Prolog語言(耐心看完-你就入門了)

人工智能ArtificialIntelligence(AI)2024/9/14Prolog語言簡介

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

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

子句集為語法，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)計語言

Prolog語言的特點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：

①是一種描述性語言。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。提供一種統(tǒng)一的符號結(jié)構(gòu)“項”，數(shù)據(jù)與程序都是由項組成

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

⑤語句句型少，語法簡明。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語言教程。西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，2002年2月（380頁，35元）雷英杰，邢清華，孫金萍，張雷。VisualProlog編程、環(huán)境及接口。北京：國防工業(yè)出版社，2004年1月（412頁，36元）2024/9/14Prolog語言的基本內(nèi)容1項2Prolog中的語句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)計步驟2024/9/14符號說明：“::=”表示“定義為”“|”表示“或”，可選“{}”表示“重復(fù)或者出現(xiàn)多個”1項

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

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

/等

2024/9/14變量：用于表示暫時不能命名或者不需要命名的對象，用大寫字母開頭

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

2024/9/14<復(fù)合項>::=<原子>（<項>{,<項>}）|

<項><原子><項>

{<原子><項>}

<項>::=<常量>|<變量>|<復(fù)合項>2024/9/14復(fù)合項：由一組其它對象組成的單個對象例：函數(shù)項：like(john,apple)表：[sa,sb],[1,2,3]表達式：(12+59)*49-962024/9/14項常量變量復(fù)合項原子數(shù)標識符原子字符串原子特殊原子<原子>（<項>{,<項>}）<項><原子><項>{<原子><項>}2024/9/142

Prolog中的語句

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

.“:-

”表示“蘊涵”“，”表示“合取”含義：若P1,…,Pn

均為真時，P為真

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

同時為真嗎？2024/9/14從消解角度來看：①（事實）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三種形式的語言都是Horn子句問題求解就是Horn子句集消解2024/9/143表結(jié)構(gòu)

表：若干個元素的有序序列表中的元素：常量、變量、項、表

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

”來劃分表頭（第一個元素）和表尾（其余元素）特例：當只用一個元素時，表尾為空空表（無元素），既無表頭又無表尾

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：所有事實和規(guī)則

問題部分：目標子句序列

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

2024/9/14likes(m,f).likes(m,w).(事實)likes(j,w).likes(j,s).goallikes(m,X),likes(j,X).(問題)問題：是否m

和j

都喜歡什么東西？(X=?)

fwsmj2024/9/14Prolog的求解過程現(xiàn)在有兩個問題：likes(m,X)和likes(j,X)）第一步：第一個問題likes(m,X)去與事實匹配（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代替第二個問題likes(j,X)中的X，則得likes(j,f)。再與事實匹配，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：回到第一個問題likes(m,X)，重新匹配，得到{w/X}第四步：第二個問題變成likes(j,w)。再與事實匹配，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說明：實際運行中，要逐個試探（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).問題：

a

是誰的叔叔？（U=?

）2024/9/14第一步：問題uncle(a，U)與事實逐個匹配，不成功Prolog的求解過程：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)化為兩個子問題：brother(a,Z)和father（Z,U）uncle(X,Y):-brother(X,Z),father(Z,Y).uncle(a，U)2024/9/14第一個子問題brother(a,Z)與事實匹配，得到{c/Z}代人第二個子問題，有father(c,U)。與事實匹配，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的實現(xiàn)方法主要是：匹配與回溯匹配：合一過程、消解過程回溯：搜索，而且是深度優(yōu)先搜索2024/9/14關(guān)于匹配的幾點說明：第一、一個變量被置換后，代入了另一個項，則稱該變量為實例化的變量2024/9/14①若與另一個未實例化的變量匹配，則視為同一變量，兩者共享②若與另一個實例化的變量匹配，也變成了實例化的變量，且兩者同值③若與常量匹配，也變成了實例化變量，并取常量的值第二、一個未實例化的變量可以與任何項匹配：2024/9/14第三、常量只能與相同的常量匹配第四、實例化的變量與另一個實例化的值相同的變量匹配，也可以與另一個未實例化的變量匹配，使另一個變量實例化，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)運算算術(shù)表達式由操作數(shù)（數(shù)、變量）、操作符和括號組成算術(shù)運算符號：“+、-、*、/”（加減乘除）2024/9/14優(yōu)先級：與通常的數(shù)學(xué)運算一致形式：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對于“＝、<>”，X,Y可以取常量變量謂詞表2024/9/14第一、當一個變量已經(jīng)實例化，則可以與任意未實例化的變量相等，且將其實例化（賦值功能）第二、兩者均未實例化，eq(X,Y)恒為真，并視為同一變量對于“＝”（賦值與比較）的幾點說明：2024/9/14第三、均以實例化，由當前值來決定第四、如果為表，要求對應(yīng)的元素相等，才為真第五、如果是謂詞，謂詞同名，變元個數(shù)相等，對應(yīng)的變元相等2024/9/14③輸入輸出謂詞第一、write(X)：向輸出設(shè)備輸出實例化結(jié)果第二、read(X)：

當X

未實例化時，輸入一個項當X

在輸入前已經(jīng)實例化，則讀入項將與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：強迫回溯2024/9/14第一、只允許作為一個子目標出現(xiàn)在程序中第二、第一次遇到它時，總是立刻被滿足，但是不能被重新滿足第三、用戶可以使用它來控制回溯方式，切斷一些不必要的回溯，提高程序運行效率關(guān)于cut的幾點說明：2024/9/14關(guān)于fail的說明：作為一個子目標，使Prolog程序運行到fail，必定引起回溯2024/9/14例：求1到n

之間的和定義一個二元謂詞sum(N,X)，其中X

表示和答案是：X=21去掉“！”，會發(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)計步驟第一、說明事實：說明與待求解的問題有關(guān)的事實。例如，人物事及相互關(guān)系，對應(yīng)于敘述性知識對應(yīng)于Prolog程序的組成部分，設(shè)計步驟分為：2024/9/14第二、定義規(guī)則：定義個體及其相互關(guān)系的推理規(guī)則，反映與待求解問題有關(guān)的過程性知識第三：確定目標（問題）：提出待求解的問題或者確定邏輯推理的目標2024/9/14程序的一般結(jié)構(gòu)（組成部分）

VisualProlog程序包括三到四個基本程序段：第一、域段：說明謂詞變量的域（類型）第二、謂詞段：說明非標準謂詞（用戶自己的謂詞）2024/9/14第三、子句段：核心部分，可以寫出事實與規(guī)則第四、目標段：設(shè)置內(nèi)部目標2024/9/14域段（domains)Prolog語言中的域用于區(qū)分不同變量類型的數(shù)據(jù)相當于其它高級語言中的數(shù)據(jù)類型2024/9/14基本標準域有：char：用單引號括起來的單個字符，例如，’a’integer：整數(shù)，范圍為32767到-32768real：實數(shù)，例如，86.72，5.1e+212024/9/14string：用雙引號括起來的字符序列

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

2024/9/14Prolog中表示成下列形式：

integerlist=integer*“integer”說明表中元素的類型“*

”告訴編譯系統(tǒng)，這是一張表

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