Prolog. Синтаксис языка Prolog

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«СЕВЕРО-КАВКАЗКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ГУМАНИТАРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ»

СРЕДНЕПРОФЕССИОНАЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ

Реферат

По дисциплине: «Системы искусственного интеллекта»

На тему: «Prolog. Синтаксис языка Prolog»

Выполнил:

Студент группы гр. ПКС - 3 - 131

Тарасенко Д.В.

Проверила:

преподаватель Сергеева В.А.

г. Черкесск, 2015 г

Введение

Prolog -- язык логического программирования. Логическое программирование, так же как и родственное ему направление -- функциональное программирование, радикально отклоняется от основного пути развития языков программирования. Логическое программирование строится не с помощью некоторой последовательности абстракций и преобразований, отталкивающейся от машинной архитектуры фон Неймана и присущего ей набора операций, а на основе абстрактной модели, которая никак не связана с каким-либо типом машинной модели. Логическое программирование базируется на убеждении, что не человека следует обучать мышлению в терминах операций компьютера (на некотором историческом этапе определенные ученые и инженеры считали подобный путь простым и эффективным), а компьютер должен выполнять инструкции, свойственные человеку. В своем предельном и чистом виде логическое программирование предполагает, что сами инструкции даже не задаются, а вместо этого явно, в виде логических аксиом, формулируются сведения о задаче и предположения, достаточные для ее решения. Такое множество аксиом является альтернативой обычной программе. Подобная программа может выполняться при постановке задачи, формализованной в виде логического утверждения, подлежащего доказательству, -- такое утверждение называется целевым утверждением. Выполнение программы состоит в попытке решить задачу, т. е. доказать целевое утверждение, используя предположения, заданные в логической программе.

Логическое программирование -- это подход к информатике, при котором в качестве языка высокого уровня используется логика предикатов первого порядка в форме фраз Хорна. Логика предикатов первого порядка -- это универсальный абстрактный язык предназначенный для представления знаний и для решения задач. Его можно рассматривать как общую теорию отношений. Логическое программирование базируется на подмножестве логики предикатов первого порядка, при этом оно одинаково широко с ней по сфере охвата. Логическое программирование дает возможность программисту описывать ситуацию при помощи формул логики предикатов, а затем, для выполнения выводов из этих формул, применить автоматический решатель задач (т. е. некоторую процедуру). При использовании языка логического программирования основное внимание уделяется описанию структуры прикладной задачи, а не выработке предписаний компьютеру о том, что ему следует делать. Другие понятия информатики из таких областей, как теория реляционных баз данных, программная инженерия и представление знаний, также можно описать (и, следовательно, реализовать) с помощью логических программ. Однако вернемся к языку Prolog: первая часть введения посвящена истории языка Prolog.

История создания и развития языка

Разработка языка Prolog началась в 1970 году Аланом Кулмероэ и Филиппом Расселом. Их целью было создание языка, который мог бы делать логические заключения на основе заданного текста. Название Prolog является сокращением от "Programming in logic". Итак, Prolog, как язык, был разработан в Марселе в 1972 году. Предварительно на основе некоторого "принцип резолюции" Ковальского, сотрудника Эдинбургского университета, была создана модель, на основе которой и был разработан механизм логических выводов.

Первая реализация языка Prolog с использованием компилятора Никлауса Вирта "Algol-W" была закончена в 1972 году, а основы современного языка были заложены позднее, в 1973 г. Использование языка Prolog постепенно распространялось среди тех, кто занимался логическим программированием, в основном благодаря личным контактам, а не через коммерциализацию продукта. В настоящее время существует несколько различных, но довольно похожих между собой версий языка. Хотя стандарта языка Prolog не существует, однако версия, разработанная в Эдинбургском университете, стала наиболее широко используемым вариантом. Здесь надо отметить тот факт, что недостаток разработок эффективных приложений Prolog сдерживал его распространение вплоть до 1980 г.

Теория логического программирования со временем совершенствовалась. Существенный вклад в ее развитие внесла работа Р. Ковальского "Логика предикатов как язык программирования". В 1976 г. Ковальский и М. ван Эмден предложили два подхода к прочтению текстов логических программ -- процедурный и декларативный. Оба этих подхода стали активно использоваться при написании программ на языке Prolog.

Только в 1977 году Д. Уоррен и Ф. Перейра создают в университете Эдинбурга интерпретатор/компилятор языка Prolog для ЭВМ DEC-10, тем самым переведя методы логического программирования в практическую плоскость. Позднее в 1980 году К. Кларк и Ф. Маккейб в Великобритании разработали версию Prolog для персональных ЭВМ.

Интересный факт: в октябре 1981 года мир облетела новость о японском проекте создания ЭВМ пятого поколения. В основу методологии разработки программных средств было положено логическое программирование. Целью проекта декларировалось создание систем обработки информации, базирующихся на знаниях, а главным средством реализации должен был стать именно язык Prolog.

В это же время (начало 1980-х годов) появляется множество коммерческих реализаций Prolog практически для всех типов компьютеров. К наиболее известным можно отнести "CProlog", "Quintus Prolog", "Silogic Knowledge Workbench", "Prolog-2", "Arity Prolog", "Prolog-86", "Тurbo Prolog" и др. В данной статье мы опирались на версию языка "SWI-Prolog".

Существует мнение, что Prolog -- уже почти умерший язык, что он за небольшой промежуток времени (1970-1980-е годы) смог пройти весь жизненный цикл -- от начальных разработок, стремительного повышения интереса со стороны узких специалистов, затем стремительный взлет популярности, падение интереса и почти полное забвение. Мнение вызвано тем, что такая судьба -- обычное явление в мире информационных технологий, где новые, более совершенные, дидактически верные и теоретически более красивые языки программирования возникают каждый год и тихо умирают. Сторонники мнения аргументируют его тем, что структура Prolog-программ очень трудна для восприятия из-за того, что иногда невозможно визуально предугадать ход логического вывода -- единственный предикат-факт, запрятанный где-то в конце текста программы, может направить работу в совершенно непредсказуемое русло. В некотором они правы: трудность сопровождения Prolog-программ и трудность мышления на Prolog для рядовых программистов оказались непреодолимыми препятствиями для его широкого распространения. Да и, конечно, во времена разработки Prolog ждали от него большего, но потом оказалось, что сам по себе язык программирования помочь в решении серьезнейших задач, например, связанных с принятием компьютером решений (machine reasoning), не может.

Но всё же язык Prolog используется и сегодня при решении целого класса достаточно специфических задач. Об этом -- в следующей части.

Сферы использования

У каждого из языков программирования есть свой круг задач, при решении которых он используется с наибольшей эффективностью. Для Prolog это задачи, связанные с разработкой систем искусственного интеллекта (различные экспертные системы, программы-переводчики, интеллектуальные игры). Он используется для обработки естественного языка и обладает мощными средствами, позволяющими извлекать информацию из баз данных, причем методы поиска, используемые в нем, принципиально отличаются от "традиционных".

Prolog нашел применение и в ряде других областей, например, при решении задач составления сложных расписаний. При этом он не является универсальным языком программирования и не предназначен, например, для решения задач, связанных с графикой или численными методами.

Prolog используется в различных системах, но обычно не в качестве основного языка, а в качестве языка для разработки некоторой части системы. Так Prolog достаточно часто используется для написания функций взаимодействия с базами данных.

Prolog используется при разработки расширеных поисковых систем, то есть систем, которые не просто озанимаются поиском текста (поиск текста -- задача техническая, инженерная), но и играют роль некоторой "отвечающей системы" -- программного комплекса, который умеет извлекать информацию (знания) из большой выборки текстовых файлов, а затем вести диалог с пользователем, отвечая (в обычном понимании этого слова) на вопросы посвященный этой теме). Почему в таком случае используется именно Prolog, а не какой-либо другой язык? Потому что именно он разрабатывался для задач, связанных с так называемым "искусственным интеллектом".

Также Prolog используется при написании новых специфичных языков программирования. Например, функциональный язык Erland постороен на основе Prolog. По сути, Erland является усовершенствованием Prolog для некоторых специфических целей, связанных с задами реального времени.

Некоторые приложения в таких областях, как экспертные системы, планирование, машинное обучение, так называемый "искусственный интеллект" игр, реализованы именно с помощью Prolog. Так что, несмотря на то, что сферы использования этого языка, хоть и не так велики и обширны, как сферы применения "традиционных" языков (C, Java и т.п.), представляют свой интерес.

Теперь же от вводных слов перейдем к описанию синтаксиса языка Prolog, чтобы понять его возможности и особенности (по сравнению с "традиционными" языками).

Синтаксис языка Prolog

В этом разделе статьи речь пойдет о синтаксисе языка, то есть о совокупности правил написания различных элементов и предложений (синтаксических конструкций) данного языка программирования.

Так как синтаксис немного меняется от реализации к реализации, для начала сделаем небольшое "лирическое отступление" о реализациях языка Prolog, поскольку синтаксис меняется от реализации к реализации. Существует большое количество реализаций языка Prolog, как коммерческих, так и свободно распространяемых. Мы будем ориентироваться на SWI-Prolog (www.swi-prolog.org), разработанный в университете города Амстердам. Возможностей данной реализации вполне достаточно для первоначального знакомства с основами логического программирования. SWI-Prolog распространяется под лицензией GPL, что обеспечивает возможность его использования без нарушений чьих-либо коммерческих интересов. Эта версия языка Prolog доступна как пользователям ОС Linux, так и пользователям Windows. Теперь можно перейти собственно к описанию синтаксиса языка.

У каждого имеются свои представления о том, какая форма синтаксиса наиболее естественна и наглядна. К счастью, синтаксис Пролога довольно прост и не дает большого простора для вариаций. Один из спорных вопросов - как следует отличать переменные от атомов. Здесь для обозначения переменных используются имена, начинающиеся с прописной буквы, а для обозначения атомов - со строчной. Кроме того, мы допускаем атомы, составленные из последовательностей знаков, таких как '*', '.' и '='. Некоторые Пролог-системы придерживаются в отношении использования прописных и строчных букв обратного соглашения (когда имена переменных начинаются со строчной буквы). Другие различают имена переменных за счет того, что начинают их со специальной литеры, как, например, '_PERSON' или '*PERSON'. Это удобно для систем, где прописные и строчные буквы не различаются. Другим моментом, где возможны расхождения, является способ записи утверждений - как заголовок утверждения отделяется от тела, как разделяются отдельные цели в теле и как обозначаются вопросы к системе. Для этого вполне могут употребляться атомы, отличные от ':-', '.' и '?-', или использоваться более сложные методы. В одной из ранних систем заголовок и цели утверждения размещались одно за другим, причем перед заголовком утверждения ставили знак '+', а перед каждой из подцелей - знак '-'. Короче говоря, вам могут встретиться способы записи утверждений, приведенные ниже, а также и отличные от них.

uncle(X,Z):- parent(X,Y), brother(Y,Z).

Uncle(x,z) ‹- Parent(x,y) & Brother(y,z).

UNCLE(_X,_Z):- PARENT(_X,_Y), BROTHER(_Y,_Z).

+UNCLE(*X,*Z) -PARENT(*X,*Y) -BROTHER(*Y,*Z).

((UNCLE X1 ХЗ) (PARENT X1 Х2) (BROTHER X2 ХЗ))

uncle(X,Z): parent(X,Y); brother(Y,Z).

ТЕРМЫ. Заключение

Объекты данных в Прологе называются термами. Терм может быть константой, переменной или составным термом (структурой). Константами являются целые и действительные числа, например:

0, -l, 123.4, 0.23E-5,

(некоторые реализации Пролога не поддерживают действительные числа).

К константам относятся также атомы, такие, как:

голди, а, атом, +, :, 'Фред Блогс', [].

Атом есть любая последовательность символов, заключенная в одинарные кавычки. Кавычки опускаются, если и без них атом можно отличить от символов, используемых для обозначения переменных. Приведем еще несколько примеров атомов:

abcd, фред, ':', Джо.

Полный синтаксис атомов описан ниже.

Как и в других языках программирования, константы обозначают конкретные элементарные объекты, а все другие типы данных в Прологе составлены из сочетаний констант и переменных.

Имена переменных начинаются с заглавных букв или с символа подчеркивания "_". Примеры переменных:

X, Переменная, _3, _переменная.

Если переменная используется только один раз, необязательно называть ее. Она может быть записана как анонимная переменная, состоящая из одного символа подчеркивания "_". Переменные, подобно атомам, являются элементарными объектами языка Пролог.

Завершает список синтаксических единиц сложный терм, или структура. Все, что не может быть отнесено к переменной или константе, называется сложным термом. Следовательно, сложный терм состоит из констант и переменных.

Теперь перейдем к более детальному описанию термов.

КОНСТАНТЫ

Константы известны всем программистам. В Прологе константа может быть атомом или числом.

ATOM язык prolog синтаксис

Атом представляет собой произвольную последовательность символов, заключенную в одинарные кавычки. Одинарный символ кавычки, встречающийся внутри атома, записывается дважды. Когда атом выводится на печать, внешние символы кавычек обычно не печатаются. Существует несколько исключений, когда атомы необязательно записывать в кавычках. Вот эти исключения:

1) атом, состоящий только из чисел, букв и символа подчеркивания и начинающийся со строчной буквы;

2) атом, состоящий целиком из специальных символов. К специальным символам относятся:

+ - * / ^ = : ; ? @ $ &

Заметим, что атом, начинающийся с /*, будет воспринят как начало комментария, если он не заключен в одинарные кавычки.

Как правило, в программах на Прологе используются атомы без кавычек.

Атом, который необязательно заключать в кавычки, может быть записан и в кавычках. Запись с внешними кавычками и без них определяет один и тот же атом.

Внимание: допустимы случаи, когда атом не содержит ни одного символа (так называемый 'нулевой атом') или содержит непечатаемые символы. (В Прологе имеются предикаты для построения атомов, содержащих непечатаемые или управляющие символы.) При выводе таких атомов на печать могут возникнуть ошибки.

ЧИСЛА

Большинство реализации Пролога поддерживают целые и действительные числа. Для того чтобы выяснить, каковы диапазоны и точность, чисел следует обратиться к руководству по конкретной реализации.

ПЕРЕМЕННЫЕ

Понятие переменной в Прологе отличается от принятого во многих языках программирования. Переменная не рассматривается как выделенный участок памяти. Она служит для обозначения объекта, на который нельзя сослаться по имени. Переменную можно считать локальным именем для некоторого объекта.

Синтаксис переменной довольно прост. Она должна начинаться с прописной буквы или символа подчеркивания и содержать только символы букв, цифр и подчеркивания.

Переменная, состоящая только из символа подчеркивания, называется анонимной и используется в том случае, если имя переменной несущественно.

ОБЛАСТЬ ДЕЙСТВИЯ ПЕРЕМЕННЫХ

Областью действия переменной является утверждение. В пределах утверждения одно и то же имя принадлежит одной и той же переменной. Два утверждения могут использовать одно имя переменной совершенно различным образом. Правило определения области действия переменной справедливо также в случае рекурсии и в том случае, когда несколько утверждений имеют одну и ту же головную цель. Этот вопрос будет рассмотрен в далее.

Единственным исключением из правила определения области действия переменных является анонимная переменная, например, “_” в цели любит(Х,_). Каждая анонимная переменная есть отдельная сущность. Она применяется тогда, когда конкретное значение переменной несущественно для данного утверждения. Таким образом, каждая анонимная переменная четко отличается от всех других анонимных переменных в утверждении.

Переменные, отличные от анонимных, называются именованными, а неконкретизированные (переменные, которым не было присвоено значение) называются свободными.

СЛОЖНЫЕ ТЕРМЫ, ИЛИ СТРУКТУРЫ

Структура состоит из атома, называемого главным функтором, и последовательности термов, называемых компонентами структуры. Компоненты разделяются запятыми и заключаются в круглые скобки.

Приведем примеры структурированных термов:

собака(рекс), родитель(Х,У).

Число компонент в структуре называется арностью структуры. Так, в данном примере структура собака имеет арность 1 (записывается как собака/1), а структура родитель -арность 2 (родитель/2). Заметим, что атом можно рассматривать как структуру арности 0.

Для некоторых типов структур допустимо использование альтернативных форм синтаксиса. Это синтаксис операторов для структур арности 1 и 2, синтаксис списков для структур в форме списков и синтаксис строк для структур, являющихся списками кодов символов.

СИНТАКСИС ОПЕРАТОРОВ

Структуры арности 1 и 2 могут быть записаны в операторной форме, если атом, используемый как главный функтор в структуре, объявить оператором (см. гл. 6).

СИНТАКСИС СПИСКОВ

В сущности, список есть не что иное, как некоторая структура арности 2. Данная структура становится интересной и чрезвычайно полезной в случае, когда вторая компонента тоже является списком. Вследствие важности таких структур в Прологе имеются специальные средства для записи списков. Возможности обработки списков рассматриваются в разд. 5.1.

СИНТАКСИС СТРОК

Строка определяется как список кодов символов. Коды символов имеют особое значение в языках программирования. Они выступают как средство связи компьютера с внешним миром. В большинстве реализации Пролога существует специальный синтаксис для записи строк. Он подобен синтаксису атомов. Строкой является любая последовательность символов, которые могут быть напечатаны (кроме двойных кавычек), заключенная в двойные кавычки. Двойные кавычки в пределах строки записываются дважды “”.

В некоторых реализациях Пролога строки рассматриваются как определенный тип объектов подобно атомам или спискам. Для их обработки вводятся специальные встроенные предикаты. В других реализациях строки обрабатываются в точности так же, как списки, при этом используются встроенные предикаты для обработки списков. Поскольку все строки могут быть определены как атомы или как списки целых чисел, и понятие строки является чисто синтаксическим, мы не будем более к нему возвращаться.

Список использованной литературы

Рудаков П. И., Финогенов К. Г. Язык ассемблера: уроки программирования. - М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2001. - 640 с.

Размещено на Allbest.ru