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1、第 2 章 逻辑程序设计语言,2.1 基本PROLOG 2.2 Turbo PROLOG程序设计,PROLOG是Programming in Logic的缩写。它是由法国马塞大学于1972年研制，是一种逻辑型程序设计语言。在PROLOG程序中，一般只需告诉计算机“做什么”，而不需要告诉计算机“怎么做”。与通常过程性程序设计语言相比， PROLOG是更高级语言。,2.1 基本PROLOG,2.1.1 PROLOG的语句 PROLOG语言只有三种语句：事实、规则和问题。 1. 事实(fact) 格式 谓词名(项表).其中谓词名是以小写英文字母打头的字母、 数字、 下划线等组成的字符串, 项表是以逗
2、号隔开的项序列。 PROLOG中的项包括由常量或变量表示的简单对象以及函数、 结构和表等, 即事实的形式是一个原子谓词公式。,例如： student(john). like(mary,music). 就是PROLOG中的两个合法事实。 功能 一般表示对象的性质或关系。 例如上面的两个事实就分别表示“约翰是学生”和“玛丽喜欢音乐”。 ,作为特殊情形, 一个事实也可以只有谓词名而无参量。 例如： abc. repeat. 等也是允许的。,2. 规则(rule) 格式：谓词名(项表):-谓词名(项表),谓词名(项表).其中“:-”号表示“if”,其左部是规则的结论, 右部是规则的前提, 逗号表示an
3、d(逻辑与), 即规则的形式是一个逻辑蕴含式。 功能： 一般表示对象间的因果关系、 蕴含关系或对应关系。,例如： bird(X):-animal(X),has(X,feather). grandfather(X,Y):-father(X,Z),father(Z,Y). 就是PROLOG的合法规则。 作为特殊情形, 规则中的谓词也可以只有谓词名而无参量。 例如： run:-start,step1(X),step2(X),end. 也是一个合法规则。,3. 问题(question)格式 ?-谓词名(项表),谓词名(项表).例如： ? -student(john). ? -like(mary,X).
4、 就是两个合法的问题。 功能 问题表示用户的询问, 它就是程序运行的目标。 问题可以与规则及事实同时一起给出, 也可以在程序运行时临时给出。 ,2.1.2 PROLOG的程序PROLOG程序一般由一组事实、 规则和问题组成。 问题是程序执行的起点, 称为程序的目标。 例如下面就是一个PROLOG程序段。 likes(bell,sports).likes(mary,music).likes(mary,sports).likes(jane,smith).friend(john,X):-likes(X,reading),likes(X,music).friend(john,X):-likes(X,s
5、ports),likes(X,music).?-friend(john,Y).,事实,规则,问题,可以看出, 这个程序中有四条事实、 两条规则和一个问题。 其中事实、规则和问题都分行书写。 规则和事实可连续排列在一起, 其顺序可随意安排, 但同一谓词名的事实或规则必须集中排列在一起。 问题不能与规则及事实排在一起, 它作为程序的目标要么单独列出, 要么在程序运行时临时给出。 ,PROLOG语言的文法结构相当简单，但描述能力很强。 例如, 当它的事实和规则描述的是某一学科的公理, 那么问题就是待证的命题； 当事实和规则描述的是某些数据和关系, 那么问题就是数据查询语句； 当事实和规则描述的是某初
6、始状态和状态变化规律, 那么问题就是目标状态。所以, PROLOG语言实际是一种应用相当广泛的智能程序设计语言。 同过程性语言相比, 一个PROLOG程序, 其问题就相当于主程序, 其规则就相当于子程序, 而其事实就相当于数据。,2.1.3 PROLOG程序的运行机理,1. 自由变量与约束变量 PROLOG中称无值的变量为自由变量, 有值的变量为约束变量。一个变量取了某值就说该变量约束于某值, 或者说该变量被某值所约束, 或者说该变量被某值实例化了。 在程序运行期间, 一个自由变量可以被实例化而成为约束变量, 反之, 一个约束变量也可被解除其值而成为自由变量。,2. 匹配合一两个谓词可匹配合一
7、, 是指两个谓词的名相同, 参量项的个数相同, 参量类型对应相同, 并且对应参量项还满足下列条件之一： (1) 如果两个都是常量, 则必须完全相同。 (2) 如果两个都是约束变量, 则两个约束值必须相同。 (3) 如果其中一个是常量, 一个是约束变量, 则约束值与常量必须相同。 (4) 至少有一个是自由变量。,例如： 下面的两个谓词 pre1(ob1,ob2,Z) pre1(ob1,X,Y)只有当变量X被约束为ob2, 且Y、 Z的约束值相同或者至少有一个是自由变量时, 它们才是匹配合一的。,PROLOG的匹配合一操作，可使两个能匹配的谓词合一起来, 即为参加匹配的自由变量和常量, 或者两个自
8、由变量建立一种对应关系, 使得常量作为对应变量的约束值, 使得两个对应的自由变量始终保持一致, 即若其中一个被某值约束, 则另一个也被同一值约束；反之, 若其中一个的值被解除, 则另一个的值也被解除。合一操作是PROLOG的一个特有机制。,3. 回溯所谓回溯, 就是在程序运行期间, 当某一个子目标不能满足(即谓词匹配失败)时,控制就返回到前一个已经满足的子目标(如果存在的话), 并撤消其有关变量的约束值, 然后再使其重新满足。 成功后, 再继续满足原子目标。如果失败的子目标前再无子目标, 则控制就返回到该子目标的上一级目标(即该子目标谓词所在规则的头部)使它重新匹配。回溯也是PROLOG的一个
9、重要机制。,2.2 Turbo PROLOG程序设计,2.2.1 程序结构一个完整的Turbo PROLOG(2.0版)程序一般包括常量段、 领域段、数据库段、谓词段、目标段和子句段等六个部分。各段以其相应的关键字 constants 、domains、database、 predicates、 goal和clauses开头加以标识。在程序的任何位置都可设置注解。 总之, 一个完整的Turbo PROLOG(2.0版)程序的结构如下：,/* 注 释 */ constants常量说明 domains域说明 database数据库说明 predicates谓词说明 goal目标语句 clauses
10、子句集,当然, 一个程序不一定要包括上述所有段, 但一个程序至少要有一个predicates段、clauses段和goal段。 如若省略goal段, 则可在程序运行时临时给出, 但这仅当在开发环境中运行程序时方可给出。若要生成一个独立的可执行文件, 则在程序中必须包含goal段。另一方面, 一个程序也只能有一个goal段。 ,例 如果把上节中的程序要作为Turbo PROLOG程序, 则应改写为：,/* 例P33-1 */ DOMAINSname=symbol PREDICATESlikes(name,name).friend(name,name),GOALfriend(john,Y), wr
11、ite(Y=, Y). CLAUSESlikes(bell,sports).likes(mary,music).likes(mary,sports).likes(jane,smith).friend(john,X):-likes(X,sports),likes(X,music).friend(john,X):-likes(X,reading),likes(X,music).,领域段 该段说明程序谓词中所有参量项所属的领域。 领域的说明可能会出现多层说明, 直到最终说明到Turbo PROLOG的标准领域为止(如上例所示)。Turbo PROLOG的标准领域即标准数据类型, 包括整数、实数、符号
12、、串和符号等, 其具体说明如表2.1所示。,表 2.1 Turbo PROLOG的标准领域,谓词段 该段说明程序中用到的谓词的名和参量项的名(但Turbo PROLOG 的内部谓词无须说明)。 子句段 该段是Turbo PROLOG程序的核心, 程序中的所有事实和规则就放在这里, 系统在试图满足程序的目标时就对它们进行操作。 目标段 该段是放置程序目标的地方。 目标段可以只有一个目标谓词, 例如上面的例子中就只有一个目标谓词； 也可以含有多个目标谓词, 如 goal readint(X),Y=X+3,write(Y=,Y). 就有三个目标谓词。 这种目标称为复合目标。,2.2.2 数据与表达式
13、1. 领域1) 标准领域Turbo PROLOG中不定义变量的类型, 只说明谓词中各个项的取值域。 由上节我们知道, Turbo PROLOG有整数、实数、 字符、 串和符号等五种标准域。另外, 它还有结构、表和文件等三种复合域。,2) 结构结构也称复合对象, 它是Turbo PROLOG谓词中的一种特殊的参量项(类似于谓词逻辑中的函数)。 结构的一般形式为 函子(参量表)其中函子及参量的标识符与谓词相同。 注意, 这意味着结构中还可包含结构。 所以, 复合对象可表达树形数据结构。 例如下面的谓词 likes(Tom, sports(football, basketball, table_te
14、nnis). 中的 sports(football, basketball, table_tennis) 就是一个结构, 即复合对象。,3) 表表的一般形式是 x1, x2, , xn其中xi(i=1, 2, , n)为PROLOG的项, 一般要求同一个表的元素必须属于同一领域。不含任何元素的表称为空表, 记为 。 例如下面就是一些合法的表: 1, 2, 3 apple, orange, banana, grape, cane PROLOG,MAENS,PROGRAMMING,in logic ,表的最大特点是其元素个数可在程序运行期间动态变化。表的元素也可以是结构或表, 且这时其元素可以属于
15、不同领域。例如： name(LiMing), age(20), sex(male), address(xian) 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 都是合法的表。 后一个例子说明, 表也可以嵌套。,表的说明方法是在其组成元素的说明符后加一个星号*。 如： domains lists=string* predicates pl(lists) 就说明谓词pl中的项lists是一个由串string组成的表。,2. 常量与变量由上面的领域可知, Turbo PROLOG的常量有整数、实数、 字符、串、符号、结构、表和文件这八种数据类型。同理, Turbo PROLOG的变量也就有这八种取值。另外, 变量名要求必须是以大写字母或下划线开头的字母、数字和下划线序列, 或者只有一个下划线。 这后一种变量称为无名变量。,3. 算术表达式Turbo PROLOG提供了五种最基本的算术运算：加、减、 乘、除和取模, 相应运算符号为+、 -、*、 /、 mod。 这五种运算的顺序为： *、/、 mod优先于+、 -。 同级从左到右按顺序运算, 括号优先。 例如： 数学中的算术表达式 PROLOG中的算术表达式 x+yz X+Y*Zab-c/d A*B-C/Du mod v U mod V(表示求U除以V所得的余数),
