8.2 Управление поиском решений

Встроенный механизм поиска с возвратом в Прологе может привести к поиску ненужных решений, в результате чего теряется эффективность (в том случае, когда желательно найти только одно решение). В то же время, в ряде случаев может оказаться необходимым продолжить поиск дополнительных решений, даже если целевое утверждение уже согласовано. В Прологе имеются два инструментальных средства, которые дают возможность управлять механизмом поиска с возвратом: включение поиска с возвратом при его отсутствии, и отключение поиска с возвратом при его наличии.

8.2.1 Предикат fail

Предикат fail используется для инициализации поиска с возвратом.

Рассмотрим, как работает предикат fail. Действует fail очень просто – цель с использованием данного предиката НИКОГДА не доказывается, а, следовательно, всегда включается поиск с возвратом. Для получения такого же эффекта можно сформулировать, например, вот такую цель: 3=2. Эффект будет абсолютно тем же самым. Предикат fail используется в тех случаях, когда в программе есть внутренняя цель, и необходимо позаботиться о нахождении всех возможных решений.

Пример 8. (слайд 13)

Распечатать названия всех континентов, относительно которых есть данные в разделе предложений.

PREDICATES

continent(string)

print

CLAUSES

continent("Евразия").

continent("Северная Америка").

continent("Южная Америка").

continent("Африка").

continent("Антарктида").

continent("Австралия").

print:-

continent(Continent_name),

write(Continent_name,"\n"), fail.

print.

GOAL

print.

Если в теле правила print отсутствует предикат fail, то тестирование программы выдаст только первое подходящее решение. Поставим в конце правила предикат fail. В результате тестирования будут выданы все возможные решения.

Предикат fail всегда неуспешен, т.е. он не может быть согласован. Поэтому, как только после согласования предыдущих предикатов Пролог обращается к предикату fail, осуществляется поиск с возвратом. При этом Пролог возвращается в ту точку программы, после которой возможны множественные решения. Такое обращение называется недетерминированным. В отличие от недетерминированного, детерминированное обращение может произвести только одно решение.

Помещать подцель после fail в теле правила бесполезно, т.к. такая подцель никогда не будет достигнута.

8.2.2 Отсечение (cut)

Отсечение cut (обозначается !) используется для запрета возможности возврата.

Через отсечение невозможно совершить откат (поиск с возвратом). Отсечение помещается в программу таким же образом, как и подцель в теле правила. Когда процесс проходит через отсечение, немедленно удовлетворяется обращение к cut и выполняется обращение к очередной подцели (если таковая имеется). Однажды пройдя через отсечение, уже невозможно произвести откат к подцелям, расположенным в обрабатываемом предложении перед отсечением, и также невозможно возвратиться к другим предложениям, определяющим обрабатываемый предикат (предикат, содержащий отсечение).

Отсечение применяется в одном из двух основных случаев:

а) если заранее известно, что определенные посылки никогда не приведут к осмысленным решениям – это зеленое отсечение;

б) если отсечения требует сама логика программы для исключения из рассмотрения альтернативных подцелей – это красное отсечение.

Пример 9. (слайды 14-15)

Составить программу, в которой обеспечивается генерация случайным образом трех натуральных чисел, а затем выясняется, может ли существовать треугольник, для которого эти числа являются длинами его сторон. Если треугольник существует, то программа определяет его вид относительно сторон и углов.

PREDICATES

vid(integer,integer,integer)

tip(integer,integer,integer)

suchestv(integer,integer,integer)

CLAUSES

suchestv(A,B,C):-

(A+B-C)*(A+C-B)*(B+C-A)>0,

write("треугольник существует"), nl,

vid(A,B,C), tip(A,B,C). //1

suchestv(A,B,C):-

(A+B-C)*(A+C-B)*(B+C-A)<=0,

write("треугольник не существует"),nl.  

vid(A,B,C):-

(A*A+B*B-C*C)*(A*A+C*C-B*B)*(B*B+C*C-A*A)>0,

write("остроугольный"),nl.

vid(A,B,C):-

(A*A+B*B-C*C)*(A*A+C*C-B*B)*(B*B+C*C-A*A)<0,

write("тупоугольный"),nl.

vid(A,B,C):-

(A*A+B*B-C*C)*(A*A+C*C-B*B)*(B*B+C*C-A*A)=0,

write("прямоугольный"),nl.

tip(A,B,C):-

A=C, B=C,

write("равносторонний"), nl.

tip(A,B,C):-

(A-B)*(B-C)*(C-A)=0,

write("равнобедренный"), nl.

tip(A,B,C):-

A<>B,B<>C,C<>A,

write("обычного вида"), nl.

 

GOAL

random(10,A),write(A),nl,

random(10,B),write(B),nl,

random(10,C),write(C),nl,

A*B*C<>0,

suchestv(A,B,C),

readchar(_).

Программа при помощи встроенных предикатов random и write конкретизирует значения переменных A, B, C, выводит их на экран и приступает к согласованию предиката существования треугольника. В процессе согласования терма 1 программа будет обращаться к правилам для определения вида и типа треугольников.

Если бы мы первоначально записали правила раздела CLAUSES несколько иначе, а именно (слайд 16)

CLAUSES

suchestv(A,B,C):- //1

(A+B-C)*(A+C-B)*(B+C-A)>0,ъ

write("треугольник существует"), nl,

vid(A,B,C), tip(A,B,C),!.

suchestv(_,_,_):- //2

write("треугольник не существует"),nl.

 

vid(A,B,C):-

(A*A+B*B-C*C)*(A*A+C*C-B*B)*(B*B+C*C-A*A)>0,

write("остроугольный"),nl,!.

vid(A,B,C):-

(A*A+B*B-C*C)*(A*A+C*C-B*B)*(B*B+C*C-A*A)<0,

write("тупоугольный"),nl,!.

vid(_, _, _):- write("прямоугольный"),nl. //3

 

tip(A,B,C):-

A=C, B=C, write("равносторонний"), !, nl.

tip(A,B,C):-

(A-B)*(B-C)*(C-A)=0, write("равнобедренный"),!, nl.

tip(_, _, _):- //4

write("общего вида"), nl.

Отсечение в термах имеет характер красного. В терме 2 мы убрали условие несуществования треугольника, имея в виду, что обратное ему условие описано в терме 1, а последующее отсечение предусматривает запрет на обращение к предложениям, определяющим обрабатываемый предикат. Вследствие этого нам необходимо обратить внимание на то, что теперь тело правила в терме 2 не связано с переменными, а значит возможно следующее описание: 

suchestv(_,_,_):- //2

write("треугольник не существует"),nl.

Похожие действия (убрали условие в термах) относительно предикатов vid(A,B,C) и tip(A,B,C) позволяют охарактеризовать отсечения как красные, а описание термов 3 и 4 дать через анонимные переменные.

Если в данной редакции запустить программу на выполнение, то она будет работать точно так же, как и в первом варианте. Более того, в первом варианте программы можно добавить зеленое отсечение в те же термы. Это никак не повлияет на работу программы, но сократит количество выполняемых операций.