Логическое программирование

Термы и объекты

Программа на языке Пролог обычно описывает некую действительность. Объекты (элементы) описываемого мира представляются с помощью термов. Терм интуитивно означает объект. Существует 4 вида термов: атомы, числа, переменные и составные термы. Атомы и числа иногда группируют вместе и называют простейшими термами.

Атом - это отдельный объект, считающийся элементарным. В Прологе атом представляется последовательностью букв нижнего и верхнего регистра, цифр и символа подчеркивания '_', начинающейся со строчной буквы. Кроме того, любой набор допустимых символов, заключенный в апострофы, также является атомом. Наконец, комбинации специальных символов + - * = < > : & также являются атомами (следует отметить, что набор этих символов может отличаться в различных версиях Пролога).

Пример

Представленные далее последовательности являются корректными атомами:

b, abcXYZ, x_123, efg_hij, коля, слесарь,
'Это также атом Пролога',
+, ::, <---->, ***

Числа в Прологе бывают целыми (Integer) и вещественными (Float).

Синтаксис целых чисел прост, как это видно из следующих примеров: 1, 1313, 0, -97. Не все целые числа могут быть представлены в машине, их диапазон ограничен интервалом между некоторыми минимальным и максимальным значениями, определенными конкретной реализацией Пролога. SWI-Prolog допускает использование целых чисел в диапазоне от -2147483648 (-2³¹) до 2147483647 (2³¹-1).

Синтаксис вещественных чисел также зависит от конкретной реализации. Мы будем придерживаться простых правил, понятных из следующих примеров: 3.14, -0.0035, 100.2. При обычном программировании на Прологе вещественные числа используются редко. Причина этого кроется в том, что Пролог - язык, предназначенный в первую очередь для обработки символьной, а не числовой информации. При символьной обработке часто используются целые числа, нужда же в вещественных числах невелика. Везде, где можно, Пролог старается привести число к целому виду.

Переменными в Прологе являются строки символов, цифр и символа подчеркивания, начинающиеся с заглавной буквы или символа подчеркивания:

X, _4711, X_1_2, Результат, _x23, Объект2, _

Последний пример (единственный символ подчеркивания) является особым случаем - анонимной переменной (переменной без имени). Анонимная переменная применяется, когда ее значение не используется в программе. Возможное неоднократное употребление безымянной переменной в одном выражении применяется для того, чтобы подчеркнуть наличие переменных при отсутствии их специфической значимости.

Составные термы (функции) состоят из имени функции (нечислового атома) и списка аргументов (термов Пролога, то есть атомов, чисел, переменных или других составных термов), заключенных в круглые скобки и разделенных запятыми. Группы составных термов используют для составления фраз Пролога. Нельзя помещать символ пробела между функтором (именем функции) и открывающей круглой скобкой. В других позициях, однако, пробелы могут быть полезны для создания более читаемых программ. Ниже приведены два составных терма:

итого(клиент(X,23,_), 71)
'Что случилось?'(ничего)

При задании имен термов предпочтительнее использовать мнемонические ("говорящие") имена, так как терм a(ж), например, гораздо менее информативен, чем терм aвтор(жюль_верн).

Еще одной важной структурой данных в Прологе является список. Мы познакомимся с ним позднее. Сейчас отметим только один из видов списков - список символов. Такие списки могут быть представлены в виде строк, например, первый аргумент составного терма возраст("Борис",10) - строка. При записи строки заключаются в кавычки.

Факты

Программировать на Прологе - значит описывать некий мир. Программа на этом языке состоит из множества фраз, задающих взаимосвязь между термами. Каждый терм обозначает ту или иную сущность, принадлежащую миру. Один из способов описания - это задание фактов.

Факт - это утверждение о том, что соблюдается некоторое конкретное отношение. Он является безусловно верным. В разговорной речи под фактом понимается нечто вроде "Сегодня солнечно" или "Васе 10 лет". На Прологе это запишется в виде

'Сегодня солнечно'.
'Васе 10 лет'.

Если вы сохраните эти факты в файле и затем загрузите его, то можно задавать вопросы интерпретатору Пролога (напомним, что запрос вводится после приглашения Пролога, которое в большинстве версий имеет вид ?- ) , например,

?- 'Сегодня солнечно'.
Yes

?- 'Васе 10 лет'.
Yes

?- 'Сегодня солнечно', 'Васе 10 лет'.
Yes

Запятая между фактами в последнем запросе означает операцию логического и (конъюнкцию).

Такая форма записи соответствует логике высказываний, возможности которой, как уже говорилось, достаточно ограничены. Мы не можем задать, например, вопрос о том, сколько лет Васе. Гораздо удобнее использовать параметризованные факты, работу с которыми поддерживает логика предикатов. На Прологе факт может быть записан в виде предиката, аргументы которого являются символьными или числовыми константами.

В общем случае предикат - это логическая функция от одного или нескольких аргументов, то есть функция, действующая в множество из двух значений: истина и ложь. Предикат Пролога записывается в виде составного терма:

имя_предиката(аргументы).

Аргументы перечисляются через запятую и представляют собой какие-то объекты или свойства объектов, а имя предиката обозначает связь или отношение между аргументами. Предикат однозначно определяется парой: имя и количество аргументов. Два предиката с одинаковым именем, но различным количеством аргументов, считаются различными. Количество параметров предиката называется его арностью (arity). При описании предиката арность указывают после его имени, разделяя их символом '/' (слэш).

Как правило, имена предикатов и аргументов записываются в именительном падеже. Пробелы в них не допускаются, поэтому в качестве разделителей в символьных константах используется символ подчеркивания.

Пример

Факт "Коля работает слесарем" на Прологе запишется следующим образом:

профессия(коля, слесарь).

Здесь предикат профессия/2 имеет два аргумента: первый означает имя человека, а второй - профессию. Факт "Борису 10 лет" можно представить в виде:

возраст("Борис", 10).

Порядок аргументов предиката связан со смыслом факта и поэтому не изменяем. При записи фактов надо помнить, что:

имя факта начинается со строчной буквы; 
запись каждого факта заканчивается точкой.

В приведенных выше примерах профессия/2 и возраст/2 - предикаты (составные термы), коля и слесарь - атомы, 10 - число, "Борис" - строка. Подробнее о видах термов Пролога рассказывается в следующем разделе.

База данных на Прологе - это совокупность фактов. В процессе работы в базу данных можно добавлять новые факты, удалять или изменять старые.

Пример

Составим базу данных из следующих фактов: "слон больше, чем лошадь", "лошадь больше, чем осел", "осел больше, чем собака" и "осел больше, чем обезьяна":

больше(слон, лошадь).
больше(лошадь, осел).
больше(осел, собака).
больше(осел, обезьяна).

Мы использовали предикат больше/2, имеющий два параметра.

Сохраним эту базу данных в текстовом файле и затем познакомим Пролог с ней. Теперь можно формулировать запросы к интерпретатору Пролога:

?- больше(слон, лошадь).
Yes

?- больше(лошадь, слон).
No

Задания

1. Сохраните базу данных "Цвет" в файле task1.pl:

   цвет(машина, красный).
   цвет(светофор, зеленый).
   цвет(солнце, желтый).
   цвет(море, синий).

   Сформулируйте несколько запросов к данной базе данных.
2. Постройте базу данных из следующих фактов, используя предикат признак/2.
   • Признак зимы - снег.
   • Признак весны - капель.
   • Признак лета - солнце.
   • Признак осени - дождь.

   Сохраните ее в том же файле и сформулируйте несколько запросов к данной базе данных.