Логическое программирование

Пролог ( Prolog, программирование в логике) - один из наиболее широко используемых языков логического программирования. Как и для других декларативных языков, при работе с ним мы описываем ситуацию (правила и факты) и формулируем цель (запрос), позволяя интерпретатору Пролога найти решение задачи за нас.

Под интерпретатором Пролога мы будем понимать механизм решения задачи при помощи языка Пролог. Другими словами, интерпретатор языка Пролог - это исполнитель Пролог -программ, т. е. та "активная сила", которая выполняет программы, написанные на Прологе.

У каждого из языков программирования есть свой круг задач, при решении которых он используется с наибольшей эффективностью. Для Пролога это задачи, связанные с разработкой систем искусственного интеллекта (различные экспертные системы, программы-переводчики, интеллектуальные игры). Он используется для обработки естественного языка и обладает мощными средствами, позволяющими извлекать информацию из баз данных, причем методы поиска, используемые в нем, принципиально отличаются от традиционных.

Пролог нашел применение и в ряде других областей, например, при решении задач составления сложных расписаний. При этом он не является универсальным языком программирования и не предназначен, например, для решения задач, связанных с графикой или численными методами.

Существует большое количество реализаций языка Пролог, как коммерческих, так и свободно распространяемых. Мы будем ориентироваться на SWI-Prolog, разработанный в университете города Амстердам. Возможностей данной реализации вполне достаточно для первоначального знакомства с основами логического программирования.

SWI-Prolog распространяется под лицензией GPL, что обеспечивает возможность его использования без нарушений чьих-либо коммерческих интересов. Эта версия языка Пролог доступна как пользователям ОС Linux, так и пользователям Windows.

Классическая логика и язык Пролог

Логические языки, как и следует из их названия, для цели передачи смысла программ используют средства математической логики. Сама по себе логика была изобретена как инструмент человеческой мысли, позволяющий упорядочить знания и получить из них соответствующие выводы. Поэтому идея использования принципов математической логики при составлении компьютерных программ кажется довольно естественной.

Ранее мы уже познакомились с частью логики, называемой исчислением высказываний. Но исчисление высказываний не дает возможности выразить многие факты и рассуждения, которыми пользуются в обыденной жизни. Например, рассмотрим классическое рассуждение:

Все люди смертны (p); 
Сократ - человек (q); 
следовательно, (->) 
Сократ смертен (r).

Это рассуждение верное, но его невозможно доказать в рамках теории высказываний. Мы можем записать формулу (p&&q)->r, но доказать ее истинность уже не сможем. Таким образом, логика высказываний не позволяет достаточно точно выразить рассматриваемое рассуждение. Это связано с тем, что она рассматривает каждое высказывание как неделимый объект, в то время как многие из высказываний зависят от неких параметров.

Исчисление предикатов является обобщением исчисления высказываний, позволяющим использовать параметры (называемые также аргументами или переменными) в высказываниях. В терминах теории предикатов наше рассуждение можно записать так:

Для всех x, если x является человеком, 
то x является смертным; 
Сократ является человеком; 
(следовательно) 
Сократ является смертным.

Изучение исчисления предикатов не является нашей задачей, однако, для того, чтобы применять язык логического программирования, не обязательно знать логику предикатов: она уже встроена в него. Достаточно изучить сам язык и привыкнуть к его выразительным средствам.

Язык Пролог, самый известный из представителей семейства языков логического программирования, вырос из работ Алана Колмерауэра (A. Colmerauer) по обработке естественного языка и независимых работ Роберта Ковальского (R. Kowalski) по приложениям логики к программированию. Дэвиду Уоррену (D. Warren) и его коллегам из Эдинбургского университета удалось осуществить достаточно эффективную реализацию Пролога. Имя Уоррена вошло в историю логического программирования. В его честь названа базовая техника реализации Пролога, получившая название абстрактной машины Уоррена.

Программа на языке Пролог представляет собой набор фактов и (возможно) правил. Если программа содержит только факты, то ее называют база данных. Если она содержит еще и правила, то часто используют термин база знаний.

Для запуска Пролога, наберите в командной строке pl и нажмите Enter. На экране появится приглашение для ввода запросов:

?-

Запрос (вопрос) вводится после приглашения и обязательно заканчивается точкой, например,

?- 5+4<3.
No

Пролог анализирует запрос и выдает ответ Yes (Да) в случае истинности утверждения и No (Нет) в противном случае или когда ответ не может быть найден.

Хранят программы на языке Пролог в текстовых файлах, чаще всего имеющих расширение pl, например, example1.pl. Для того чтобы Пролог мог оперировать информацией, содержащейся в файле, он должен ознакомится с его содержимым (проконсультироваться с ним). Это можно сделать несколькими способами. При использовании первого варианта в квадратных скобках записывается имя файла (без pl ), например,

?- [example1].

В случае удачного завершения этой операции будет выдано сообщение, аналогичное следующему:

% example1 compiled 0.00 sec, 612 bytes
Yes

В противном случае будет выдан список ошибок ( ERROR ) и/или предупреждений (Warning).

Второй способ состоит в вызове встроенного предиката consult, которому в качестве аргумента передается имя файла (также без расширения), например:

?- consult(example1).

Расширение pl часто используется для файлов, содержащих программы на языке программирования Perl, поэтому можно встретить и другие расширения для файлов с программами на Прологе. Для загрузки файлов с расширениями, отличными от pl, все имя файла следует обязательно заключать в апострофы:

?- consult('example2.prolog').
?- ['example2.prolog'].

Обе эти команды добавляют факты и правила из указанного файла в базу данных Пролога. Можно загружать несколько файлов одновременно. В этом случае они перечисляются через запятую, например,

?- [example1, 'example2.prolog'].

Важно помнить, что все запросы должны заканчиваться точкой. Если вы забудете ее поставить, то Пролог выведет символ '|' и будет ожидать дальнейшего ввода. В этом случае надо ввести точку и нажать клавишу Enter:

?- [example1]
| .
Yes