122. Язык программирования Пролог: структура программы, домены, предикаты, факты и правила, рекурсивные правила, динамические предикаты

Пролог (фр. Programmation en Logique) — язык и система логического программирования, основанные на языке предикатов математической логики дизъюнктов Хорна, представляющей собой подмножество логики предикатов первого порядка.

Основными понятиями в языке Пролог являются факты, правила логического вывода и запросы, позволяющие описывать базы знаний, процедуры логического вывода и принятия решений.

Факты в языке Пролог описываются логическими предикатами с конкретными значениями. Правила в Прологе записываются в форме правил логического вывода с логическими заключениями и списком логических условий.

Особую роль в интерпретаторе Пролога играют конкретные запросы к базам знаний, на которые система логического программирования генерирует ответы «истина» и «ложь». Для обобщённых запросов с переменными в качестве аргументов созданная система Пролог выводит конкретные данные в подтверждение истинности обобщённых сведений и правил вывода.

Факты в базах знаний на языке Пролог представляют конкретные сведения (знания). Обобщённые сведения и знания в языке Пролог задаются правилами логического вывода (определениями) и наборами таких правил вывода (определений) над конкретными фактами и обобщёнными сведениями.

Структура программы на Турбо Прологе Программа на Турбо Прологе состоит из следующих семи разделов:

• директивы компилятора;

• CONSTANTS - раздел описания констант;

• DOMAINS - раздел описания доменов;

• DATABASE - раздел описания предикатов внутренней базы данных;

• PREDICATES - раздел описания предикатов;

• CLAUSES - раздел описания предложений;

• GOAL - раздел описания внутренней цели.

Домены

В этом руководстве мы представим составные домены (иногда называемые алгебраическими структурами данных). Составные домены используются для обработки наборов данных как единого целого. Списки являются примером составных доменов. Они используются настолько часто, что получили даже специальную синтаксическую окраску.

Составные домены и списки создаются с использованием встроенных (built-in) и других составных или списковых доменов. Справочная система Visual Prolog (Help) объясняет встроенные домены:

• integer - целые

• real - вещественные

• string - строковые

• symbol -символьные

• char - знаковые

• sring8 - строковые 8-разрядные

• pointer - указатели

• binary - двоичные (бинарные)

• boolean - булевские

• object - объекты

integer - целое число (из промежутка -32768...32767);

real - действительное число (лежащее между ±1e-307...±1e308);

char - символ, заключенный в одиночные апострофы;

string - последовательность символов, заключенная в двойные кавычки;

symbol - символическая константа (начинающаяся со строчной буквы последовательность букв латинского алфавита, цифр и знаков подчеркивания или последовательность любых символов, заключенная в кавычки). Этот домен соответствует понятию атома, с которым мы познакомились во второй лекции;

file - файл (подробному изучению файлов будет посвящена лекция 12).

В разделе описания доменов объявляются любые нестандартные домены, используемые в качестве аргументов предикатов.

Объявление домена имеет следующий вид:

<имя домена>=<определение домена>

или

file=<имя файлового домена1>;...;<имя файлового доменаN>

Удобно использовать описание доменов для сокращения имен стандартных доменов. Например, чтобы не писать каждый раз integer, можно написать следующее:

DOMAINS

i=integer

и далее использовать вместо ключевого слова integer односимвольное обозначение i.

Из доменов можно конструировать составные или структурные домены ( структуры ). Структура описывается следующим образом:

<имя структуры>=<имя функтора>(<имя домена первой

компоненты>,...,<имя домена последней компоненты>)

[;<имя функтора>(...)]*

Каждая компонента структуры в свою очередь может быть структурой. Например, структура, описывающая точку на плоскости и имеющая две компоненты (координаты точки)

point = p(integer, integer)

может входить в качестве компоненты в более сложную структуру, описывающую треугольник:

triangle = tr(point, point, point)

В описание структуры могут входить альтернативы, разделенные символом " ; " или ключевым словом " or ".

Так, структуру, описывающую точку и на плоскости, и в пространстве, можно задать следующим образом:

point = p(integer, integer);p(integer, integer, integer).

Предикаты var, nоnvar, atom, integer, atomic

Термы бывают разных типов: переменные, целые числа, атомы и т.д. Если терм — переменная, то в некоторый момент выполнения программы он может оказаться конкретизированным или не конкретизированным. Далее, если он конкретизирован, то его значение может быть атомом, структурой и т.п. Иногда бывает полезно узнать, каков тип этого значения. Например, пусть мы хотим сложить значения двух переменных X и Y:

Z is X + Y

Перед вычислением этой цели необходимо, чтобы X и Y были конкретизированы целыми числами. Если у нас нет уверенности в том, что X и Y действительно конкретизированы целыми числами, то перед выполнением арифметического действия нужно проверить это программно.

Для этого следует воспользоваться встроенным предикатом integer (целое). Предикат integer( X) принимает значение истина, если X — целое или если X — переменная, имеющая целое значение. Будем говорить в этом случае, что X "обозначает" целое. Цель для сложения X и Y можно тогда "защитить" такой проверкой переменных X и Y:

..., integer( X), integer( Y), Z is X + Y, ...

Если неверно, что X и Y оба являются целыми, то система и не будет пытаться их сложить. Таким образом, цели integer "охраняют" цель Z is X + Y от бессмысленного вычисления.

Встроенные предикаты этого типа таковы: var (переменная), nonvar (непеременная), atom (атом), integer (целое), atomic (атомарный). Они имеют следующий смысл:

var( X)

Эта цель успешна, если X в текущий момент — не конкретизированная переменная.

nonvar( X)

Эта цель успешна, если X — терм, отличный от переменной, или если X — уже конкретизированная переменная.

atom( X)

Эта цель истинна, если X обозначает атом.

integer( X)

Цель истинна, если X обозначает целое.

atomic( X)

Цель истинна, если X обозначает целое или атом.