6. Метод разделения списка на голову и хвост

В программе 6.1 «Списки» для получения доступа к элементам списков были использованы внешние целевые утверждения. Задание цели в виде animals(All) обеспечивало присваивание переменной All всего списка в целом. Напротив, цель animals([_,_,B,_]) позволила извлечь из списка лишь один элемент. В этом случае, однако, требовалось точное знание числа элементов списка.

Турбо-Пролог, однако, позволяет отделять от списка первый элемент и обрабатывать его отдельно. Данный метод работает вне зависимости от длины списка, до тех пор, пока список не будет исчерпан. Этот метод доступа к голове списка называется

МЕТОДОМ РАЗДЕЛЕНИЯ СПИСКА НА ГОЛОВУ И ХВОСТ.

Операция деления списка на голову и хвост обозначается при помощи вертикальной черты (|):

[Head|Tail]

Head здесь является переменной для обозначения головы списка, переменная Tail обозначает хвост списка. (Для имен головы и хвоста списка пригодны любые допустимые Турбо-Прологом имена.)

Программа 6.2 демонстрирует использования метода разделения списка. Два списка описаны в ней: список целых чисел (имя домена — integer*) и список символических имен (домен animals_list). Правило print_list применяется для доступа к элементам обоих списков.

/* Программа 6.2 «Голова-хвост». Назначение: */

/* разделение списка на голову и хвост */

domains

animals_list = symbol *

predicates

print_list(integer *)

print_list(animal_list)

clauses

print_list([]).

print_list([Head|Tail]) :-

write(Head),nl,

print_list(Tail).

/* Конец программы */

Программа 6.2 использует правило print_list для доступа к элементам списков. Так как предикат print_list определен для объектов обоих доменов, то это правило используется для работы как со списком number_list, так и списком animal_list.

Когда правило пытается удовлетворить внешнюю цель

print_list([4,-9,5,3])

то первый вариант правила, print_list[], дает неуспех, так как его объект является пустым списком. Напротив, введенный список соответствует объекту второго варианта предиката print_list([Head|Tail]). Переменной Head, следовательно, присваивается значение первого элемента в списке, 4, в то время как переменной Tail ставится в соответствие оставшаяся часть списка, [-9,5,3].

Теперь, когда выделен первый элемент списка, с ним можно обращаться так же, как и с любым простым объектом:

write(Head),nl

Так как хвост списка есть список сам по себе, значение переменной Tail может быть использовано в качестве объекта рекурсивного вызова:

print_list(Tail)

Процесс повторяется до тех пор, пока переменная Head не примет значение 3, а переменная Tail присвоится пустой список. Теперь при рекурсивном вызове print_list(Tail) значение Tail соответствует объекту правила

print_list([])

Этот вариант является граничным условием рекурсии, и цель считается удовлетворенной.

Рекурсивные правила для работы со списками просты, но вместе с тем и очень важны, ввиду их применимости в большинстве программ.

7. Поиск элемента в списке

Поиск элемента в списке является очень распространенной операцией. Поиск представляет собой просмотр списка на предмет выявления соответствия между элементом данных (объектом поиска) и элементом просматриваемого списка. Если такое соответствие найдено, то поиск заканчивается успехом. В противном случае поиск заканчивается неуспехом. Для сопоставления объекта поиска с элементами просматриваемого списка необходим предикат, объектами которого и явлются эти объект поиска и список:

member(3, [1,2,3,4,5])

Первый из объектов утверждения, 3, есть объект поиска. Второй — это список [1,2,3,4,5].

Для выделения элемента из списка и сравнения его с объектом поиска можно применить метод разделения списка на голову и хвост. Стратегия поиска при этом будет состоять в рекурсивном выделении головы списка и сравнении ее с элементом поиска.

Так же, как в программе «Голова-хвост», при рекурсии хвостом каждый раз становится новый список, голова которого присваивается переменной, сравниваемой с объектом поиска.

member(Head,[Head|_])

Этот вариант правила соответствует случаю, когда объект поиска совпадает с головой списка. Отметим, что хвост списка при этом присваивается анонимной переменной. Если объект поиска и голова списка действительно соответствуют друг другу, то результатом сравнения явится успех.

В случае неуспеха происходит возврат и поиск другого утверждения, с которыми можно снова попытаться найти соответствие. Для этого случая необходимо предусмотреть правило, которое выделило бы из списка следующий по порядку элемент и сделало бы его доступным для сравнения. Поскольку следующий за головой текущего списка элемент является головой текущего хвоста, мы можем представить хвост как новый список, голову которого можно сравнить с объектом поиска:

member(Head, [_,Tail]) :-

member(Head, Tail).

При этом уже проверенный первый элемент списка ставится в соответствие анонимной переменной. Попытка удовлетворить рекурсивное правило member(Head,Tail) заставляет Турбо-Пролог представить хвост текущего, как новый самостоятельный список.

Процесс повторяется до тех пор, пока это утверждение дает либо успех в случае установления соответствия на очередной рекурсии, либо неуспех в случае исчерпания списка.

Программа 6.3 демонстрирует реализацию операции поиска элемента в списке. Поскольку предикат member определен как для списков целых чисел, так и для списков символических имен, то в данной программе он работает со списками обоих типов.

/* Программа 6.3 «Элементы». Назначение: */

/* поиск нужного элемента в списке. */

domains

number_list = integer *

person_list = symbol *

predicates

member(number, number_list)

member(person, person_list)

goal

member(3,[1,2,3,4,5]), write(” нашли 3 ”),

member(john, [tom, bob, jerry, john],

write(” нашли Джона ”).

clauses

member(Head, [Head|_]).

member(Head, [_|Tail]) :-

member(Head, Tail).

/* Конец программы */

На экране появится True и печать двух сообщений.

Упражнение 6.2.

Задайте следующую внешнюю цель:

member(44,[11,44,11,33,44,44,55])

В скольких случаях будет достигнут успех?