Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Стили и методы программирования. Учебное пособие для СПО
.pdf
эффективности, сравнимой с традиционными методами, достичь все
равно не удастся.
Но, например, если Вы анализируете сложную систему правил и ищете
вывод, то результат анализа часто можно записать как файл
динамически порожденных предложений, и это, наоборот, делает
программу красивее, а ее отладку легче. Так что есть смысл
использовать динамическое порождение в том случае, когда программа
сначала коллекционирует и анализирует информацию, а лишь затем
начинает действовать. А порождение, перемешанное с действиями, —
кратчайший путь к провалу программы, и должно рассматриваться как
хакерство.
Далее, после того, как использованы динамически порожденные факты
или предложения, их можно удалить из программы при помощи
предиката
retractall(Name / Arity)
Этот предикат удаляет все предложения и факты, говорящие о
предикате Name арности Arity. Естественно, при этом удаляется лишь
определение. Если Вы его использовали, то нужно потрудиться удалить
также использующие предложения. Поэтому предикаты лучше удалять
целыми содержательно связанными группами, и концентрировать все
такие удаления в одном предложении для каждой группы.
Динамическое порождение программ — метод, исключительно
сильный, когда применен в подходящей обстановке и корректно, и
исключительно опасный, когда применен в неподходящем окружении
либо хоть чуть-чуть некорректно. В традиционных языках ему всячески
препятствуют. Там он (по причине очень многих практических
провалов) имеет одиозную репутацию. Но эта репутация связана
прежде всего с тем, что такой рискованный и красивый метод требует
высокой проработки идей, а в традиционном программировании мы,
пытаясь его применить, вынуждены прорабатывать глупейшие
технические проблемы (строить множество подпорок, см. словарь).
Внимание!
В новых версиях языка PROLOG предикаты, которые Вы намерены
Стили и методы программированияНепейвода Н.Н.
101
динамически видоизменять, нужно объявить. Например,
dynamic(connect).
Для проверки типов термов имеются, в частности, следующие
встроенные предикаты.
var(Term). Унифицируется, если Term свободная переменная.
nonvar(Term). Унифицируется, если textsfTerm не
свободная переменная.
integer(Term) Успешен, если Term является целым числом
(именно числом, а не выражением).
float(Term) Успешен, если Term является действительным
числом.
number(Term) Успешен, если Term является числом.
atom(Term) Успешен, если Term является атомом.
string(Term). Успешен, если Term является строкой.
atomic(Term). Успешен, если Term является неделимым
значением (число, строка или атом).
compound(Term). Успешен, если Term является сложным
выражением.
ground(Term). Успешен, если Term не содержит свободных
переменных.
Для анализа и построения термов имеются, в частности, следующие
предикаты.
functor(Term, Functor, Arity) Унифицируется, если
Term является термом с главным функтором Functor арности
Arity. Term, являющийся переменной, унифицируется с новой
переменной. Если Term является атомом либо числом, то его
арностью считается 0, а функтором он сам.
arg(Arg, Term, Value) Выделение аргумента терма Term
по его номеру Arg.Номера начинаются с 1. Естественно, что
данный предикат может быть использован и для определения
номера аргумента в терме.
Term =.. List Унифицируется, если List является списком,
головой которого является функтор терма Term, а оставшиеся
члены задают аргументы (сравните с тем, что ниже
Стили и методы программированияНепейвода Н.Н.
102
рассматривается в языке LISP!) Если не использовать его как
операцию, то имя этого предиката Univ. Естественно, он может
работать в обе стороны, разбирая либо собирая терм.
Примеры.
?- send(hello, X) =.. List.
List = [send, hello, X]
?- Term=.. [send, hello, X]
Term = send(hello,X)
free_variables(Term, List) List унифицируется как список
новых переменных, каждая из которых равна свободной терма Term.
atom_codes(Atom, String) Преобразование атома в строку и
наоборот.
Многие из реализаций языка PROLOG включают пакет прогонки,
позволяющий осуществлять частичное вычисление PROLOG программы.
Организация вычислений и ввода-вывода
Во многих случаях даже в поисковой программе необходимо
производить вычисления. В языке PROLOG имеется способ
вычисления значения по аргументам. Это так называемые встроенные
функции, которые могут быть заменены на свое значение, если их
аргумент известен. Такими функциями служат, в частности, числовые
арифметические операции. Заметим, что даже встроенная функция не
вычисляется, пока не будет дан явный сигнал. У Вас в программе
может, скажем, накопиться в качестве значения переменной выражение
1 + 1 + 1, но оно не будет равно 3.
Для организации вычисления имеется специальное отношение X is
E. В этом отношении Е является таким выражением, которое после
подстановки текущих значений переменных конкретизируется
6)
в
композицию встроенных функций от константных аргументов. Эта
композиция вычисляется, и переменная Х унифицируется как ее
Стили и методы программированияНепейвода Н.Н.
103
значение.
Таким образом, можно постепенно накапливать вычисления, а затем в
подходящий момент их произвести. Смотрите пример.
?- assert(a(1+1)).
Yes
?- assert(b(2 * 2)).
Yes
?- a(X), b(Y), Z is X + Y.
X = 1+1
Y = 2*2
Z = 6
Внимание!
is не является присваиванием! Для того, чтобы убедиться в этом,
исполните простейшее предложение языка PROLOG:
?- X is 1, X is X + 1.
Лучше всего и естественней всего вводятся в PROLOG -программу
данные, полностью соответствующие синтаксису предложений и
фактов языка. Если файл данных не очень велик, то для ввода
достаточно воспользоваться уже описанным нами предикатом
consult.
Конечно же, имеется и более традиционная система ввода-вывода.
Опишем ее базовые возможности.
open(SrcDest, Mode, Stream, Options)
Открытие файла. SrcDes является атомом, содержащим имя файла в
обозначениях системы Unix. Mode может быть read, write, append
или update. Два последних способа открытия используются,
соответственно, для дописывания в существующий файл и для
частичного переписывания его. Stream либо переменная, и тогда ей
присваивается целое число, которое служит для идентификации файла,
либо атом, и тогда он служит внутри программы именем файла.
Options могут быть опущены, среди них нам важна одна опция:
Стили и методы программированияНепейвода Н.Н.
104
type(binary), которая позволяет записать коды в двоичный файл.
Опции образуют список.
Конечно же, имеется возможность вручную установить текущую
позицию внутри файла:
seek(Stream, Offset, Method, NewLocation)
Method — это метод отсчета относительной позиции. bof
отсчитывает ее с начала файла, current от нынешней точки, eof от
конца. Переменная NewLocation унифицируется с новой позицией,
отсчитываемой обязательно с начала.
Предикат close(Stream) комментариев не требует.
read(Stream, Term)
Переменная Term унифицируется с термом, прочитанным из потока
Stream.
read_clause(Stream, Term)
Читается предложение. По умолчанию пользователя предупреждают о
переменных, которые отсутствуют в голове и лишь однажды
присутствуют в хвосте.
read_term(Stream, Term, Options)
Аналогично read, но позволяет установить целый ряд возможностей,
регулирующих представление терма. Смотрите подробнее в
документации конкретной PROLOG -системы.
writeq(Stream, Term)
Term пишется в Stream, вставляются кавычки и скобки, где нужно.
write_canonical(Stream, Term)
Term пишется в Stream таким способом, чтобы его однозначно
прочитала любая PROLOG -программа, а не только Вы и Ваша
Стили и методы программированияНепейвода Н.Н.
105
программа на Вашей системе.
Есть способ читать и писать символы, а через них строки и прочее, но
это настолько примитивно и уродливо, что можно дать практический
совет:
Внимание!
Если Вам нужно ввести в PROLOG файл иноязычного или просто
обычного формата либо вывести из него в предписанном Вам не
укладывающемся в систему термов формате, напишите переходник на
Рефале или на Perl.
Тем не менее вот минимальный (и практически полный) список
предикатов символьного и двоичного ввода и вывода.
get_byte(Stream, Byte)
Byte рассматривается как целое число и унифицируется со следующим
байтом входного потока. Конец файла читается как -1.
get_char(Stream, Char)
Аналогично, но следующий байт рассматривается как имя атома,
состоящее из одного символа. Конец файла унифицируется с атомом
end_of_file. Русские буквы, пробелы и прочие нестандартные
символы могут вызвать неприятности.
get(Stream, Char)
Аналогично, но пропускаются невидимые символы.
skip(Stream, Char)
Пропускает все, пока не встретится символ Char либо конец файла.
Само первое вхождение Char также будет пропущено.
put(Stream, Char)
Вывод одного символа либо байта. Char унифицируется либо как целое
число из диапазона [0, 255], либо как атом с именем из одного
Стили и методы программированияНепейвода Н.Н.
106
символа.
nl(+Stream)
Вывести перевод строки.
1)
В отличие от клауз, посылки логических формул ни в каком смысле
не могут считаться последовательно достигаемыми.
2)
Внутри языка они называются атомами.
3)
В части реализаций эти ограничения могут распространяться и на
функции, определенные программистом.
4)
Мы сознательно отказались от сопоставления двух видов целей в
PROLOG с конъюнкцией и дизъюнкцией, поскольку их семантика
принципиально отличается от семантики этих логических связок.
5)
Здесь мы не оговорились: в данном случае предложения лучше
трактовать как операторы, поскольку как утверждения их в данном
случае рассматривать невозможно.
6)
Здесь мы употребили термин конкретизация, поскольку
используются именно текущие значения переменных, согласования не
происходит.
Стили и методы программированияНепейвода Н.Н.
107
Общие вопросы сентенциального программирования
Превращение логики в сентенциальный язык. Превращение
теоретического языка в практический. Несовместимость моделей
исполнения и отождествления. Вред и польза стандартизации.
Введение
Начнем с краткого сравнения путей развития двух ветвей
сентенциального программирования.
Развитие языка Prolog
Британско-канадская группа, создававшая Prolog, первоначально
ориентировалась на задачи математической лингвистики, где сложные
преобразования данных сопряжены с проверкой гипотез.
Это естественно навело их на ортогональный Рефалу подход
1)
,
формально мотивированный математической логикой. Наличие именно
формальной мотивировки оказало медвежью услугу языку Prolog и всему
направлению. Его сущность оказалась замаскирована примитивным
методологически-теоретическим анализом и неадекватным названием:
логическое программирование.
Prolog вдохновлялся ограничением классического исчисления
предикатов, предложенным Хорном. Как известно (см., например,
книгу [20
]), в классической логике в любой достаточно богатой теории
появляются чистые теоремы существования, когда из доказательства
невозможно выделить построение требуемого объекта. Если
ограничиться конъюнкциями импликаций вида
,
где каждая составляющая является элементарной формулой и само
доказанное утверждение имеет такой же вид, то получить построение
из доказательства возможно, поскольку у нас не остается даже
косвенных способов сформулировать и нетривиально использовать чтолибо похожее на . Такие формулы называются хорновыми.
Стили и методы программированияНепейвода Н.Н.
108
От лишних кванторов можно избавиться при помощи сколемизации,
когда кванторы существования заменяются на функцию, аргументами
которой являются все переменные, связанные ранее стоящими
кванторами всеобщности
2)
. Таким образом, мы приходим к
простейшему виду хорновых формул ( хорновы импликации ):
.
Применив к последней формуле преобразование, выполненное лишь в
классической логике, мы приходим к хорновым дизъюнктам:
.
Именно от последней формы представления хорновых утверждений
получила имя основная структура данных языка Prolog. Но тот факт, что
импликация преобразована в дизъюнкцию, на самом деле нигде в этом
языке не используется, он послужил лишь для установления
взаимосвязей с алгоритмом метода резолюций [30
], который в тот
момент был последним криком моды в автоматическом доказательстве
теорем (и действительно громадным концептуальным продвижением).
Метод резолюций до сих пор остается одним из нескольких наиболее
часто применяемых методов автоматического доказательства, и
единственным, известным широкой публике. Этот метод поставил три
идеи (унификация, стандартизация цели, стандартизация порядка
вывода), красивой программистской реализацией которых явился Prolog.
Но находки языка Prolog не исчерпываются реализацией идей, взятых из
теории. Они внесли существенный вклад в теорию и методологию
программирования
3)
.
Именно на примере языка Prolog западное программистское сообщество
четко осознало, что могут быть совсем другие модели исполнения
программы, не являющиеся ни традиционными, ни их расширением.
Был реабилитирован и стал порою успешно использоваться метод
динамического порождения программы. Стала актуальной идея
косвенного управления вычислениями. Этих достоинств с лихвой
хватит для того, чтобы Prolog мог считаться важным принципиальным
достижением.
Развитию языка Prolog мешает, прежде всего, слишком большая привязка
Стили и методы программированияНепейвода Н.Н.
109
к конкретной модели вычислений, которая в погоне за мнимой
эффективностью была зафиксирована слишком рано. Совершенно
извращено понимание его места и роли. На самом деле Prolog
представляет собой великолепную заготовку для языка моделирования
идей, а никакое не логическое программирование.
Рассмотрим, что именно этой заготовке мешает в реальности стать
таким языком. Как мы уже неоднократно видели, главное препятствие
— потеря целостности, вызванная лишними возможностями. В первую
очередь, это эклектичные добавки операционных средств, которые
провоцируют программиста к операционному мышлению и хакерскому
стилю. Так, в задаче о лабиринте было бы естественно не зацикливание
исполнения, когда не предусмотрены ограничивающие условия,
заставляющие программу продвигаться вперед, а указание того, что в
процессе выполнения не хватает условий, что возможны определенные
варианты ограничений, делающие программу корректной. В результате
разработчикам языка пришлось искать дополнительные средства
выражения требуемых, а не предлагаемых, действий. Ничего лучшего по
сравнению с известными операционными методами они не нашли и
включили соответствующие средства в язык, полностью потеряв
первоначальную концепцию.
Одним из классических примеров применения первоуровневых
моделей и плоских, неадекватных практике, но привлекательно
звучащих и просто объясняемых, выводов, которые делаются на их
основе, является утверждение: "Логика Хорна достаточна для
спецификации вычислений, поскольку, как было доказано, она
эквивалентна машине Тьюринга
4)
". С этим утверждением можно было
бы согласиться, если бы решения реальных задач, которые апеллируют к
базам данных-фактов и должны решаться с использованием баз знанийутверждений, являющихся следствиями из имеющихся фактов, всегда
можно было бы формулировать в такой разделенной манере: сначала
задаются факты, затем предложения-соотношения и далее идет
манипулирование информацией. На самом деле таким образом
формулируемые решения пригодны только для узкого класса задач,
которые характеризуются стабильностью фактов, и только в том случае,
когда не принимается в расчет эффективность.
Развитие языка Рефал и его диалекты
Стили и методы программированияНепейвода Н.Н.
110
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]