Основные понятия Пролога

Третьим специфическим видом предложений Пролога можно считать вопросы.

Вопрос состоит только из тела и может быть выражен с помощью БНФ в виде:

<Вопрос>::=<Предикат>[,<Предикат>]*

Вопросы используют для выяснения выполнимости некоторого отношения между описанными в программе объектами. Система рассматривает вопрос как цель, к которой надо стремиться. Ответ на вопрос может оказаться положительным или отрицательным, в зависимости от того, может ли быть достигнута соответствующая цель.

Программа на Прологе может содержать вопрос в программе (так называемая внутренняя цель ). Если программа содержит внутреннюю цель, то после запуска программы на выполнение система проверяет достижимость заданной цели.

Если внутренней цели в программе нет, то после запуска программы система выдает приглашение вводить вопросы в диалоговом режиме ( внешняя цель ). Программа, компилируемая в исполняемый файл, обязательно должна иметь внутреннюю цель.

Если цель достигнута, система отвечает, что у нее есть информация, позволяющая сделать вывод об истинности вопроса ( "Yes" ). При этом если в вопросе содержатся переменные, то система либо выдает их значения, приводящие к решению, если решение существует, либо сообщает, что решений нет ( "No solution" ). Если достичь цели не удалось, система ответит, что у нее нет положительного ответа ( "No" ).

Следует заметить, что ответ "No" на вопрос не всегда означает, что отношение, о котором был задан вопрос, не выполняется. Система может дать такой ответ и в том случае, когда у нее просто нет информации, позволяющей положительно ответить на вопрос.

Можно сказать, что утверждение - это правило, а факт или вопрос - это его частный случай.

Рассмотрим несколько примеров. Пусть в программе заданы следующие отношения:

мама("Наташа","Даша").
мама("Даша","Маша").

Можно спросить у системы, является ли Наташа мамой Даши. Этот вопрос можно ввести в виде:

мама("Наташа","Даша")

Найдя соответствующий факт в программе, система ответит "Yes" (то есть "Да" ). Если мы спросим:

мама("Наташа","Маша")

то получим ответ "No" (то есть "Нет" ). Можно также попросить вывести имя мамы Даши:

мама(X,Даша).

Система сопоставит вопрос с первым фактом, конкретизирует переменную X значением " Наташа " и выдаст ответ:

X=Наташа
1 Solution

Вопрос об имени дочери Наташи записывается в виде:

мама(Наташа,X).

Соответствующим ответом будет:

X=Даша
1 Solution

Можно попросить систему найти имена всех известных ей мам и дочек, задав вопрос:

мама(X,Y).

Система последовательно будет пытаться согласовывать вопрос с имеющимися в программе предложениями от первого до последнего. В случае успешной унификации соответствующих термов переменная X будет означена именем матери, а переменная Y - именем ее дочери.

В итоге получим ответ:

X=Наташа Y=Даша
X=Даша Y=Маша
2 solutions

Если надо получить только имена всех мам, можно воспользоваться анонимной переменной и записать вопрос:

мама(X,_).

Получим ответ:

X=Наташа
X=Даша
2 solutions

И, наконец, если надо получить ответ на вопрос: есть ли информация о людях, находящихся в отношении "мама - дочка", то его можно сформулировать в виде:

мама(_,_),

В данном случае нам не важны конкретные имена, а интересует, есть ли в нашей базе знаний хотя бы один соответствующий факт. Ответом в данном случае будет просто "Yes". Система сообщит о том, что у нее есть информация об объектах, связанных отношением "мама".

Введем в нашу программу правило, определяющее отношение "бабушка - внучка", в терминах "быть мамой":

бабушка(X,Y):-
	мама(X,Z),
	мама(Z,Y).

По сути дела здесь записано, что один человек является бабушкой другого, если это он является мамой его мамы. Конечно, для полноты картины не помешает записать еще и второе правило, которое говорит, что бабушка - это мама папы, если в программу добавить факты еще и про пап.

Заметим, что в нашей программе нет ни одного факта, связанного с отношением бабушка. Тем не менее, система оказывается способна найти ответы на вопросы о бабушках, пользуясь введенными фактами и правилом. Например, если нас интересует, чьей бабушкой является Наташа, то мы можем записать этот вопрос следующим образом:

бабушка("Наташа",X).

Для того чтобы найти ответ на вопрос, система просмотрит нашу базу сверху вниз, пытаясь найти предложение, в заголовке которого стоит предикат бабушка. Найдя такое предложение (это предложение бабушка(X,Y):-мама(X,Z),мама(Z,Y) ), система конкретизирует переменную из заголовка предложения X именем " Наташа ", переменную Y с переменной X из вопроса, после чего попытается достигнуть цели: мама("Наташа",Z) и мама(Z,Y). Для этого она просматривает базу знаний в поиске предложения, заголовок которого можно сопоставить с предикатом мама("Наташа",Z).

Это можно сделать, конкретизировав переменную Z именем "Даша". Затем система ищет предложение, в заголовке которого стоит предикат мама с первым аргументом "Даша" и каким-то именем в качестве второго аргумента. Подходящим предложением оказывается факт мама("Даша","Маша"). Система установила, что обе подцели мама("Наташа",Z) и мама(Z,Y) достижимы при Z="Даша", Y="Маша". Она выдает ответ:

X=Маша

Напомним, что наша переменная X из вопроса была связана с переменной Y из правила. После этого, если есть такая возможность, система пытается найти другие решения, удовлетворяющие вопросу. Однако в данном случае других решений нет.

Вообще говоря, цель может быть согласована, если она сопоставляется с заголовком какого-либо предложения. Если сопоставление происходит с фактом, то цель согласуется немедленно. Если же сопоставление происходит с заголовком правила, то цель согласуется только тогда, когда будет согласована каждая подцель в теле этого правила, после вызова ее в качестве цели. Подцели вызываются слева направо. Поиск подходящего для сопоставления предложения ведется с самого начала базы. Если подцель не допускает сопоставления, то система совершает возврат для попытки повторного согласования подцели. При попытке повторного согласования система возобновляет просмотр базы с предложения, непосредственно следующего за тем, которое обеспечивало согласование цели ранее.

В программе на Прологе важен порядок предложений внутри процедуры, а также порядок хвостовых целей в теле предложений. От порядка предложений зависит порядок поиска решений и порядок, в котором будут находиться ответы на вопросы. Порядок целей влияет на количество проверок, выполняемых программой при решении.