Prolog语言(耐心看完,你就入门了)

1、2020/7/11,人 工 智 能 Artificial Intelligence (AI),2020/7/11,Prolog 语言简介,Prolog语言是一种以一阶谓词为基础的逻辑性语言（Programming in Logic）,2020/7/11,Prolog语言的特点 Prolog语言的基本内容 简单的例子,2020/7/11,Prolog语言（或者系统）是以一阶谓词逻辑的Horn 子句集为语法，以Robinson的消解原理为工具，加上深度优先的控制策略而形成的人工智能通用程序设计语言,Prolog语言的特点,2020/7/11,Horn子句集,消解原理,深度优先,Prolog系统,2

2、020/7/11,Prolog具有下列特点：, 是一种描述性语言。只需要告诉 “系统做什么”，不要告诉系统 “如何做” 数据与程序的统一表达。提供一种统一的符号结构 “项” ，数据与程序都是由项组成,2020/7/11, 自动实现模式匹配与回溯。这是人工智能中最常用的两项操作，Prolog自动实现这些操作 程序易于编写与阅读。它是面向人的自然语言 语句句型少，语法简明。只有三种句型,2020/7/11,参考资料： 雷英杰，张雷，邢清华，孙金萍。Visual Prolog 语言教程。西安：陕西科学技术出版社，2002年2月（380页，35元） 雷英杰，邢清华，孙金萍，张雷。Visual Prol

3、og 编程、环境及接口。北京：国防工业出版社，2004年1月（412页，36元）,2020/7/11,Prolog语言的基本内容 1 项 2 Prolog中的语句 3 表结构 4 Prolog程序的结构 5 常用内部谓词 6 Prolog程序设计步骤,2020/7/11,符号说明： “ := ” 表示“ 定义为 ” “ | ” 表示 “ 或 ”，可选 “ ” 表示 “ 重复或者出现多个 ”,1 项,2020/7/11,项的定义： := | | ,2020/7/11,:= | := | | ,:= | | ,2020/7/11,命名：用小写字母或者小写字母开头的小写字母数字串 用途：用于标识对象

4、的名字、谓词（对象间的关系）或函数名,标识符原子,例：john, marry, classmate, teacher,2020/7/11,字符串原子是用引号括起来的符号串 特殊原子指一些特殊符号，如 +、-、*、 / 等,2020/7/11,变量：用于表示暂时不能命名或者不需要命名的对象，用大写字母开头,:= | | ,2020/7/11,特殊变量：空变量，记作：“_” 含义：我们对问题的某一个变量的值不关心,2020/7/11, := （ , ）| ,:= | | ,2020/7/11,复合项：由一组其它对象组成的单个对象 例： 函数项： like(john, apple) 表： sa, s

5、b, 1,2,3 表达式： (12+59)*49-96,2020/7/11,项,常量,变量,复合项,原子,数,标识符原子,字符串原子,特殊原子,（, ）, ,2020/7/11,2 Prolog中的语句,事实： P. 含义：无条件成立，恒为真 例：like( monkey, banana),Prolog中的语句分成三种形式：,2020/7/11,规则： P :- P1 , P2 , , Pn . “ :- ” 表示“蕴涵” “ ，” 表示“合取” 含义：若 P1 , , Pn 均为真时，P为真,2020/7/11,问题（目标） Goal Q1 , Q2 , , Qm . 含义：待回答的问题,即

6、 Q1 , , Qm 同时为真吗？,2020/7/11,从消解角度来看： （事实）中，P是Horn子句,2020/7/11,（规则）可以表示为 P1P2PnP 可以转化为 P1P2PnP 也是Horn子句，并受全称量词约束,2020/7/11,（问题）是 Q1Qm 受存在量词约束，取非后 Q1Qm 受全称量词约束，是Horn子句,2020/7/11,Prolog三种形式的语言都是Horn子句 问题求解就是Horn子句集消解,2020/7/11,3 表结构,表：若干个元素的有序序列 表中的元素：常量、变量、项、表 表用“ ”来表示，元素之间用逗号或者空格分开,2020/7/11,例： 1, 2,

7、 3 a, b, c, d,2020/7/11,用符号“ | ”来划分表头（第一个元素）和表尾（其余元素） 特例： 当只用一个元素时，表尾为空 空表（无元素），既无表头又无表尾,2020/7/11,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，Zsat, down,2020/7/11,4 Prolog程序的结构,Prolog的程序分为两部分： 前提部分：所有事实和规则 问题部分：目标子句序列,2020/7/11,注意： 这两部分不能颠倒

8、。必须前提部分写在前面，问题部分写在后面,2020/7/11,likes(m, f). likes(m, w). (事实) likes(j, w). likes(j, s). goal likes(m, X), likes(j, X). (问题) 问题：是否 m 和 j 都喜欢什么东西？( X = ? ),f,w,s,m,j,2020/7/11,Prolog的求解过程 现在有两个问题：likes(m, X) 和 likes(j, X)） 第一步：第一个问题 likes(m, X) 去与事实匹配（置换与合一），按顺序得到 f/X,likes(m, f). likes(m, w). likes(j

9、, w). likes(j, s).,2020/7/11,第二步：f 代替第二个问题 likes(j, X) 中的 X，则得 likes(j, f) 。再与事实匹配，不能匹配，失败，则回溯，忘掉刚才的匹配,likes(m, f). likes(m, w). likes(j, w). likes(j, s).,likes(m, X) likes(j, X),2020/7/11,第三步：回到第一个问题 likes(m, X) ，重新匹配，得到 w / X 第四步：第二个问题变成 likes(j, w)。再与事实匹配，成功 第五步：答案就是 X=w,likes(m, f). likes(m, w).

10、 likes(j, w). likes(j, s).,likes(m, X) likes(j, X),2020/7/11,说明： 实际运行中，要逐个试探（搜索），失败则要回溯，成功也要回溯（求出所有解）,2020/7/11,例： father(a, b). a是b的父亲 father(c, d). brother(a, c). a与c是兄弟关系 uncle(X, Y) :- brother(X, Z), father(Z, Y). ?- uncle(a, U). 问题： a 是谁的叔叔 ？ （ U = ? ）,2020/7/11,第一步：问题 uncle(a，U) 与事实逐个匹配，不成功,Pr

11、olog的求解过程：,father(a, b). father(c, d). brother(a, c).,2020/7/11,第二步：与规则头（左部）匹配，即寻找合一者，有 a/X, U/Y 转化为两个子问题：brother(a, Z)和father（Z, U）,uncle(X, Y) :- brother(X, Z) , father(Z, Y).,uncle(a，U),2020/7/11,第一个子问题 brother(a, Z) 与事实匹配，得到c/Z 代人第二个子问题，有 father(c, U)。与事实匹配，得到 d/U，即 U=d，解是：a是d 的叔叔,father(a, b).

12、father(c, d). brother(a, c).,brother(a, Z) father（Z, U）,2020/7/11,Prolog的实现方法主要是：匹配与回溯 匹配：合一过程、消解过程 回溯：搜索，而且是深度优先搜索,2020/7/11,关于匹配的几点说明： 第一、一个变量被置换后，代入了另一个项，则称该变量为实例化的变量,2020/7/11,若与另一个未实例化的变量匹配，则视为同一变量，两者共享 若与另一个实例化的变量匹配，也变成了实例化的变量，且两者同值 若与常量匹配，也变成了实例化变量，并取常量的值,第二、一个未实例化的变量可以与任何项匹配：,2020/7/11,第三、常量

13、只能与相同的常量匹配 第四、实例化的变量与另一个实例化的值相同的变量匹配，也可以与另一个未实例化的变量匹配，使另一个变量实例化，且约束值相同,2020/7/11,5 常用的内部谓词 内部谓词：Prolog系统本身定义的一些基本谓词 注意：可以直接使用，用户不能修改,2020/7/11,算术运算 算术表达式由操作数（数、变量）、操作符和括号组成 算术运算符号：“+、-、* 、/”（加减乘除）,2020/7/11,优先级：与通常的数学运算一致 形式：中缀：X+Y*Z 前缀：+(X,*(Y,Z),2020/7/11,比较谓词 eq(X, Y) X=Y ne(X, Y) XY gt(X, Y) XY

14、ls(X, Y) XY,2020/7/11,对于 “ 、 ”， X,Y 可以取 常量 变量 谓词 表,2020/7/11,第一、当一个变量已经实例化，则可以与任意未实例化的变量相等，且将其实例化（赋值功能） 第二、两者均未实例化，eq(X, Y) 恒为真，并视为同一变量,对于“”（赋值与比较）的几点说明：,2020/7/11,第三、均以实例化，由当前值来决定 第四、如果为表，要求对应的元素相等，才为真 第五、如果是谓词，谓词同名，变元个数相等，对应的变元相等,2020/7/11,输入输出谓词 第一、write(X)：向输出设备输出实例化结果 第二、read(X)： 当 X 未实例化时，输入一个

15、项 当 X 在输入前已经实例化，则读入项将与 X 匹配，根据匹配的成功与否，决定其真假值,2020/7/11,谓词cut与fail（特殊谓词）： cut ( ! )：禁止回溯 fail： 强迫回溯,2020/7/11,第一、只允许作为一个子目标出现在程序中 第二、第一次遇到它时，总是立刻被满足，但是不能被重新满足 第三、用户可以使用它来控制回溯方式，切断一些不必要的回溯，提高程序运行效率,关于cut的几点说明：,2020/7/11,关于 fail 的说明： 作为一个子目标，使Prolog程序运行到 fail，必定引起回溯,2020/7/11,例：求 1 到 n 之间的和 定义一个二元谓词 su

16、m(N, X)，其中 X 表示和,答案是：X=21 去掉“ ！”，会发生什么？,sum(1,1):-!. sum(N,R):- N1=N-1, sum(N1, R1), R=R1+N. ?- sum(6,X).,2020/7/11,6 Prolog程序设计步骤,第一、说明事实：说明与待求解的问题有关的事实。例如，人物事及相互关系，对应于叙述性知识,对应于Prolog程序的组成部分，设计步骤分为：,2020/7/11,第二、定义规则：定义个体及其相互关系的推理规则，反映与待求解问题有关的过程性知识 第三：确定目标（问题）：提出待求解的问题或者确定逻辑推理的目标,2020/7/11,程序的一般结构

17、（组成部分）,Visual Prolog程序包括三到四个基本程序段： 第一、域段：说明谓词变量的域（类型） 第二、谓词段：说明非标准谓词（用户自己的谓词）,2020/7/11,第三、子句段：核心部分，可以写出事实与规则 第四、目标段：设置内部目标,2020/7/11,域段（domains) Prolog语言中的域用于区分不同变量类型的数据 相当于其它高级语言中的数据类型,2020/7/11,基本标准域有： char： 用单引号括起来的单个字符，例如，a integer：整数，范围为32767到-32768 real： 实数，例如，86.72，5.1e+21,2020/7/11,string：

18、用双引号括起来的字符序列 例：“I am from Nanjing”,2020/7/11,symbol：有两种形式： 以小写字母开头的字母、数字和下划线组成的序列 用双引号括起来的字符串序列,2020/7/11,Prolog中表示成下列形式： integerlist = integer * “integer” 说明表中元素的类型 “* ” 告诉编译系统，这是一张表,表：,2020/7/11,例 domains title , author = symbol pages = integer 注：每一个说明的最后无句号 “ . ”,2020/7/11,谓词段（predicates) 说明用户自己定义的谓词 说明谓词变