3. Семантика Пролога Процедурная семантика

Процедурная семантика определяет, как пролог-система отвечает на вопросы. Ответить на вопрос - это значит удовлетворить список целей. Этого можно добиться, приписав встречающимся переменным значения таким образом, чтобы цели логически следовали из программы. Можно сказать, что процедурная семантика Пролога - это процедура вычисления списка целей с учетом заданной программы. "Вычислить цели" это значит попытаться достичь их. Назовем эту процедуру вычислить. Как показано на рис. 2.9, входом и выходом этой процедуры являются:     входом - программа и список целей,     выходом - признак успех/неуспех и подстановка переменных. Рис. 3.2.3.  Входы и выходы процедуры вычисления списка целей. Смысл двух составляющих выхода такой: (1)    Признак успех/неуспех принимает значение "да", если цели достижимы, и "нет" - в противном случае. Будем говорить, что "да" сигнализирует об успешном завершении и "нет" - о неуспехе. (2)    Подстановка переменных порождается только в случае успешного завершения; в случае неуспеха подстановка отсутствует.

Пример.

большой( медведь). % Предложение 1 большой( слон). % Предложение 2 маленький( кот). % Предложение 3 коричневый ( медведь). % Предложение 4 черный ( кот). % Предложение 5 серый( слон). % Предложение 6 темный( Z) :- % Предложение 7: черный( Z). % любой черный % объект является темным темный( Z) :- % Предложение 8: коричневый( Z). % Любой коричневый % объект является темным ВОПРОС ?- темный( X), большой( X) % Кто одновременно темный и большой? Шаги вычисления: (1)    Исходный список целевых утверждений:             темный( X),  большой( X). (2)    Просмотр всей программы от начала к концу и поиск предложения, у которого голова сопоставима с первым целевым утверждением             темный( X).         Найдена формула 7:             темный( Z) :- черный( Z). Замена первого целевого утверждения конкретизированным телом предложения 7 - порождение нового списка целевых утверждений.             черный( X),  большой( X) (3)    Просмотр программы для нахождения предложения, сопоставимого с черный( X). Найдено предложение 5: черный ( кот). У этого предложения нет тела, поэтому список целей при соответствующей конкретизации сокращается до             большой( кот) (4)    Просмотр программы в поисках цели большой( кот). Ни одно предложение не найдено. Поэтому происходит возврат к шагу (3) и отмена конкретизации Х = кот. Список целей теперь снова             черный( X),  большой( X) Продолжение просмотра программы ниже предложения 5. Ни одно предложение не найдено. Поэтому возврат к шагу (2) и продолжение просмотра ниже предложения 7. Найдено предложение (8):            темный( Z) :- коричневый( Z). Замена первой цели в списке на коричневый( Х), что дает            коричневый( X), большой( X) (5)    Просмотр программы для обнаружения предложения, сопоставимого коричневый( X). Найдено предложение коричневый( медведь). У этого предложения нет тела, поэтому список целей уменьшается до             большой( медведь) (6)    Просмотр программы и обнаружение предложения большой( медведь). У него нет тела, поэтому список целей становится пустым. Это указывает на успешное завершение, а соответствующая конкретизация переменных такова: Чтобы вычислить список целевых утверждений         G1, G2, ..., Gm процедура вычислить делает следующее:

• Если список целей пуст - завершает работу успешно.

• Если список целей не пуст, продолжает работу, выполняя (описанную далее) операцию 'ПРОСМОТР'.

• ПРОСМОТР: Просматривает предложения программы от начала к концу до обнаружения первого предложения С, такого, что голова С сопоставима с первой целью G1. Если такого предложения обнаружить не удается, то работа заканчивается неуспехом. Если С найдено и имеет вид         Н   :-   B1,  ...,   Вn. то переменные в С переименовываются, чтобы получить такой вариант С' предложения С, в котором нет общих переменных со списком  G1,   ...,  Gm. Пусть С' - это         Н'   :-   B1',  ...,   Вn'. Сопоставляется  G1  с  H';  пусть  S  - результирующая конкретизация переменных.  В списке целей  G1,  G2,  ....  Gm, цель  G1   заменяется на список  В1',  ..,  Вn',   что порождает новый список целей:         В1',  ...,  Вn', G2,  ...,   Gm (Заметим, что, если  С  - факт, тогда  n=0,   и в этом случае новый список целей оказывается короче, нежели исходный; такое уменьшение списка целей может в определенных случаях превратить его в пустой, а следовательно, - привести к успешному завершению.) Переменные в новом списке целей заменяются новыми значениями, как это предписывает конкретизация  S,  что порождает еще один список целей         В1'',  ....  Вn", G2',   ...,  Gm'

• Вычисляет (используя рекурсивно ту же самую процедуру) этот новый список целей. Если его вычисление завершается успешно, то и вычисление исходного списка целей тоже завершается успешно. Если же его вычисление порождает неуспех, тогда новый список целей отбрасывается и происходит возврат к просмотру программы. Этот просмотр продолжается, начиная с предложения, непосредственно следующего за предложением  С   (С  -  предложение, использовавшееся последним) и делается попытка достичь успешного завершения с помощью другого предложения.

Здесь следует сделать несколько дополнительных замечаний, касающихся процедуры вычислить в том виде, в котором она приводится. Во-первых, в ней явно не указано, как порождается окончательная результирующая конкретизация переменных. Речь идет о конкретизации S, которая приводит к успешному завершению и которая, возможно, уточнялась последующими конкретизациями во время вложенных рекурсивных вызовов вычислить. Всякий раз, как рекурсивный вызов процедуры вычислить приводят к неуспеху, процесс вычислений возвращается к ПРОСМОТРУ и продолжается с того предложения  С,  которое использовалось последним. Поскольку применение предложения  С  не привело к успешному завершению, пролог-система должна для продолжения вычислений попробовать альтернативное предложение. В действительности система аннулирует результаты части вычислений, приведших к неуспеху, и осуществляет возврат в ту точку (предложение  С),  в которой эта неуспешная ветвь начиналась. Когда процедура осуществляет возврат в некоторую точку, все конкретизации переменных, сделанные после этой точки, аннулируются. Такой порядок обеспечивает систематическую проверку пролог-системой всех возможных альтернативных путей вычисления до тех пор, пока не будет найден путь, ведущий к успеху, или же до тех пор, пока не окажется, что все пути приводят к неуспеху. Мы уже знаем, что даже после успешного завершения пользователь может заставить систему совершить возврат для поиска новых решений. В нашем описании процедуры вычислить эта деталь была опущена. Конечно, в настоящих реализациях Пролога в процедуру вычислить добавлены и еще некоторые усовершенствования. Одно из них - сокращение работы по просмотрам программы с целью повышения эффективности. Поэтому на практике пролог-система не просматривает все предложения программы, а вместо этого рассматривает только те из них, которые касаются текущего целевого утверждения.