Опубликован: 27.07.2006 | Уровень: для всех | Доступ: платный
Лекция 10:

Логическое программирование

Аннотация: В данной лекции рассматривается язык Пролог, в основе которого лежит классическая логика. Описываются термы и объекты, факты, запросы к базе данных, унификация, правила, рекурсивные процедуры, базы знаний, решение логических задач, арифметические выражения, списки.
Ключевые слова: Prolog, программирование, логическое программирование, декларативный язык, запрос, интерпретатор, исполнитель, экспертная система, ПРОЛОГ, реализация языка, GPL, Windows, ПО, высказывание, объект, логика предикатов, работ, базовая, программа, имя файла, операции, список, warning, e-consulting, enter, атом, integer, FLOAT, синтаксис, диапазон, очередь, символьная обработка, переменная, значение, составной терм, функтор, терм, аргумент, множества, отношение, логическая функция, функция, истина, ложь, предикат, связь, arity, арность, символьная константа, базы данных, поиск, пользователь, унификация, запись, рекурсия, входные аргументы, интерпретация, local stack, компонент, база данных, отрицание, fail, вывод, перевод строки, доступ, произвольное, процедурный язык, место, абсолютная величина числа, натуральный логарифмы, бинарный оператор, арифметическое выражение, выражение, операторы, целое число, сообщение об ошибке, максимум, Произведение, факториал, координаты, голова списка, tail, хвост списка, элемент списка, цикла, натуральное число, индекс

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
Светлана Овчаркина
Светлана Овчаркина
Елена Митющенко
Елена Митющенко
И какова взаимосвязь между информацией и данными?
Николай Серков
Николай Серков
Россия, г. Санкт-Петербург
Елена Сочнева
Елена Сочнева
Россия