- •Иван Братко Программирование на языке Пролог для искусственного интеллекта
- •От редактора перевода
- •Предисловие
- •Предисловие автора
- •Благодарности
- •Упражнения
- •1.2. Расширение программы-примера с помощью правил
- •Упражнения
- •1.3. Рекурсивное определение правил
- •Упражнение
- •1.4. Как пролог-система отвечает на вопросы
- •Упражнение
- •1.5. Декларативный и процедурный смысл программ
- •Литература
- •Глава 2 Синтаксис и семантика Пролог-программ
- •2.1. Объекты данных
- •2.1.1. Атомы и числа
- •2.1.2. Переменные
- •2.1.3. Структуры
- •Упражнения
- •2.2. Сопоставление
- •Упражнения
- •2.3. Декларативный смысл пролог-программ
- •Упражнения
- •2.4. Процедурная семантика
- •Программа
- •Шаги вычисления
- •Упражнение
- •2.5. Пример: обезьяна и банан
- •2.6. Порядок предложений и целей
- •2.6.1. Опасность бесконечного цикла
- •2.6.2. Варианты программы, полученые путем переупорядочивания предложений и целей
- •2.6.3. Сочетание декларативного и процедурного подходов
- •2.7. Замечания о взаимосвязи между Прологом и логикой
- •Упражнение
- •Литература
- •Глава 3 Списки, операторы, арифметика
- •3.1. Представление списков
- •3.2. Некоторые операции над списками
- •3.2.1. Принадлежность к списку
- •3.2.2. Сцепление (конкатенация)
- •Упражнения
- •3.2.3. Добавление элемента
- •3.2.4. Удаление элемента
- •3.2.5. Подсписок
- •3.2.6. Перестановки
- •Упражнения
- •3.3. Операторная запись (нотация)
- •Упражнения
- •3.4. Арифметические действия
- •Упражнения
- •Глава 4 Использование структур: примеры
- •4.1. Получение структурированной информации из базы данных
- •Упражнения
- •4.2. Абстракция данных
- •Упражнение
- •4.3. Моделирование недетерминированного автомата
- •Упражнения
- •4.4. Планирование поездки
- •4.5. Задача о восьми ферзях
- •4.5.1. Программа 1
- •Упражнение
- •4.5.2. Программа 2
- •4.5.3. Программа 3
- •4.5.4. Заключительные замечания
- •Упражнение
- •Глава 5 Управление перебором
- •5.1. Ограничение перебора
- •5.1.1. Эксперимент 1
- •5.1.2. Эксперимент 2
- •5.2. Примеры, использующие отсечение
- •5.2.1. Вычисление максимума
- •5.2.2. Процедура проверки принадлежности списку, дающая единственное решение
- •5.2.3. Добавление элемента к списку, если он в нем отсутствует (добавление без дублирования)
- •5.2.4. Задача классификации объектов
- •Упражнения
- •5.3. Отрицание как неуспех
- •Упражнения
- •5.4. Трудности с отсечением и отрицанием
- •6.2. Обработка файлов термов
- •6.2.2. Вывод списков
- •6.2.3. Формирование термов
- •6.2.4. Обработка произвольного файла термов
- •Упражнения
- •6.3. Обработка символов
- •Упражнение
- •6.4. Создание и декомпозиция атомов
- •Упражнения
- •6.5. Ввод программ: consult, reconsult
- •Глава 7 Другие встроенные процедуры
- •7.1. Проверка типов термов
- •7.1.1. Предикаты var , nоnvar , atom , integer , atomic
- •7.1.2. Решение числового ребуса с использованием nonvar
- •Упражнения
- •Упражнения
- •7.3. Различные виды равенства
- •7.4. Работа с базой данных
- •Упражнения
- •7.5. Средства управления
- •Упражнения
- •Глава 8 Стиль и методы программирования
- •8.1. Общие принципы хорошего программирования
- •8.2. Как представлять себе программы на Прологе
- •8.2.1. Использование рекурсии
- •8.2.2. Обобщение
- •8.2.3. Использование рисунков
- •8.3. Стиль программирования
- •8.3.1. Некоторые правила хорошего стиля
- •8.3.2. Табличная организация длинных процедур
- •8.3.3. Комментирование
- •8.4. Отладка
- •8.5. Эффективность
- •8.5.1. Повышение эффективности решения задачи о восьми ферзях
- •8.5.2. Повышение эффективности программы раскраски карты
- •8.5.3. Повышение эффективности конкатенации списков за счет совершенствования структуры данных
- •8.5.4. Повышение эффективности зa счет добавления вычисленных фактов к базе данных
- •Упражнения
- •9.1. Представление списков. Сортировка
- •9.1.1. Замечания в некоторых альтернативных способах представления списков
- •Упражнения
- •9.1.2. Сортировка списков
- •Упражнения
- •9.2. Представление множеств двоичными деревьями
- •Упражнения
- •9.3. Двоичные справочники: добавление и удаление элемента
- •9.4. Отображение деревьев
- •Упражнение
- •9.5. Графы
- •9.5.1. Представление графов
- •9.5.2. Поиск пути в графе
- •9.5.3. Построение остовного дерева
- •Упражнение
- •Литература
- •Глава 10 Усовершенствованные методы представления множеств деревьями
- •10.1. Двоично-троичные справочники
- •Упражнение
- •Литература
- •Глава 11. Основные стратегии решения задач
- •11.1. Предварительные понятия и примеры
- •11.2. Стратегия поиска в глубину
- •Упражнения
- •11.3. Поиск в ширину
- •11.3.1. Списковое представление множества кандидатов
- •11.3.2. Древовидное представление множества кандидатов
- •Упражнения
- •11.4. Замечания относительно поиска в графах, оптимальности к сложности
- •Литература
- •Глава 12 Поиск с предпочтением: эвристический поиск
- •12.1. Поиск с предпочтением
- •Упражнение
- •12.2. Поиск c предпочтением применительно к головоломке "игра в восемь"
- •Упражнение
- •12.3. Применение поиска с предпочтением к планированию выполнения задач
- •Литература
- •Глава 13 Сведение задач к подзадачам. И/или-Графы
- •13.1. Представление задач в виде и/или-графов
- •13.2. Примеры и/или-представления задач
- •13.2.1. И/или-представление задачи поиска маршрута
- •13.2.2. Задача о ханойской башне
- •13.2.3. Формулировка игровых задач в терминах и/или-графов
- •13.3. Базовые процедуры поиска в и/или-графах
- •Упражнения
- •13.4. Поиск с предпочтением в и/или-графах
- •13.4.1. Эвристические оценки и алгоритм поиска
- •13.4.2. Программа поиска
- •13.4.3. Пример отношений, определяющих конкретную задачу: поиск маршрута
- •Упражнение
- •Литература
- •Глава 14 Экспертные системы
- •14.1. Функции, выполняемые экспертной системой
- •14.2. Грубая структура экспертной системы
- •14.3. Правила типа "если-то" для представления знаний
- •Упражнения
- •14.4. Разработка оболочки
- •14.4.1. Процесс рассуждений
- •14.4.2. Формирование ответа на вопрос "почему"
- •14.4.3. Формирование ответа на вопрос "как"
- •14.5. Реализация
- •14.5.1. Процедура рассмотреть
- •14.5.2. Процедура ответпольз
- •14.5.3. Усовершенствование процедуры ответпольз
- •14.5.4. Процедура выдать
- •14.5.5. Драйвер верхнего уровня
- •14.5.6. Одно замечание по поводу программы-оболочки
- •14.5.7. Цели с отрицанием
- •Упражнение
- •14.6. Работа с неопределенностью
- •14.6.1. Степень достоверности
- •14.6.2. Модель Prospector'а
- •14.6.3. Принципы реализации
- •14.7. Заключительные замечания
- •Проекты
- •Литература
- •Глава 15 Игры
- •15.1. Игры двух лиц с полной информацией
- •15.2. Минимаксный принцип
- •15.3. Альфа-бета алгоритм: эффективная реализация минимаксного принципа
- •15.4. Минимаксные игровые программы: усовершенствования и ограничения
- •15.5. Знания о типовых ситуациях и механизм "советов"
- •15.5.1. Цели и ограничения на ходы
- •15.5.2. Выполнимость совета
- •15.5.3. Правила и таблицы советов
- •15.6. Программа на языке al0 для игры в шахматном эндшпиле
- •15.6.1. Миниатюрный интерпретатор языка al0
- •15.6.2. Программа на языке советов для эндшпиля "король и ладья против короля"
- •Литература
- •Глава 16 Программирование в терминах типовых конфигураций
- •16.1. Архитектура, ориентированная на типовые конфигурации
- •16.1.1. Основные понятия
- •16.1.2. Прологовские программы как системы, управляемые образцами
- •16.1.3. Пример составления программы
- •16.2. Простой интерпретатор программ, управляемых образцами
- •16.3. Простая программа для автоматического доказательства теорем
- •16.4. Заключительные замечания
- •Литература
- •Ответы к некоторым упражнениям Глава 1
- •Глава 2
- •Глава 3
- •Глава 4
- •Глава 5
- •Глава 6
- •Глава 7
- •Глава 8
- •Глава 9
- •Глава 10
- •Глава 11
6.2.4. Обработка произвольного файла термов
Типичная последовательность целей для обработки файла F от начала до конца будет выглядеть примерно так:
... , see( F), обработкафайла, sеe( user), ...
Здесь обработкафайла — процедура, которая читает и обрабатывает последовательно каждый терм файла F один за другим до тех пор, пока не встретится конец файла. Приведем типичную схему для процедуры обработкафайла:
обработкафайла :-
read( Терм),
обработка( Терм).
обработка( end_of_file) :- !.
% Все сделано
обработка( Терм) :-
обраб( Терм),
% Обработать текущий элемент
обработкафайла.
% Обработать оставшуюся часть файла
Здесь обраб( Терм) представляет процедуру обработки отдельного терма. В качестве примера такой обработки рассмотрим процедуру, которая выдает на терминал каждый терм вместе с его порядковым номером. Назовем эту процедуру показфайла. У нее должен быть дополнительный аргумент для подсчета прочитанных термов:
показфайла( N) :-
read( Терм),
показ( Терм, N).
показ( Терм, N) :- !
write( N), tab( 2), write( Терм),
N1 is N + 1,
показфайла( N1).
Вот другой пример программы обработки файлов, построенной по подобной схеме. Пусть есть файл с именем файл1, термы которого имеют форму
изделие( НомерИзд, Описание, Цена, ИмяПоставщика)
Каждый терм описывает одну строку каталога изделий. Нужно построить новый файл. содержащий только те изделия, которые выпускаются каким-то конкретным поставщиком. Поскольку поставщик в этом новом файле у всех изделий будет одинаков, его имя нужно записать только один раз в самом начале и убрать из всех остальных термов. Процедура будет называться
создатьфайл( Поставщик)
Например, если исходный каталог хранится в файле файл1, а мы хотим создать специальный каталог в файле файл2, содержащий всю информацию о том, что поставляет Гаррисон, тогда мы применим процедуру создатьфайл следующим образом:
?- seе( файл1), tеll( файл2), создатьфайл( гаррисон),
see( user), tell( user).
Процедуру создатьфайл можно определить так:
создатьфайл( Поставщик) :-
write( Поставщик), write( '.'), nl,
создатьостальное( Поставщик).
создатьостальное( Поставщик) :-
read( Изделие),
обработать( Изделие, Поставщик).
обработать( end_ot_file) :- !.
обработать( Изделие( Ном, Опис, Цена, Поставщик),
Поставщик) :- !,
write( Изделие( Ном, Опис, Цена) ),
write( '.'), nl,
создатьостальное( Поставщик).
обработать ( _, Поставщик) :-
создатьостальное( Поставщик).
Обратите внимание на то, что обработать вписывает точки между термами, чтобы впоследствии файл мог быть прочитан процедурой read.
Упражнения
6.1. Пусть f — файл термов. Определите процедуру
найтитерм( Терм)
которая выводит на терминал новый терм из f, сопоставимый с Терм'ом.
6.2. Пусть f — файл термов. Напишите процедуру
найтивсетермы( Терм)
которая выводит на экран все термы из f, сопоставимые с Tepм'ом. Обеспечьте при этом, чтобы во время поиска Терм не конкретизировался (это могло бы помешать ему сопоставиться с другими термами дальше по файлу).
6.3. Обработка символов
Символ записывается в текущий выходной поток при помощи цели
put( С)
где С — символ, который нужно вывести, в кодировке ASCII (число от 0 до 127), например, вопрос
?- put( 65), put( 66), put( 67).
породит следующий вывод:
АВС
65 — ASCII-код 'А', 66 — 'В', 67 — 'С'.
Одиночный символ можно считать из текущего входного потока при помощи цели
get0( С)
Она вызывает чтение символа из входного потока, и переменная С конкретизируется ASCII-кодом этого символа. Вариантом предиката get0 является get, который используется для чтения символов, отличных от пробела. Поэтому цель
get( С)
вызовет пропуск всех непечатаемых символов (в частности пробелов) от текущей позиции во входном потоке до первого печатаемого символа. Этот символ затем тоже считывается и С конкретизируется его ASCII-кодом.
В качестве примера использования предикатов, переносящих одиночные символы, давайте рассмотрим процедуру сжатие, выполняющую следующую работу: считывание из входного потока произвольного предложения и вывод его же, но в форматированном виде — все группы идущих подряд пробелов заменены на одиночные пробелы. Для простоты будем считать, что все предложения входного потока, обрабатываемые процедурой сжатие, оканчиваются точками, а слова в них отделены одно от другого одним или несколькими пробелами, и только ими. Тогда следующее предложение будет допустимым:
Робот пытался налить вина из бутылки.
Цель сжатие выведет его в таком виде:
Робот пытался налить вина из бутылки.
Процедура сжатие будет иметь такую же структуру, как и процедуры обработки файлов из предыдущего раздела. Сначала она прочтет первый символ, выведет его, а затем завершит обработку, в зависимости от того, каким был этот символ. Есть три альтернативы, которые соответствуют следующим случаям: символ является точкой, пробелом или буквой. Взаимное исключение этих трех альтернатив обеспечивается в программе отсечениями:
сжатие :-
get0( С),
put( С).
сделатьостальное( С).
сделатьостальное( 46) :- !.
% 46 -АSСII-код точки, Все сделано
сделатьостальное( 32) :- !,
% 32 - ASCII-код пробела
get( С),
put( С),
сделатьостальное( С).
сделатьостальное( Буква) :-
сжатие.
