Язык Пролог является представителем семейства языков логического программирования и в сравнении с традиционными языками программирования, предназначенными для записи алгоритмов, такими как Бейсик, Фортран, Паскаль, Си, обладает существенными особенностями:
• программа на Прологе не является алгоритмом, а представляет собой запись условия задачи на языке формальной логики (т.е. это дескриптивный, описательный язык программирования);
• язык Пролог предназначен не для решения вычислительных или графических задач, а для решения логических задач, для моделирования процесса логического умозаключения человека; вычисления же и графические построения выполняются в Прологе как побочный продукт логического вывода;
• Пролог требует особого стиля мышления программиста,что затрудняет изучение его теми, кто уже привык к процедурному программированию, поэтому, так называемые, практические программисты не стремятся переходить на этот язык, что мешает росту популярности Пролога; однако во многих странах (Японии, Англии, Франции, Германии, Израиле и т.д.) расширяется практика применения Пролога в образовании как первого изучаемого языка программирования; переход к процедурным языкам типа Паскаля в этом случае трудностей не вызывает.
Prolog 7. Обработка списков
Все это позволяет отнести Пролог в существующем делении языков программирования на языки низкого и высокого уровня к языкам сверхвысокого уровня. В японском проекте создания в 90-х годах XX века компьютеров 5-го поколения (обладающих искусственным интеллектом) Пролог положен в основу аппаратной организации и разработки программного обеспечения. Нынешний Пролог, безусловно, не является окончательным вариантом языка программирования ЭВМ 5-го поколения и в ближайшие годы получит существенное развитие. По-видимому, он сыграет роль Бейсика дескриптивного программирования: его значение и возможности в популяризации и распространении идей логического программирования чрезвычайно велики.
Изучению языка Пролог очень способствует предшествующее изучение математической логики, понятийной системой которой он пользуется.
Программирование на Прологе включает в себя следующиеэтапы:
1) объявление фактов об объектах и отношениях между ними;
2) определение правил взаимосвязи объектов и отношений между ними;
3) формулировка вопроса об объектах и отношениях между ними.
Имена — это последовательности букв и цифр, начинающиеся с буквы (строчной!). Системы программирования на Прологе для компьютеров допускают использование лишь латинских строчных и прописных букв: а.. z, A.. Z. Использование русских строчных и прописных букв: а.. я, А.. Я не допускается.
При практической работе с интерпретатором рекомендуется, чтобы смысл имен оставался понятным, использовать в качестве имен запись русских слов латинскими буквами. В данном параграфе мы будем записывать все именарусскими буквами, чтобы сделать смысл программ наиболее понятным. При запуске этих программ в «англо-язычных» системах программирования нужно заменять русские буквы в именах на латинские.
Проект 7. Язык программирования Prolog. Стас Васильчук.
Типы данных включают переменные, атомарные значения и структуры (рис. 3.15).
Рис.3.1 5. Классификация типов данных Пролога
Примеры специальных атомов:
: — ( обозначающая импликацию),
? (вопрос, обозначающий отрицание),
! (предикат отсечения, рассматривается далее).
Переменные обозначаются последовательностью буквой и цифр, начинающейсяс заглавной буквы. Особый вид переменной — анонимная переменная _, используемая в качестве аргумента предиката, когда конкретное значение переменной несущественно.
Структура — это конструкция, состоящая из имени структуры и заключенного в скобки списка ее аргументов, разделенных запятыми. Элементами структур могут быть числа, атомы, переменные, другие структуры и списки. Примеры структур: str(A,B,C), носит(юрий,пиджак).
Списки представляют собой объединение элементов произвольных видов, разделенных запятыми и заключенных в квадратные скобки. Списки отличаются от структур тем, что количество элементов может меняться при выполнении программы. Примеры списков: [1,3,5,7], [красный,желтый,зеленый].
Основная операция, выполняемая в языке Пролог, — это операция сопоставления (называемая также унификацией или согласованием). Операция сопоставления может быть успешной, а может закончиться неудачно. Определяется операция сопоставления так:
• константа сопоставляется только с равной ей константой;
• идентичные структуры сопоставляются друг с другом;
• переменная сопоставляется с константой или с ранее связанной переменной (и становится связанной с соответствующим значением);
• две свободные переменныемогут сопоставляться (и связываться) друг с другом. С момента связывания они трактуются как одна переменная: если одна из них принимает какое-либо значение, то вторая немедленно принимает то же значение.
Примеры: 5 сопоставляется с 5, «имеет» сопоставляется с «имеет», «сергей» не сопоставляется с «юрий», «имеет(сергей,машина)» не сопоставляется с «имеет(сергей, телевизор)», «имеет(сергей,машина)» сопоставляется с «имеет(Х,машина)»,в этом случае переменная Х получает в качестве значения атом «сергей».
Факты — это предикаты с аргументами-константами, обозначающие отношения между объектами или свойства объектов, именованные этими константами. Факты в программе считаются всегда и безусловно истинными и таким образом служат основой доказательства, происходящего при выполнении программы.
Пример 1. Факты, описывающие телефонные номера:
Это означает: телефон Иванова — 56-15-32 и т.п. Заметим, что перед цифрами номера идет буква »т». Она делает номер телефона литерной константой, так как числа 561532,642645, 139833 слишком велики, чтобы быть числовыми константами.
Пример 2, Факты, описывающие студентов:
Это означает: «Сергею нравится рэп», «Юрию нравится джаз» и т.п.
Правила — это хорновские фразы с заголовком и одной или несколькими подцелями-предикатами. Правила имеют форму
где знак: — читается «если», а список подцелей состоит из отдельных подцелей, разделенных знаком «запятая» (читаемым как «и»). Правила позволяют определить новые отношения между объектами на основе уже объявленных с помощью фактов. В качестве аргументов в предикатах правила могут использоваться не только константы, но и переменные. На переменные в правилах действуют кванторы общности, поэтому правила очень концентрированно и лаконично выражают конструкции логического вывода. Так, к фактам примера 2 можно добавить следующее утверждение:
Это означает «любой Х — крутой парень, если Х нравится рэп и Х носит блейзер». Еще примеры правил:
ест(Х,Y): — пища(Y), любит(Х,Y). («Каждый Х ест любой Y, если Y — пища,
владелец(А,В): — купил(А,В). («Любой А есть владелец каждого В, если А купил В»)
В Прологе все предложения программы — факты, правила, вопрос — заканчиваются точкой.
Отметим, что в Прологе вместо оператора присваивания имеется более общий и мощный механизм задания значений переменных. Переменные в Прологе получают свои значения в результате сопоставления с константами в фактах и правилах. До тех пор. пока переменная не получила какого-либо значения, она называется «свободной». Когда переменная примет значение, она становится «связанной».
Однако, она остается связанной только в течение времени, необходимого для получения одного ответа на запрос, после этого Пролог «развязывает» ее, возвращается и ищет альтернативные решения. Это очень важный момент: нельзя хранить информацию, задавая значения переменных. Переменные служат частью процесса сопоставления, а не «хранилищем» информации. Область действия переменной -ровно одно предложение (правило или запрос программы).
Вопрос — отправная точка логического вывода, происходящего при выполнении программы. На любой вопрос компьютер будет пытаться дать ответ «Да» или «Нет» в зависимости от того. согласуется или нет утверждение, стоящее в вопросе, с фактами и правилами базы знаний. Вопрос, не содержащий переменных, является общим: «имеет ли место факт. ». Так, например, к базе знаний примера 1 можно поставить вопрос
и ответ будет «Нет», так как константа т123456 не согласуется ни с одним фактом.
Если к базе знаний (пример 3)
то будет получен ответ «Нет». В самом деле, в результате резолюции утверждение в этом вопросе согласно правилу заменится конъюнкцией утверждений
(переменная Х в правиле получила значение «юрий»). Эти утверждения не согласуются с остальными фактами базы знаний. Для вопроса
будет получен ответ «Да», так как в этом случае противоречий при согласовании вопроса и базы знаний не возникает.
Вопрос, в котором имеются переменные, является частным: «длякаких значенийпеременных факт. имеет место?». В процессе сопоставлений при выполнении программы переменные получат значения тех констант (конкретизируются), для которых сопоставление запроса, в целом, успешно, и будут выведены на экран. Так, в ответ на вопрос
к базе знаний примера 1 на экране появится сообщение Х=т561532 и будет дан ответ «Да».
Если к базе знаний примера 3 задать вопрос в форме
то свободная переменная А в вопросе сопоставляется со свободной переменной Х в правиле и совмещается с ней, т.е. становится одним и тем же. В результате резолюции согласно правилу произойдетзамена
а затем предикат «нравнтся(А.рэп)» успешно согласуется с фактом «нравится(сергей,рэп)>>, и при этом переменная А конкретизируется значением «Сергей»; от вопроса теперь остается «носит(сергей,блейзер)», а в базе знаний имеется соответствующий факт. Ответ: «Да» и на экране появится значение присутствовавшей в вопросе переменной А:
Отметим, что машина «не понимает» используемых в программе имен: «нравится», «носит», «сергей» и т.д. Мы могли бы вместо них использовать любые другие обозначения. Для интерпретатора Пролога существенны только совпадения и различия имен, а также связи между предикатами, устанавливаемые с помощью конъюнкций и импликаций.
Осмысленные имена мы будем использовать только для того, чтобы облегчить чтение и понимание программ самим себе. Однако, в Прологе существуют предопределенные имена (встроенные предикаты), которые позволяют выполнить арифметические операции, сравнения, графические построения, ввод-вывод и другие полезные операции как побочный продукт выполнения программы. Встроенные предикаты Arity-Prolog описаны в справке по системе программирования, вызываемой нажатием клавиши F1.
Аналогичный набор встроенных предикатов имеется в других версиях языка Пролог.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Это важно знать:
Организационные структуры управления: понятие, виды Линии полномочий, которыми связаны субъекты управленческой деятельности, образуют основу управленческой структуры организации.
Примеры расчета режима резания (токарная обработка) Пример 1. Точить валик с одной стороны начерно из заготовки, полученной методом горячей штамповки (рис.2.1) 90 х 725 мм с припуском.
Государственная власть и местное самоуправление: соотношение и взаимодействие Для эффективного функционирования системы государственного и муниципального управления значение имеет взаимодействие органов.
Примерный образец решения задачи по уголовному праву ЗАДАЧА Бубнов попал в автомобильную аварию и был отправлен в ближайшую больницу.
Тема 4. Технико-эксплуатационные показатели подвижного состава. Работа подвижного состава оценивается его технико-эксплуатационными показателями.
Источник: studopedia.ru
Методические указания для лабораторной работы «Ознакомление с языком Пролог и средой программирования Visual prolog.
Язык программирования Пролог (PROgramming LOGic) предполагает получение решения задачи при помощи логического вывода из ранее известных фактов. Программа на языке Пролог не является последовательностью действий – она представляет собой набор фактов и правил, обеспечивающих получение логических заключений из данных фактов. Поэтому Пролог считается декларативным языком программирования.
Пролог базируется на фразах (предложениях) Хорна, являющихся подмножеством формальной системы, называемой логикой предикатов.
Пролог использует упрощенную версию синтаксиса логики предикатов, он прост для понимания и очень близок к естественному языку.
Пролог имеет механизм вывода, который основан на сопоставлении образцов. С помощью подбора ответов на запросы Пролог извлекает хранящуюся информацию. Пролог пытается ответить на запрос, запрашивая информацию, о которой уже известно, что она истинна.
Одной из важнейших особенностей Пролога является то, что он ищет не только ответ на поставленный вопрос, но и все возможные альтернативные решения. Вместо обычной работы программы на процедурном языке от начала и до конца, Пролог может возвращаться назад и просматривать все остальные пути при решении всех частей задачи.
Программист на Прологе описывает объекты и отношения, а также правила, при которых эти отношения являются истинными.
Объекты рассуждения в Прологе называются термами – синтаксическими объектами одной из следующих категорий:
- константы,
- переменные,
- функции (составные термы или структуры), состоящие из имени функции и списка аргументов-термов, имена функций начинаются со строчной буквы.
- для переменной областью действия является предложение (факт, правило или цель), содержащее данную переменную;
- для остальных имен (констант, функций или предикатов) – вся программа.
- Если заранее известно, что определенные посылки никогда не приведут к осмысленным решениям – это так называемое «зеленое отсечение».
- Если отсечения требует сама логика программы для исключения альтернативных подцелей – это так называемое «красное отсечение».
Источник: studfile.net
Введение в язык логического программирования Пролог
Традиционно под программой понимают последовательность операторов (команд, выполняемых компьютером). Этот стиль программирования принято называть императивным. Программируя в императивном стиле, программист должен объяснить компьютеру, как нужно решать задачу.
Противоположный ему стиль программирования — так называемый декларативный стиль, в котором программа представляет собой совокупность утверждений, описывающих фрагмент предметной области или сложившуюся ситуацию. Программируя в декларативном стиле, программист должен описать, что нужно решать.
Соответственно и языки программирования делят на императивные и декларативные .
Императивные языки основаны на фон неймановской модели вычислений компьютера. Решая задачу, императивный программист вначале создает модель в некоторой формальной системе, а затем переписывает решение на императивный язык программирования в терминах компьютера. Но, во-первых, для человека рассуждать в терминах компьютера довольно неестественно. Во-вторых, последний этап этой деятельности (переписывание решения на язык программирования ) по сути дела не имеет отношения к решению исходной задачи. Очень часто императивные программисты даже разделяют работу в соответствии с двумя описанными выше этапами. Одни люди, постановщики задач, придумывают решение задачи, а другие, кодировщики, переводят это решение на язык программирования .
В основе декларативных языков лежит формализованная человеческая логика. Человек лишь описывает решаемую задачу, а поиском решения занимается императивная система программирования. В итоге получаем значительно большую скорость разработки приложений, значительно меньший размер исходного кода, легкость записи знаний на декларативных языках , более понятные, по сравнению с императивными языками , программы.
Известна классификация языков программирования по их близости либо к машинному языку, либо к естественному человеческому языку. Те, что ближе к компьютеру, относят к языкам низкого уровня, а те, что ближе к человеку, называют языками высокого уровня. В этом смысле декларативные языки можно назвать языками сверхвысокого или наивысшего уровня, поскольку они очень близки к человеческому языку и человеческому мышлению.
К императивным языкам относятся такие языки программирования,как Паскаль , Бейсик, Си и т. д. В отличие от них, Пролог является декларативным языком .
При программировании на Прологе усилия программиста должны быть направлены на описание логической модели фрагмента предметной области решаемой задачи в терминах объектов предметной области , их свойств и отношений между собой, а не деталей программной реализации. Фактически Пролог представляет собой не столько язык для программирования, сколько язык для описания данных и логики их обработки. Программа на Прологе не является таковой в классическом понимании, поскольку не содержит явных управляющих конструкций типа условных операторов, операторов цикла и т. д. Она представляет собой модель фрагмента предметной области , о котором идет речь в задаче. И решение задачи записывается не в терминах компьютера, а в терминах предметной области решаемой задачи, в духе модного сейчас объектно-ориентированного программирования.
Пролог очень хорошо подходит для описания взаимоотношений между объектами. Поэтому Пролог называют реляционным языком. Причем «реляционность» Пролога значительно более мощная и развитая, чем «реляционность» языков, используемых для обработки баз данных. Часто Пролог используется для создания систем управления базами данных, где применяются очень сложные запросы, которые довольно легко записать на Прологе.
В Прологе очень компактно, по сравнению с императивными языками , описываются многие алгоритмы. По статистике, строка исходного текста программы на языке Пролог соответствует четырнадцати строкам исходного текста программы на императивном языке , решающем ту же задачу. Пролог-программу , как правило, очень легко писать, понимать и отлаживать. Это приводит к тому, что время разработки приложения на языке Пролог во многих случаях на порядок быстрее, чем на императивных языках . В Прологе легко описывать и обрабатывать сложные структуры данных. Проверим эти утверждения на собственном опыте при изучении данного курса.
Прологу присущ ряд механизмов, которыми не обладают традиционные языки программирования: сопоставление с образцом, вывод с поиском и возвратом . Еще одно существенное отличие заключается в том, что для хранения данных в Прологе используются списки, а не массивы. В языке отсутствуют операторы присваивания и безусловного перехода, указатели. Естественным и зачастую единственным методом программирования является рекурсия . Поэтому часто оказывается, что люди, имеющие опыт работы на процедурных языках, медленней осваивают декларативные языки , чем те, кто никогда ранее программированием не занимался, так как Пролог требует иного стиля мышления, отказа от стереотипов императивного программирования.
Мне приходилось обучать Прологу школьников и студентов. Однажды занятие спецкурса по Прологу посетила одна преподавательница информатики. К тому времени у нее был довольно большой опыт программирования (и преподавания) на императивных языках . После окончания занятия она долго не могла прийти в себя. Реакция у нее была примерно следующая: «Я не понимаю, как такое может быть!
Как программа в несколько строк на Прологе может делать то, на что в программе на Паскале понадобится несколько страниц текста?» Несмотря на то, что человеком она была далеко не глупым, она так и не смогла преодолеть «императивную зашоренность» и начать программировать в декларативном стиле. В отличие от нее, студенты и школьники, даже уже имеющие опыт программирования на императивных языках , но еще не «закостеневшие» в этом направлении, довольно легко воспринимали декларативный подход и без труда начинали программировать на Прологе. Так, один из школьников (семиклассник) после пары месяцев изучения Пролога написал на нем приставку к авиационной системе бронирования билетов «Габриель», которая использовалась в новосибирском «Аэрофлоте».
Как язык программирования Пролог очень хорошо, на мой взгляд, подходит для начального обучения программированию, так как он ориентирован на человеческое мышление в отличие от императивных языков , ориентированных на компьютер . Теми, кто только начинает изучать программирование , Пролог легко осваивается. Практически полное отсутствие синтаксических конструкций, таких как ветвления, циклы и т.д. также влияет на скорость освоения языка. Кроме того, программирование на Прологе, как мне кажется, упорядочивает мышление и позволяет человеку, изучающему этот язык программирования , лучше разобраться в своей мыслительной деятельности. Очень часто для того, чтобы запрограммировать решение задачи, программисту (или эксперту в некоторой предметной области ) вначале требуется понять, как он сам решает эту задачу, провести некую формализацию, перевести свои знания из неявных в явные.
Однако, в отличие от некоторых приверженцев Пролога, я не склонен думать, что Пролог — лучший язык всех времен и народов, универсальный » решатель » любой задачи. На наш взгляд, для каждого языка существует свой класс задач, для решения которых он подходит лучше других языков программирования. Соответственно, для решения любой задачи есть оптимальный язык (языки) программирования. Многие задачи,хорошо решаемые императивными языками типа Паскаля и Си , плохо решаются на Прологе, и наоборот. Поэтому совсем даже неплохо, если человек владеет не одним инструментом решения задач, а может воспользоваться наиболее подходящим из имеющихся в его распоряжении. Давайте посмотрим, в каких областях наилучшим образом себя показал Пролог .
Основные области применения Пролога:
- быстрая разработка прототипов прикладных программ;
- автоматический перевод с одного языка на другой;
- создание естественно-языковых интерфейсов для существующих систем;
- символьные вычисления для решения уравнений, дифференцирования и интегрирования;
- проектирование динамических реляционных баз данных;
- экспертные системы и оболочки экспертных систем;
- автоматизированное управление производственными процессами;
- автоматическое доказательство теорем;
- полуавтоматическое составление расписаний;
- системы автоматизированного проектирования, базирующееся на знаниях программное обеспечение;
- организация сервера данных или, точнее, сервера знаний, к которому может обращаться клиентское приложение, написанное на каком-либо языке программирования.
Области, для которых Пролог не предназначен: большой объем арифметических вычислений (обработка аудио, видео и т.д.); написание драйверов.
Изучать Пролог без привязки к конкретной его версии, мне кажется, не совсем целесообразно. Как уже было сказано выше, версий Пролога очень много, и нужно выбрать какую-нибудь одну из них, чтобы привязать к этой версии разбираемые примеры. Мы остановимся на наиболее известной у нас в стране и довольно эффективной версии Пролога — Турбо Прологе. Его начинала разрабатывать фирма Borland International в содружестве с датской компанией Prolog Development Center ( PDC ). Первая версия вышла в 1986 году. Последняя совместная версия имела номер 2.0 и была выпущена в 1988 году.
В 1990 году PDC получила монопольное право на Турбо Пролог и дальше продвигала его под названием PDC Prolog.
В 1992 году вышла версия PDC Prolog 3.31.
В 1996 году, при участии группы питерских программистов, Prolog Development Center выпустила систему Visual Prolog 4.0. В состав среды Visual Prolog были включены инструментальные средства генерации кода, конструирующие управляющую логику, интерфейс визуального программирования и многие другие средства, позволяющие ускорить разработку приложений. Помимо прочих достоинств среды Visual Prolog стоит обратить внимание на возможность использования в идентификаторах символов национального алфавита, в частности, можно употреблять в программах русские имена доменов, предикатов и переменных, что делает программу более понятной и самодокументированной .
Сейчас вышла шестая версия системы Visual Prolog, которая, однако, довольно далеко шагнула в сторону не только от эдинбургской версии Пролога, но даже и от своей пятой версии, которая практически без проблем принимала программы на Турбо Прологе.
Исходя из соображений малого объема, доступности, малой ресурсоемкости, традиций, а также отсутствия всего лишнего, в том числе графической оболочки, остановимся на Турбо Прологе 2.0, хотя, наверное, это выбор довольно спорный. Но наша цель на данный момент — сосредоточиться на самом языке.
Всюду, где это возможно, мы будем изучать Пролог , желательно как можно ближе к «чистому» Прологу. Попытаемся разобраться и с теоретическими основами этого языка. Но, тем не менее, я считаю, что программирование стоит осваивать, имея доступ к компьютеру с установленной на нем конкретной версией изучаемого языка.
Все разбираемые в лекциях примеры будут работоспособны во второй версии Турбо Пролога и выше. В частности, они должны компилироваться в Visual Prolog версий 4–5.2. Как правило, их можно без особых проблем перенести и в другие версии Пролога. При этом, возможно, потребуется легкая модификация. Например, замена конструкции » : — » на » is » и т.д.
Самое существенное отличие Турбо Пролога от эдинбургской версии (так называемого «классического» Пролога) — наличие в нем строгой типизации данных для повышения скорости трансляции и выполнения программ. В начале программы на Турбо Прологе обычно располагаются разделы описаний доменов (типов данных) и предикатов. В Турбо Прологе отсутствует возможность рассматривать правила как данные, т. е. добавлять и удалять их во время работы, сопоставлять имя предиката с переменной. Изменяемой частью программы является внутренняя база данных (их может быть несколько). Во время выполнения программы в нее можно добавлять и из нее можно удалять факты.
В отличие от «классического» Пролога в Турбо Прологе нельзя определять операции . Турбо Пролог является компилируемым, а не интерпретируемым языком. К достоинствам Турбо Пролога относится возможность присоединять к программе на этом языке процедуры, написанные на Паскале, Си , Фортране или ассемблере.
Источник: intuit.ru