- •Міністерство освіти і науки, молоді та спорту україни Тернопільський національний технічний університет імені Ів. Пулюя
- •Лабораторне заняття №1 Ознайомлення з мовою програмування Пролог
- •1.1 Загальні відомості про мову Пролог
- •1.2 Елементи мови Турбо-Пролог
- •1.3 Структура програм Турбо-Пролога
- •1.3.1 Секція domains Пролог-програми
- •1.3.2 Секція predicates
- •1.3.3 Секція clauses
- •1.3.4 Секція goal
- •1.3.5 Секція database
- •1.4 Оболонка системи Турбо-Пролог
- •1.5 Налагодження і трасування програм
- •Лабораторна робота №2 Робота з найпростішими програмами в системі Турбо-Пролог
- •2.1 Вступ
- •2.2 Завантаження системи Турбо-Пролог, ввід і запуск програм
- •2.3 Робота з Пролог-програмами в режимі діалогу
- •2.4 Трасування програм у середовищі системи Турбо-Пролог
- •2.5 Робота з програмами, що містять внутрішню мету
- •2.6. Найпростіша програма вводу-виводу даних
- •2.7 Побудова найпростішого інтерфейсу для виводу результатів запитів
- •8. Зміст звіту по лабораторній роботі
- •Лабораторна робота №3 Пролог-програми як найпростіші бази даних і знань
- •3.1 Вступ
- •3.2 Запити до бази даних
- •3.2.1 Прості запити
- •3.2.2 Складені запити
- •3.2.3 Запити з анонімними змінними
- •3.3. Статичні і динамічні бази даних
- •3.4. Явні і неявні бази даних. Правила логічного висновку
- •3.5 Використання структур у якості доменів відношень
- •6. Процедури як елемент представлення знань
- •3.7 Цілісність і несуперечність баз даних і знань
- •3.8. Зміст звіту по лабораторній роботі
- •Лабораторна робота №4. Керування ходом виконання програм у системі Турбо-Пролог
- •4.1 Робота системи Турбо-Пролог при виконанні запитів
- •4.2 Уніфікація термів
- •4.3 Пошук з поверненням при виконанні Пролог-програм
- •4.4 Використання відкату після невдачі при використанні внутрішньої мети для організації найпростішого інтерфейсу виводу
- •4.5 Зміст звіту по лабораторній роботі
- •Лабораторна робота №5 Керування ходом виконання Пролог-програм
- •5.1 Організація повторюваних процесів
- •5.2 Керування пошуком з поверненням
- •5.3 Керування ходом виконання програм з використанням відсікання
- •5.4 Застосування предикату not - заперечення як неуспіх
- •5.5 Використання методу відкату і відсікання
- •5.6 Відкат і відсікання при реалізації відносин типу „один-до-багатьох”
- •5.7 Ступінчаті функції і відсікання
- •5.8 Труднощі у використанні відсікання і заперечення
- •5.9 Зміст звіту по лабораторній роботі
- •Лабораторна робота №6 Рекурсія і рекурсивні процедури в Пролозі
- •6.1 Визначення поняття рекурсії
- •6.2 Склад рекурсивної процедури
- •6.3 Особливості виконання рекурсивних процедур Прологом-системою
- •6.4 Приклад рекурсивної процедури пошуку довжини маршруту на графі
- •6.5 Обмеження і властивості, що забезпечують цілісність відношень
- •6.6 Реалізація циклічних процедур за допомогою бектрекінгу
- •6.6.1. Реалізація ітераційного процесу за допомогою бектрекінгу
- •6.6.2 Дії типу ’до’ і ’після’
- •6.6.3. Застосування бектрекінгу для реалізації циклів
- •6.7 Зміст звіту по лабораторній роботі
- •Лабораторна робота №7 Списки і процедури їх обробки
- •7.1 Списки як рекурсивні структури даних
- •7.2 Використання списків в Пролог-програмах
- •7.3. Найпростіші процедури роботи зі списками
- •7.4 Процедури обробки списків
- •7.5. Компонування даних у список
- •7.6. Зміст звіту по лабораторній роботі
- •Лабораторна робота №8 Способи представлення баз даних у Пролог-програмах
- •8.1 Вступ
- •8.2 Представлення відносин у виді фактів
- •8.3 Представлення атрибутів у виді фактів
- •8.4 Представлення бази даних у виді списку структур
- •8.5 Представлення бази даних у виді лінійної рекурсивної структури
- •8.6 Представлення бази даних у виді двійкового дерева
- •8.7 Порівняння різних видів представлення бази даних
- •Лабораторна робота №9 Динамічні бази даних
- •9.1 Вступ
- •9.2 Прості прийоми роботи з динамічними бд
- •9.3 Зв’язок статичних і динамічних баз даних
- •9.4 Процедура роботи з динамічною бд, що навчається у користувача
- •9.5 Розширення бази даних у файли
- •9.6. Організації файлових бд на основі файлів прямого доступу
- •9.6. Особливості представлення динамічних баз даних у Visual Prolog
- •9.7 Зміст звіту по лабораторній роботі
- •Лабораторна робота №10 робота з складно структурованими базами даних
- •10.1 Опис логічної моделі даних
- •10.3 Отримання структурованої інформації з бази даних
- •10.4 Абстракція даних і побудова баз знань
- •10.5. Зміст звіту по лабораторній роботі
- •Лабораторна робота №11 дослідження методів представлення і обробки знань
- •11.1 Структура експертних систем
- •11.2 Представлення знань
- •11.3 Система інтерфейсу користувача
- •11.4 Експертна система на правилах
- •11.5 Експертні системи, що базуються на логіці
- •11.6 Структура бази знань експертної системи для вибору породи дерева
- •11.7 Зміст звіту
- •Список використаних джерел
- •Додаток а Службові предикати Турбо-Пролога
- •Додаток б Службові предикати Турбо-Пролога для роботи з файлами
- •Додаток в
- •Таблиця в.1 – Варіанти завдань
- •6. До лабораторної роботи №7
- •7. До лабораторної роботи №8
- •8. До лабораторної роботи №9
- •9. До лабораторної роботи №10
- •10. До лабораторної роботи №11
4.3 Пошук з поверненням при виконанні Пролог-програм
Знання про метод пошуку з поверненням, що реалізований в Пролог-системі, дозволяє правильно складати Пролог-програми і керувати пошуком рішень. Більш докладно розглянемо цей процес на прикладі програми 3.3 з лабораторної роботи №3.
Завдання 1.
1. Завантажте програму 3.3, ввійдіть у режим редагування і введіть директиву покрокового виконання програми.
2. Сформуйте запит про пошук усіх товаришів по службі Грищенко і у режимі покрокового виконання відстежте процес пошуку рішень.
Вирішуючи будь-яку задачу. Пролог будує дерево підзадач, відзначає, які підзадачі вирішені, а які ще ні. Так при рішенні поставленої в завданні задачі дерево підзадач буде мати вигляд наведений на рис.4.3.
Рисунок 4.3 – Дерево підзадач
При вирішенні будь-яких підцілей Турбо-Пролог використовує два основні правила:
– Пошук рішень підцілей здійснюється зліва на право.
– Вибір предикатів для розгляду при рішенні кожної підцілі здійснюється в тому порядку, у якому вони з’являються в програмі.
При цьому, якщо яка-небудь із підцілей не може бути успішно погоджена, то виконується повернення (або відкат), щоб знайти інші можливі шляхи її вирішення.
Розглянемо процеси пошуку з поверненням і уніфікації, реалізовані Пролог-системою при виконанні запиту colleague(„Петренко” ,Y). На рис.4.4, приведена схема роботи Прологу при отриманні відповіді на поставлений запит. Рішення всієї задачі являє собою послідовність чітко визначених етапів (кроків) виконання задачі:
1. Після вводу, запит поміщається у вершину стека активних запитів, відразу система приступає до пошуку пропозицій з тим же самим іменем предикату, що й у запиту.
2. Аналізуючи знайдену пропозицію, система уніфікує кожен аргумент запиту з відповідним аргументом пропозиції (правила). Після уніфікації запиту з заголовком, система переходить до тіла пропозиції та уніфікує всі його змінні відповідно до заголовку правила.
3. Тіло правила складене, тому перша підціль поміщається в стек запитів, стає активним і починає оброблятися як запит. На даному етапі стек запитів матиме вигляд:
colleague(„Петренко”, Y)
work(„Петренко”, Х) <- активний запит
4. Новий активний запит приступає до пошуку пропозицій програми з тим же самим іменем предикату, що і в активного запиту.
5-6. Якщо спроба уніфікації запиту з заголовком фрази закінчується невдачею, то система переходить до аналізу наступної пропозиції. Цей процес продовжується до тих пір, поки не знайдеться пропозиція, що буде уніфікуватися з запитом. Якщо її не виявиться, то запит завершиться невдачею.
7. Якщо неохідна пропозиція, знайдена і вона є фактом, то підціль відразу ж робиться успішною, змінні уніфікуються з фактом і в стек запитів заноситься друга підціль, що стає активною:
colleague(„Петренко”, Y)
work(„Петренко”, 101) * (істина)
work(Y, 101) <– активний запит
8-9. Дані кроки аналогічні пп.5-6 лише з тією різницею, що якщо в першому випадку пошук у базі work(...) здійснювався за прізвищем, то в другому – пошук у тій же базі виконується по номеру відділу. Перша пропозиція бази work(...), що є фактом, робить активний запит успішним. Його система позначає маркером повернення, уніфікує змінну Y з константою „Грищенко”, і третя підціль завантажується в стек запитів:
colleague(„Петренко”, „Грищенко”)
work(„Петренко”, 101) * (істина)
work(„Грищенко”, 101) * (істина)
„Петренко”<>”Грищенко” <- активний запит
10. Перевірка активного запиту показує, що остання підціль є істинною, а оскільки істинними стали раніше і перші дві підцілі, то і вся мета є істинною при значенні змінної Y=”Грищенко”, про що видається повідомлення на дисплей, тобто задача вирішена.
Рисунок 4.4 – Схема роботи Пролог-системи при висновку відповіді на запит
11. Але тому що ціль є зовнішньої, то після пошуку першого рішення і виводу його на екран система штучно генерує стан невдачі і робить відкат для повторного доказу попередньої підцілі зі звільненням змінної Х. При цьому новий стан стеку запитів буде мати вигляд:
colleague(„Петренко”, Y)
work(„Петренко”, 101) * (істина)
work(Y, 101) <- активний запит
12. Повторюється процес аналогічний пп.8-9. Істотна відмінність у тому, що пошук здійснюється не спочатку, а з тієї позиції, що позначена маркером повернення, що скорочує простір пошуку.
13. Після узгодження активного запиту з базою й уніфікації змінної Y константою „Петренко”, система позначає цю позицію бази маркером повернення, і стек запитів приймає вид:
colleague(„Петренко”, „Петренко”)
work(„Петренко”, 101) * (істина)
work(„Петренко”, 101) * (істина)
„Петренко”<> „Петренко” <– активний запит
14. Зіставлення в активному запиті дає помилкове значення, що приведе до того, що і весь запит стає помилковим. Пролог-система автоматично намагається його передовести, викликаючи ситуацію відкату (повернення) до останньої успішної підцілі, звільняючи конкретизовані в останньому запиті змінні. Стек запитів аналогічний п.11.
15. Знову повторюється процес пошуку аналогічний п.8-9.
16. Пошук у базі, починаючи з позиції, позначеної маркером повернення приводить до нового узгодження з фактом, уніфікація змінної Y новим значенням і перехід до третьої підцілі, в результаті чого стан стеку запитів буде мати вигляд:
colleague(„Петренко”, "Іванов")
work(„Петренко”, 101) * (істина)
work(„Скрипка”, 101) * (істина)
„Петренко”<>”Скрипка” <– активний запит
17. Перевірка в активному запиті показує, що остання підціль є щирої, тому що значення істини прийняли раніше і перші дві підцілі, то і вся мета є щирою при значенні змінної Y=”Скрипка”, про що видається повідомлення на дисплей. Тобто. задача вирішена. А тому що маркер повернення знаходиться на кінці бази даних то задача завершується.
Відкат (або повернення) автоматично ініціюється системою Турбо-Прологу, якщо не використовуються спеціальні засоби керування ним.
Для керування процесом відкату в Пролозі передбачені два предикати: fail (невдача) і cut (відсікання).
Використання зовнішньої мети спонукує змінні одержувати всі можливі значення одне слідом за іншим. При цьому всі їхні значення в невідформатованому виді видаються у вікні діалогу системи. Якщо їхнє число велике, то текст у вікні буде швидко змінюватися і прочитати його буде досить складно або навіть неможливо. Тому в цьому випадку постає задача забезпечення деякого інтерфейсу виводу.