Язык Пролог

Пролог является декларативным языком логического программирования. Он основывается на языке исчисления предикатов первого порядка и методике автоматического доказательства теорем.

Prolog стал воплощением идеи использования логики в качестве языка программирования, которая зародилась в начале 1970-х годов, и само его название является сокращением от слов "programming in logic" (программирование в терминах логики). Первыми исследователями, которые занялись разработкой этой идеи, были Роберт Ковальски из Эдинбурга (теоретические основы), Маартен ван Эмден из Эдинбурга (экспериментальная демонстрационная система) и Ален Колмероэ из Марселя (реализация). Популяризации языка Prolog во многом способствовала эффективная реализация этого языка в середине 1970-х годов Дэвидом Д. Г. Уорреном из Эдинбурга. К числу новейших достижений в этой области относятся средства программирования на основе логики ограничений (Constraint Logic Programming — CLP), которые обычно реализуются в составе системы Prolog. Средства CLP показали себя на практике как исключительно гибкий инструмент для решения задач составления расписаний и планирования материально-технического снабжения. А в 1996 году был опубликован официальный стандарт ISO языка Prolog.

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.

Основные области применения Пролога:

• быстрая разработка прототипов прикладных;

• создание систем автоматического программирования;

• создание естественно-языковых интерфейсов для существующих систем;

• символьные вычисления: решение уравнений, дифференцирование и интегрирование;

• проектирование динамических реляционных баз данных и интерфейсов к ним;

• экспертные системы и оболочки экспертных систем;

• автоматизированное управление производственными процессами;

• автоматическое доказательство теорем;

• автоматический перевод с одного языка на другой;

• полуавтоматическое составление расписаний;

• системы автоматизированного проектирования;

• базирующееся на знаниях программное обеспечение, экспертные системы;

• представление и обработка знаний в задачах искусственного интеллекта;

• написание компиляторов;

Области, для которых Пролог не предназначен:

• большой объем арифметических вычислений (обработка аудио, видео и т.д.);

• написание драйверов.

К достоинствам языка относятся:

• сочетание декларативного и процедурного подхода;

• простые и легко понимаемые тексты программ;

• высокая степень модульности, обеспечивающая модификацию и отладку программ;

• эффективность реализации интерпретатора (транслятора) на всех типах ЭВМ.

В настоящее время Пролог остается наиболее популярным языком искусственного интеллекта в Японии и Европе (в США, традиционно, более распространен другой язык искусственного интеллекта —язык функционального программирования Лисп).

Существует множество версий (программных реализаций) Пролога: PDC Prolog, Borland Turbo Prolog, Visual Prolog и другие. В данном лекционном курсе мы будем использовать версию SWI Prolog (приводимые примеры ориентированы на его диалект).

SWI-Prolog — это мощная среда разработки с набором графических инструментов ХРСЕ, распространяемая на условиях лицензии GNU GPL. Его развитие началось в 1987 г., и сегодня он широко используется в исследованиях, образовании, а также в коммерческих приложениях. Это довольно популярная система, в основном благодаря удобной среде и переносимой библиотеке для создания графического интерфейса. SWI-Prolog почти как все реализации в основном следует знаменитому «эталону» - Edinburgh Prolog, но содержит частично реализованные особенности ISO Prolog. SWI-Prolog содержит быстрый компилятор, профилировщик, набор библиотек и удобный интерфейс для подключения Си-модулей. Он реализован для ряда UNIX-платформ таких как HP, IBM Linux, для NeXT, OS/2, Sun и Sparc, а также для традиционного семейства ОС Windows.