Иван Братко - Программирование на языке Пролог для искусственного интеллекта

муж( X) :- % X - муж

семья( X, _, _ ).

жена( X) :- % X - жена

семья( _, X, _ ).

ребенок( X) :- % X - ребенок

семья( _, _, Дети),

принадлежит( X, Дети).

принадлежит( X, [X | L ]).

принадлежит( X, [Y | L ]) :-

принадлежит( X, L).

существует( Членсемьи) :-

% Любой член семьи в базе данных

муж( Членсемьи);

жена( Членсемьи);

ребенок( Членсемьи).

дата рождения( Членсемьи( _, _, Дата, _ ), Дата).

доход( Членсемьи( _, _, _, работает( _, S) ), S).

% Доход работающего

доход( Членсемьи( _, _, _, неработает), 0).

% Доход неработающего

Этими процедурами можно воспользоваться, например, в следующих запросах к базе данных:

• Найти имена всех людей из базы данных:

?- существует( членсемьи( Имя,Фамилия, _, _ )).

• Найти всех детей, родившихся в 1981 году:

?- ребенок( X), датарождения( X, дата( _, _, 1981) ).

• Найти всех работающих жен:

?- жена( членсемьи( Имя, Фамилия, _, работает( _, _ ))).

• Найти имена и фамилии людей, которые не работают и родились до 1963 года:

?- существует членсемьи( Имя, Фамилия, дата( _, _, Год), неработает) ),

Год < 1963.

• Найти людей, родившихся до 1950 года, чей доход меньше, чем 8000:

?- существует( Членсемьи),

датарождения( Членсемьи, дата( _, _, Год) ),

Год < 1950,

доход( Членсемьи, Доход),

Доход < 8000.

• Найти фамилии людей, имеющих по крайней мере трех детей:

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

Для подсчета общего дохода семья полезно определить сумму доходов людей из некоторого списка в виде двухаргументного отношения:

общий( Список_Людей, Сумма_их_доходов)

Это отношение можно запрограммировать так:

общий( [], 0). % Пустой список людей

общий( [ Человек | Список], Сумма) :-

доход( Человек, S),

% S - доход первого человека

общий( Список, Остальные),

% Остальные - сумма доходов остальных

Сумма is S + Остальные.

Теперь общие доходы всех семей могут быть найдены с помощью вопроса:

?- семья( Муж, Жена, Дети),

общий( [Муж, Жена | Дети], Доход).

Пусть отношение длина подсчитывает количество элементов списка, как это было определено в разд. 3.4. Тогда мы можем найти все семьи, которые имеют доход на члена семьи, меньший, чем 2000, при помощи вопроса:

?- семья( Муж, Жена, Дети),

общий( [ Муж, Жена | Дети], Доход),

длина( [ Муж, Жена | Дети], N),

Доход/N < 2000.

4.1. Напишите вопросы для поиска в базе данных о семьях.

(а) семей без детей;

(b) всех работающих детей;

(с) семей, где жена работает, а муж нет,

(d) всех детей, разница в возрасте родителей которых составляет не менее 15 лет.

4.2. Определите отношение

близнецы( Ребенок1, Ребенок2)

для поиска всех близнецов в базе данных о семьях.

Абстракцию данных можно рассматривать как процесс организации различных фрагментов информации в единые логические единицы (возможно, иерархически), придавая ей при этом некоторую концептуально осмысленную форму. Каждая информационная единица должна быть легко доступна в программе. В идеальном случае все детали реализации такой структуры должны быть невидимы пользователю этой структуры. Самое главное в этом процессе - дать программисту возможность использовать информацию, не думая о деталях ее действительного представления.

Обсудим один из способов реализации этого принципа на Прологе. Рассмотрим снова пример с семьей из предыдущего раздела. Каждая семья — это набор некоторых фрагментов информации. Все эти фрагменты объединены в естественные информационные единицы, такие, как "член семьи" или "семья", и с ними можно обращаться как с едиными объектами. Предположим опять, что информация о семье структурирована так же, как на рис. 4.1. Определим теперь некоторые отношения, с помощью которых пользователь может получать доступ к конкретным компонентам семьи, не зная деталей рис. 4.1. Такие отношения можно назвать селекторами , поскольку они позволяют выбирать конкретные компоненты. Имя такого отношения-селектора будет совпадать с именем компоненты, которую нужно выбрать. Отношение будет иметь два аргумента: первый — объект, который содержит компоненту, и второй — саму компоненту:

отношение_селектор(Объект, Выбранная_компонента)

Вот несколько селекторов для структуры семья:

муж( семья( Муж, _, _ ), Муж).

жена( семья( _, Жена, _ ), Жена).

дети( семья( _, _, СписокДетей ), СписокДетей).

Можно также создать селекторы для отдельных детей семьи:

первыйребенок( Семья, Первый) :-

дети( Семья, [Первый | _ ]).

второйребенок( Семья, Второй) :-

дети( Семья, [ _, Второй | _ ]).

...

Можно обобщить этот селектор для выбора N-го ребенка:

n ребенок( N, Семья, Ребенок) :-

дети( Семья, СписокДетей),

n _элемент( N, СписокДетей, Ребенок)

% N-й элемент списка

Другим интересным объектом является "член семьи". Вот некоторые связанные с ним селекторы, соответствующие рис. 4.1:

имя( членсемьи( Имя, _, _, _ ), Имя).

фамилия( членсемьи( _, Фамилия, _, _ ), Фамилия).

датарождения( членсемьи( _, _, Дата), Дата).

Какие преимущества мы можем получить от использования отношений-селекторов? Определив их, мы можем теперь забыть о конкретном виде структуры представления информации. Для пополнения и обработки этой информации нужно знать только имена отношений-селекторов и в оставшейся части программы пользоваться только ими. В случае, если информация представлена сложной структурой, это легче, чем каждый раз обращаться к ней в явном виде. В частности, в нашем примере с семьей пользователь не обязан знать, что дети представлены в виде списка. Например, предположим, мы хотим сказать, что Том Фокс и Джим Фокс принадлежат к одной семье и что Джим — второй ребенок Тома. Используя приведенные выше отношения-селекторы, мы можем определить двух человек, назовем их Человек1и Человек2, и семью. Следующий список целей приводит к желаемому результату:

имя( Человек1, том), фамилия( Человек1, фокс),

% Человек1 - Том Фокс

имя( Человек2, джим), фамилия( Человек1, фокс),

% Человек2 - Джим Фокс

муж( Семья, Человек1),

второйребенок( Семья, Человек2)

Использование отношений-селекторов облегчает также и последующую модификацию программ. Представьте себе, что мы захотели повысить эффективность программы, изменив представление информации. Все, что нужно сделать для этого, — изменить определения отношений-селекторов, и вся остальная программа без изменений будет работать с этим новым представлением.