave的反义词是:,Y),nl.clausessynonym(brave,daring).synonym(honest,truthful).synonym(modern,new).synonym(rare,uncommon).antonym(brave,cowardly).antonym(honest,dishonest).antonym(mordern,ancient).antonym(rare,common).,4.4TurboProlog程序分析,/*程序名:Thesaurus文件名:*/*目标:建立一个打印单词的同义词和反义词的小词典。*/domainsword,syn1,syn2,syn3,ant1,ant2,ant3=symbolpredicatessynonym(word,syn1,syn2,syn3)antonym(word,ant1,ant2,ant3)goalsynonym(brave,S1,S2,S3),antonym(brave,A1,A2,A3),write(brave的同义词是:),nl,write(S1,S2,S3,),write(brave的反义词是:),nl,write(A1,A2,A3,.),nl.,clausessynonym(brave,daring,defiant,courageous).synonym(honest,truthful,open,sincere).synonym(modern,new,novel,recent).synonym(rare,uncommon,scrace,infrequent).antonym(brave,cowardly,fearful,timid).antonym(honest,dishonest,crooked,deceltful).antonym(mordern,ancient,old,obsolete).antonym(rare,common,ordinary,ubiquitous).,多元谓词、多元子句,/*程序名:Presidents文件名:*/*目标:使用混合对象类型举例。*/domainsname,party,state=symbolbirth_year,year_in,year_out=integerpredicatespresident(name,party,state,birth_year,year_in,year_out)goalpresident(X,democrat,S,Yb,Yi,Yo),nl,write(X,-democrat),nl,write(State-,S),nl,write(Birth_year-,Yb),nl,write(Year_in-,Yi),nl,write(Year_out-,Yo),nl,nl.clausespresident(elsenhower,republican,texas,1890,1953,1961).president(kennedy,democrat,massachusetts,1917,1961,1963).president(johnson,democrat,texas,1908,1963,1969).president(nixon,republican,california,1913,1969,1974).president(ford,republican,nebraska,1913,1974,1977).president(carter,democrat,georgia,1924,1977,1981).,混合域的使用,/*程序名:Rlatives文件名:*/*目标:规则结构举例*/domainsperson=symbolpredicatesmale(person)female(person)parents(person,person,person)sister(person,person)who_is_the_sistergoalwho_is_the_sister.clauses/*事实*/male(Frank).male(Sam).female(Mary).female(Debbie).parents(Sam,Frank,Mary).parents(Debbie,Frank,Mary).,/*规则*/who_is_the_sister:-sister(Sister,Brother),write(Sister,isthesisterof,Brother,.),nl.sister(Sister,Brother):-female(Sister),male(Brother),parents(Sister,Father,Mother),parents(Brother,Father,Mother).,目标中使用规则,domainsman=symbolpredicateschoice(man)short_height(man)medium_height(man)tall_height(man)black_hair(man)brown_hair(man)blond_hair(man)old_car(man)new_car(man)sports_car(man)kathy_choice(man)who_is_the_choicegoalwho_is_the_choice.clauses/*事实*/choice(bill).choice(jim).choice(mark).choice(robert).choice(willy).,/*规则*/who_is_the_choice:-kathy_choice(Choice),write(Kathyschoiceis,Choice,.),nl.kathy_choice(Choice):-choice(Choice),tall_height(Choice),blond_hair(Choice),sports_car(Choice).,choice(tom).choice(frank).short_height(mark).short_height(willy).medium_height(jim).medium_height(tom).tall_height(jim).tall_height(robert).tall_height(frank).black_hair(bill).black_hair(willy).brown_hair(jim).brown_hair(tom).blond_hair(mark).blond_hair(robert).blond_hair(frank).new_car(mark).new_car(willy).new_car(frank).old_car(mark).old_car(tom).sports_car(jim).sports_car(robert).,简单数据库,/*程序名:Europair文件名:*/*目标:否定谓词应用举例*/domainscountry=symbolpredicateseuro_pair(country,country)border(country,country)find_non_border_pairgoalfind_non_border_pair.clauseseuro_pair(France,Germany).euro_pair(France,Spain).euro_pair(France,Italy).euro_pair(Germany,Spain).euro_pair(Germany,Italy).euro_pair(Spain,Italy).border(France,Germany).border(France,Spain).border(France,Italy).find_non_border_pair:-euro_pair(X,Y),not(border(X,Y),write(X,-,Y),nl.,否定谓词的应用,domainspersonal_library=book(title,author,publisher,year)collector,title,author,publisher=symbolyear=integerpredicatescollection(collector,personal_library)clausescollection(kahn,book(TheComputerandtheBrain,vonNeumann,YaleUniversityPress,1958).collection(kahn,book(SymbolicLogic,LewisCarroll,DoverPublications,1958).collection(john,book(Database:APrimer,C.J.Date,Addison-Wesley,1983).collection(john,book(Problem-SolvingMethodsinAI,NilsNilsson,McGraw-Hill,1971).collection(smith,book(Alice,inWonderland,LewisCarroll,TheNewAmericanLibrary,1960).collection(smith,book(FablesofAesop,Aesop-Calder,DoverPublications,1967).,复合对象的应用,域结构图,域,第0层(结构),第1层(对象),DomainStructureDiagram,collection,collector,book,title,author,publisher,year,谓词结构图,PredicateStructureDiagram,谓词(主函子),函子,第0层,第1层,第2层,domainspersonal_library=book(title,author,publication)publication=publication(publisher,year)collector,title,author,publisher=symbolyear=integerpredicatescollection(collector,personal_library)clausescollection(kahn,book(TheComputerandtheBrain,vonNeumann,publication(YaleUniversityPress,1958).collection(kahn,book(SymbolicLogic,LewisCarroll,publication(DoverPublications,1958).collection(john,book(Database:APrimer,C.J.Date,publication(Addison-Wesley,1983).collection(john,book(Problem-SolvingMethodsinAI,NilsNilsson,publication(McGraw-Hill,1971).collection(smith,book(Alice,inWonderland,LewisCarroll,publication(TheNewAmericanLibrary,1960).collection(smith,book(FablesofAesop,Aesop-Calder,publication(DoverPublications,1967).,三层域结构和四层谓词结构,personal_library,book,title,author,publication,year,域结构图,域,第0层,第1层,DomainStructureDiagram,collection,collector,book,title,author,publisher,year,谓词结构图,PredicateStructureDiagram,谓词(主函子),函子,第0层,第1层,第2层,publisher,第2层,publisher,第3层,4.5表与递归,表是含有任意数目的其他对象的一个对象。,一个包含1,2,3的表可被写成：1,2,3,表中的每个项被称为一个元素。,在域说明中需要对表类型进行说明。如：,domainsintegerlist=integer*predicatesnumber(integerlist),表头：是表中的第一个元素。如：表a,b,c中a是表头。,表尾：是表中除表头外的另一张表。如：表a,b,c中b,c是表尾。,空表：没有元素的表。对于表c,c是表头，是表尾。,a,b,c,d,a,b,c,d,b,c,d,c,d,d,Prolog提供一种使表头和表尾明确分开的方法：用逗号将元素分开，用|号将表头和表尾分开。如：,a,b,c等价于a|b,c等价于a|b|c等价于a|b|c|,打印表中元素的例子：,domainslis