Иван Братко - Программирование на языке Пролог для искусственного интеллекта

?- подсумма( [1, 2, 5, 3, 2], 5, ПМ).

ПМ = [1, 2, 2];

ПМ = [2, 3];

ПМ = [5];

...

3.21. Определите процедуру

между( N1, N2, X)

которая, с помощью перебора, порождает все целые числа X, отвечающие условию N1≤X≤N2.

3.22. Определите операторы 'если', 'то', 'иначе' и ':=" таким образом, чтобы следующее выражение стало правильным термом:

если X > Y то Z := X иначе Z := Y

Выберите приоритеты так, чтобы 'если' стал главным функтором. Затем определите отношение 'если' так, чтобы оно стало как бы маленьким интерпретатором выражений типа 'если-то-иначе'. Например, такого

если Вел1 > Вел2 то Перем := Вел3

иначе Перем := Вел4

где Вел1, Вел2, Вел3и Вел4 — числовые величины (или переменные, конкретизированные числами), а Перем — переменная. Смысл отношения 'если' таков: если значение Вел1больше значения Вел2, тогда Перемконкретизируется значением Вел3, в противном случае — значением Вел4. Приведем пример использования такого интерпретатора:

?- X = 2, Y = 3,

Вел2 is 2*X,

Вел4 is 4*X,

Если Y > Вел2 то Z := Y иначе Z := Вел4.

Если Z > 5 то W := 1 иначе W :=0.

X = 2

Y = 3

Z = 8

W = 1

Вел2 = 4

Вел4 = 8

• Список — часто используемая структура. Он либо пуст, либо состоит из головы и хвоста , который в свою очередь также является списком. Для списков в Прологе имеется специальная нотация.

• В данной главе рассмотрены следующие операции над списками: принадлежность к списку, конкатенация, добавление элемента, удаление элемента, удаление подсписка.

• Операторная запись позволяет программисту приспособить синтаксис программ к своим конкретным нуждам. С помощью операторов можно значительно повысить наглядность программ.

• Новые операторы определяются с помощью директивы op, в которой указываются его имя, тип и приоритет.

• Как правило, с оператором не связывается никакой операции; оператор это просто синтаксическое удобство, обеспечивающее альтернативный способ записи термов.

• Арифметические операции выполняются с помощью встроенных процедур. Вычисление арифметических выражений запускается процедурой is, а также предикатами сравнения <, =<и т.д.

• Понятия, введенные в данной главе:

список, голова списка, хвост списка

списковая нотация

операторы, операторная нотация

инфиксные, префиксные и постфиксные операторы

приоритет операторов

арифметические встроенные процедуры

Структуры данных вместе с сопоставлением, автоматическими возвратами и арифметикой представляют собой мощный инструмент программирования. В этой главе мы расширим навыки использования этого инструмента при помощи следующих учебных программных примеров: получение структурированной информации из базы данных, моделирование недетерминированного автомата, планирование маршрута поездки и решение задачи о расстановке восьми ферзей на шахматной доске. Мы увидим также, как в Прологе реализуется принцип абстракции данных.

Это упражнение развивает навыки представления структурных объектов данных и управления ими. Оно показывает также, что Пролог является естественным языком запросов к базе данных.

База данных может быть представлена на Прологе в виде множества фактов. Например, в базе данных о семьях каждая семья может описываться одним предложением. На рис. 4.1 показано, как информацию о каждой семье можно представить в виде структуры. Каждая семья состоит из трех компонент: мужа, жены и детей. Поскольку количество детей в разных семьях может быть разным, то их целесообразно представить в виде списка, состоящего из произвольного числа элементов. Каждого члена семьи в свою очередь можно представить структурой, состоящей из четырех компонент: имени, фамилии, даты рождения и работы. Информация о работе — это либо "не работает", либо указание места работа и оклада (дохода). Информацию о семье, изображенной на рис. 4.1, можно занести в базу данных с помощью предложения:

семья( членсемьи( том, фокс, дата( 7, май, 1950),

работает( bbс, 15200) ),

членсемьи( энн, фокс, дата( 9, май, 1951), неработает),

[членсемьи( пат, фокс, дата( 5, май, 1973), неработает),

членсемьи( джим, фокс, дата( 5, май, 1973), неработает) ] ).

Рис. 4.1.Структурированная информация о семье.

Тогда база данных будет состоять из последовательности фактов, подобных этому, и описывать все семьи, представляющие интерес для нашей программы.

В действительности Пролог очень удобен для извлечения необходимой информации из такой базы данных. Здесь хорошо то, что можно ссылаться на объекты, не указывая в деталях всех их компонент. Можно задавать только структуру интересующих нас объектов и оставлять конкретные компоненты без точного описания или лишь с частичным описанием. На рис. 4.2 приведено несколько примеров. Так, а запросах к базе данных можно ссылаться на всех Армстронгов с помощью терма

семья( членсемьи( _, армстронг, _, _ ), _, _ )

Символы подчеркивания обозначают различные анонимные переменные, значения которых нас не заботят. Далее можно сослаться на все семьи с тремя детьми при помощи терма:

семья( _, _, [ _, _, _ ])

Чтобы найти всех замужних женщин, имеющих по крайней мере троих детей, можно задать вопрос:

?- семья( _, членсемьи( Имя, Фамилия, _, _ ), [ _, _, _ | _ ]).

Главным моментом в этих примерах является то, что указывать интересующие нас объекты можно не только по их содержимому, но и по их структуре. Мы задаем одну структуру и оставляем ее аргументы в виде слотов (пропусков).

Рис. 4.2. Описания объектов по их структурным свойствам: (а) любая семья Армстронгов; (b) любая семья, имеющая ровно трех детей; (с) любая семья, имеющая по крайней мере три ребенка. Структура (с) дает возможность получить имя и фамилию жены конкретизацией переменных Имяи Фамилия.

Можно создать набор процедур, который служил бы утилитой, делающей взаимодействие с нашей базой данных более удобным. Такие процедуры являлись бы частью пользовательского интерфейса. Вот некоторые полезные процедуры для нашей базы данных: