МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Санкт-Петербургский государственный университет

аэрокосмического приборостроения

ЛОГИЧЕСКОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ

Методические указания к выполнению лабораторных работ 1 — 4

Санкт-Петербург

2010

Составитель: А. В. Бржезовский

Рецензент: В.А.Галанина

В методические указания включены описания базовых конструкций языка PROLOG, структуры логической программы и механизма ее выполнения. В методических указаниях приведены примеры программ, решающих логические задачи, производящих рекурсивную обработку списков, работающих с динамической базой данных, осуществляющих поиск решений посредством перебора в пространстве возможных состояний (недетерминированное программирование).

Методические указания предназначены для студентов специальностей 230105 (220400)— «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем» и 010503 (351500) — «Математическое обеспечение и администрирование информационных систем», изучающих дисциплины «Логическое программирование», «Рекурсивно-логическое программирование».

Методические указания подготовлены кафедрой компьютерной математики и программирования и рекомендованы к изданию редакционно-издательским советом Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения.

Лабораторная работа 1. Решение логических задач

1. Константы, переменные, домены

В языке PROLOG, так же как в любом языке программирования, используются понятия константы, переменной, типа данных. Вместе с тем, так как теоретической основой языка является логика предикатов первого порядка (PROLOG от PROgramming in LOGic), в языке используется терминология, заимствованная из данной теории. Первоначальные реализации языка и некоторые из существующих в настоящее время не требуют типизации аргументов предикатов, другие (например, такие системы программирования как Turbo Prolog или Visual Prolog — далее по тексту VIP) вводят типизацию для повышения эффективности выполнения логических программ. В таблице 1.1 приведены типы констант и перечислены соответствующие им домены (типы данных).

Таблица 1.1.

Константы и домены

Константа	Форма записи	Домен	Примеры
Символьная константа	Один символ, заключенный в знаки апострофа	char	‘A’, ‘a’, ‘1’
Целочисленная константа	Последовательность цифр, возможно предваряемая знаками + или –	integer	123, –5
Вещественная константа	Последовательность цифр, возможно предваряемая знаками + или –, целая часть от дробной отделяется точкой, а степень числа – символом e	real	–1.5, 0.123, 3.5e–7
Символическая константа	Последовательность букв или цифр, начинающаяся со строчной буквы и не содержащая специальных символов, за исключением знака подчеркивания	symbol	one, v_Prolog
Строковая константа	Произвольная последовательность символов заключенная в кавычки	string	“One”, “V. Prolog”

Домены, приведенные в табл. 1.1 являются стандартными (предопределенными), на их основе могут создаваться домены пользователя, определение доменов приводится в разделе логической программы, следующим за ключевым словом DOMAINS в соответствии со следующим синтаксисом:

domains

<имя домена 1>, …, <имя домена N> = <имя домена>

Здесь <имя домена> — это стандартный домен или домен, определенный ранее. В приведенном ниже примере определяются пользовательские домены на базе стандартного домена string:

domains

name = string

first_name, last_name = name

Разделителем в разделе объявления доменов является перевод строки, новый домен должен записываться с новой строки.

Переменные в языке PROLOG наряду с константами используются в качестве аргументов предикатов, имя переменной записывается по правилам записи символических констант, но начинается с заглавной буквы. В языке PROLOG нет явного объявления переменных, первая заглавная буква является признаком, позволяющим транслятору отличить переменную от символической константы (например: var – символическая константа, Var – переменная).

2. Предикаты, факты, структура логической программы

Предикат — это логическая функция, возвращающая значение истина (И) или ложь (Л) в зависимости от значений своих аргументов. Все предикаты, используемые в логической программе (за исключением встроенных), должны быть объявлены в разделе, следующем за ключевым словом PREDICATES. К числу встроенных относятся предикаты, реализующие арифметические операции (+, -, *, /, div, mod), арифметические и тригонометрические функции, операции сравнения (<, <=, = , >, >=, <> или ><) и ряд других. Заметим, что в отличие от других операций, операция = является не операцией сравнения, а операцией унификации (см. ниже). Синтаксис объявления предиката выглядит следующим образом:

predicates

<имя предиката 1>(<имя домена 1,1>, < имя домена 1,2>, …)

<имя предиката 2>(<имя домена 2,1>, < имя домена 2,2>, …)

…

<имя предиката N>(<имя домена N,1>, < имя домена N,2>, …)

Здесь <имя домена I,J> указывает на тип данных, к которому относится J-й аргумент I-го предиката. В приведенном ниже примере объявляются предикаты студент и оценка:

domains

name, discipline = string

group, mark = integer

predicates

nondeterm student(name, group)

nondeterm mark(name, discipline, mark)

Несмотря на то, что для домена и предиката (MARK) использовано одно и то же имя, ошибки не происходит, так как с точки зрения транслятора языка они являются различными понятиями. Так же как и в разделе DOMAINS, разделителем в разделе PREDICATES является перевод строки. Директива NONDETERM является особенностью варианта языка, реализованного в VIP, она указывает транслятору, что данный предикат может иметь более одного решения. В других системах программирования, например Turbo Prolog, указание данной директивы не требуется, а ее появление приводит к ошибке.

Для подтверждения истинности предикатов в логической программе используются факты и правила, которые обозначаются обобщенным понятием «клозы». Факты записываются в разделе, следующем за ключевым словом CLAUSES в соответствии с приведенным ниже синтаксисом:

clauses

<имя предиката 1>(<аргумент 1,1,1>, < аргумент 1,1,2>, …).

<имя предиката 1>(< аргумент 1,2,1>, < аргумент 1,2,2>, …).

…

<имя предиката N>(< аргумент N,1,1>, < аргумент N,1,2>, …).

<имя предиката N>(< аргумент N,2,1>, < аргумент N,2,2>, …).

…

Как следует из приведенного синтаксиса, для одного предиката может быть задано произвольное количество фактов. В качестве аргументов в фактах могут использоваться константы и переменные, область действия имени переменной ограничивается фактом, в котором оно использовано. Разделителем в разделе CLAUSES служит точка, являющаяся признаком окончания текущего факта. Ниже приведены примеры фактов для рассмотренных выше предикатов STUDENT и MARK:

clauses

student(“Gruzdev”, 4000).

student(“Lisichkin”, 4000).

student(“Volnushkin”, 4001).

student(“Syroezhkin”, 4001).

mark(“Gruzdev”, “F&LP”, 4).

mark(“Gruzdev”, “DB”, 5).

mark(“Lisichkin”, “F&LP”, 3).

mark(“Lisichkin”, “DB”, 3).

mark(“Volnushkin”, “F&LP”, 5).

mark(“Volnushkin”, “DB”, 4).

mark(“Syroezhkin”, “F&LP”, 4).

mark(“Syroezhkin”, “DB”, 4).

Выполнение логической программы состоит в доказательстве истинности цели (логического утверждения), заданной в разделе, следующим за ключевым словом GOAL. Простая цель (содержащая один предикат) записывается по тем же правилам, что и факт. Таким образом, типовая логическая программа состоит из четырех разделов:

domains

<объявления доменов>

predicates

<объявления предикатов>

clauses

<факты и правила>

goal

<цель>