Функциональные;

Процедурные;

Объектно-ориентированные;

Декларативные (реляционные).

Программа, написанная на функциональном языке , выражает алгоритм решения задачи в терминах значений, которые возвращают функции. Таким образом, программа представляет набор функций, каждая из которых возвращает только одно значение определенного типа. Работа программы (алгоритм решения задачи) представляет собой последовательный вызов функций. К функциональным языкам относится С.

Программа, написанная на процедурном языке , выражает алгоритм решения задачи в терминах действий (процедур), которые необходимо выполнить. Отличие процедуры от функции заключается в том, что процедура может возвращать любое количество значений, в том числе и ни одного. Таким образом, работа программы представляет собой последовательный вызов процедур. К процедурным языкам относятся Pascal, Basic и т.д. Следует отметить, что в любом процедурном языке имеется возможность определения и использования функций, а в функциональном - процедур (функций, невозвращающих значений - обычно определяются с модификатором void).

Программа, написанная на объектно-ориентированном языке , представляет собой набор объектов, взаимодействующих между собой посредством посылки сообщений. Каждый объект характеризуется информационной составляющей (набором атрибутов) и поведенческой (набор событий и методов). Работа программы представляет собой последовательный обмен сообщениями (вызов методов) между объектами. К объектно-ориентированным языкам относятся Object Pascal, Visual Basic, С++, Java и т.д. Следует отметить, что в любом объектно-ориентрованном языке имеется возможность процедурного программирования.

Общим для всех перечисленных категорий языков является то, что в программе описывается, что и как необходимо сделать для решения задачи, т.е. описывается последовательность решения задачи.

Программа, написанная на декларативном языке , представляет собой описание предметной области через набор отношений (англ. relation) между объектами (сущностями) и формулировку цели (задачи), которую требуется решить. В отличие от перечисленных выше языков, в такой программе нет явного описания последовательности действий, необходимых для решения задачи. Как правило, процедура поиска решения выполняется автоматически с использованием соответствующего математического или логического аппарата, лежащего в основе языка и реализованная в его конкретном интерпретаторе 1 (компиляторе 2). К декларативным языкам относятся Prolog, SQL и т.д. Таким образом, несомненным достоинством декларативных языков является концентрация внимания разработчика на том, что надо сделать, а не как.

Другая классификация языков программирования основана на стиле программирования :

- императивные – программа представляет собой последовательность операторов (команд, выполняемых компьютером), с помощью которых программист должен объяснить компьютеру, как нужно решать задачу (функциональные, процедурные и объектно-ориентированные языки программирования);

- декларативные – программа представляет собой совокупность утверждений, описывающих предметную область или сложившуюся ситуацию, с помощью которых программист должен описать, что нужно решать (найти) – поиском решения будет заниматься императивная система программирования.

Известна классификация языков программирования по их близости либо к машинному, либо к естественному человеческому языку. Те, что ближе к компьютеру, относят к языкам низкого уровня (Ассемблер), а те, что ближе к человеку, называют языками высокого уровня (Basic, Pascal, Java и т.д.). В этом смысле декларативные языки можно назвать языками сверхвысокого или наивысшего уровня, поскольку они очень близки к человеческому языку и человеческому мышлению.

В 1965 году в работе «A machine oriented logic based on the resolution principle» 3 , опубликованной в 12 номере журнала «Journal of the ACM», Дж Робинсон представил метод автоматического поиска доказательства теорем в исчислении предикатов первого порядка, получивший название «принцип резолюции» . На самом деле, идея данного метода была предложена Эрбраном в 1931 году, когда еще не было компьютеров (Herbrand, «Une methode de demonstration», These, Paris, 1931). Робинсон модифицировал этот метод так, что он стал пригоден для автоматического (компьютерного) использования и разработал эффективный алгоритм унификации, составляющий базис его метода.

Идеи использования логики в качестве языка программирования зародилась в начале 1970-х годов. Первыми исследователями, которые занялись разработкой этой идеи, были Роберт Ковальски (Robert Kowalski) из Эдинбурга (теоретические основы, статьи 1971 и 1974 г.), Маартен ван Эмден (Maarten van Emden) из Эдинбурга (экспериментальная демонстрационная система) и Ален Колмероэ (Alain Colmerauer) из Марселя (реализация, 1973 г.). В 1973 году «группа искусственного интеллекта» во главе с Аленом Колмероэ создала в Марсельском университете программу, предназначенную для доказательства теорем. Эта программа использовалась при построении систем обработки текстов на естественном языке. Программа доказательства теорем получила название Prolog (фр. PROgrammation en LOGique) и послужила прообразом Пролога. Ходят легенды, что автором этого названия была жена Алена Колмероэ. Программа была написана на Фортране и работала довольно медленно.

Популяризации Пролога во многом способствовали:

Эффективная реализация (интерпретатор/компилятор) этого языка для ЭВМ DEC-10 Дэвидом Д. Г. Уорреном (David D.H. Warren) из Эдинбурга в 1977 г. Послужила прототипом для многих последующих реализаций Пролога. Что интересно, компилятор был написан на самом Прологе. Эта реализация Пролога, известная как «эдинбургская версия», фактически стала первым и единственным стандартом языка;

Разработка Кларком и Маккейбом (Великобритания) в 1980 году версии для персональных ЭВМ;

Японский проект создания компьютеров V поколения. В конце 1978 г. Министерство внешней торговли и промышленности (МВТП) Японии поручило разработать проект интеллектуальных ЭВМ, специально созданному для этих целей Токийскому институту вычислительной техники (ICOT) 4 . Сердцем этих компьютеров должен был стать не арифметический процессор, а специально оптимизированный для работы с прологоподобными программами.

В 1995 году был опубликован официальный стандарт ISO 5 /IEC 6 языка Пролог (ISO/IEC 13211-1 «Information technology - Programming languages - Prolog - Part 1: General core» - «Информационные технологии. Языки программирования. Пролог. Часть 1. Общее ядро»).

На сегодня существует довольно много реализаций Пролога. Наиболее известные из них следующие: BinProlog, AMZI-Prolog, Arity Prolog, CProlog, Micro Prolog, МПролог, Prolog-2, Quintus Prolog, SICTUS Prolog, Silogic iis Workbench, Strawberry Prolog, SWI-Prolog, Turbo Prolog (PDC Prolog, Visual Prolog), UNSW Prolog и т. д. В нашей стране были разработаны такие версии Пролога как Пролог-Д (С. Григорьев), Акторный Пролог (А. Морозов), а также Флэнг (А. Манцивода, В. Петухин).

5. Дайте определение понятиям: « », « », « ».

9. Что понимается под « » и « » списка?

Логическое программирование базируется на убеждении, что не человека следует обучать мышлению в терминах операций компьютера, а компьютер должен выполнять инструкции, свойственные человеку. В чистом виде логическое программирование предполагает, что инструкции даже не задаются, а сведения о задаче формулируются в виде логических аксиом. Такое множество аксиом является альтернативой обычной программе. Подобная программа может выполняться при постановке задачи, формализованной в виде логического утверждения, подлежащего доказательству (целевого утверждения ).

Идея использования логики исчисления предикатов I порядка в качестве основы языка программирования возникла в 60-е годы, когда создавались многочисленные системы автоматического доказательства теорем и вопросно-ответные системы. В 1965 г. Робинсон предложил принцип резолюции, который в настоящее время лежит в основе большинства систем поиска логического вывода. Метод резолюций был использован в системе GPS (general problem solver). В нашей стране была разработана система ПРИЗ, которая может доказать любую теорему из школьного учебника геометрии.

Язык программирования PROLOG (programming in logic) был разработан и впервые реализован в 1972 г. группой сотрудников Марсельского университета во главе с Колмероэ. Группа занималась проблемой автоматического перевода с одного языка на другой. Основа этого языка - исчисления предикатов I порядка и метод резолюций.

При программировании на Прологе усилия программиста должны быть направлены на описание логической модели фрагмента предметной области решаемой задачи в терминах объектов предметной области, их свойств и отношений между собой, а не деталей программной реализации. Фактически Пролог представляет собой не столько язык для программирования, сколько язык для описания данных и логики их обработки. Программа на Прологе не является таковой в классическом понимании, поскольку не содержит явных управляющих конструкций типа условных операторов, операторов цикла и т. д. Она представляет собой модель фрагмента предметной области, о котором идет речь в задаче. И решение задачи записывается не в терминах компьютера, а в терминах предметной области решаемой задачи, в духе модного сейчас объектно-ориентированного программирования.

Суть Пролога – программирование в терминах целей. Программист описывает условие задачи, пользуясь понятиями объектов различных типов и отношений между ними, и формулирует вопрос. PROLOG-система обеспечивает ответ на вопрос, находя автоматически последовательность вычисления решения, используя встроенную процедуру поиска. До 1981 г. число исследователей, занимавшихся логическим программированием, составляло около сотни во всем мире. В 1981 году PROLOG был выбран в качестве базового языка компьютеров пятого поколения, и количество исследователей логического программирования резко возросло. Одной из наиболее интересных тем исследований является связь логического программирования с параллелизмом.

Где же используется Пролог в настоящее время? Это область автоматического доказательства теорем, построение экспертных систем, машинные игры с эвристиками (например, шахматы), автоматический перевод с одного языка на другой.

В настоящее время создано достаточно много реализаций языка Пролог: Wisdom Prolog, SWI Prolog, Turbo Prolog, Visual Prolog, Arity Prolog и т.д.

В нашем курсе будем использовать SWI Prolog. SWI-Prolog развивается с 1987 года. Его создателем и основным разработчиком является Ян Вьелемакер (Jan Wielemaker). Название SWI происходит от Sociaal-Wetenschappelijke Informatica (гол. социально-научная информатика), первоначального названия группы в Амстердамском университете, где работает Вьелемакер.

SWI-Prolog позволяет разрабатывать приложения любой направленности, включая Web-приложения и параллельные вычисления, но основным направлением использования является разработка экспертных систем, программ обработки естественного языка, обучающих программ, интеллектуальных игр и т.п. Это интерпретатор. Файлы, содержащие программы, написанные на языке SWI Prolog, имеют расширение pl.

SWI-Prolog-Editor является средой программирования для языка SWI-Prolog, включающую редактор программ с подсветкой синтаксиса, интерпретатор и отладчик программ. Основным назначением среды является обучение логическому программированию на языке Prolog.

Сначала устанавливаем SWI Prolog, затем - SWI Prolog Editor. Для запуска редактора SWI Prolog Editor необходимо запустить файл SwiplEdit.exe. Для настройки работы интерпретатора в специальном окне редактора, следует установить путь к интерпретатору, выполнив в редакторе команду Окно-Конфигурация на закладке Программы установить в строке Папка Пролога путь к интерпретатору. Там же, на закладке Настройки необходимо установить поле Codepage равным cp1251. Настройка кодовой страницы необходима для правильного сопоставления строковых констант, набранных русским алфавитом, между текстом программы в среде SWI-Prolog-Editor и языком SWI-Prolog. Для запуска программы из панели редактирования программ ее следует сохранить и нажать функциональную клавишу F9 или соответствующий значок на панели инструментов. В случае успешной загрузки на панели запросов появится:

Consult(<имя файла>).

Загрузить файл можно так же с помощью команды: [<имя файла>].

После любой модификации программу требуется заново загрузить в память. Перезапуск интерпретатора Пролога осуществляется нажатием Ctrl+F9 или соответствующего значка на панели инструментов.

Для выхода из интерпретатора Пролога используется команда: halt.

Факты и правила

Как уже отмечалось Пролог использует исчисление предикатов первого порядка. Предикаты определяют отношения между объектами. Рассмотрим дерево родственных отношений:

Рисунок 10 - Дерево родственных отношений

Пример 1: Это дерево можно описать следующей Пролог-программой.

родитель(пам, боб).

родитель(том, боб).

родитель(том, лиз).

родитель(боб, энн).

родитель(боб, пат).

родитель(пат, джим).

У нас имеется отношение родитель между двумя объектами. Описаны 6 фактов наличия отношений между конкретными объектами. Имена объектов начинаются с маленьких букв (они являются константами). В Прологе принято соглашение, что константы начинаются с маленькой буквы, а переменные – с большой. После набора такой Пролог-программы в редакторе можно загрузить программу в Пролог и задавать вопросы, касающиеся отношения родитель.

Запрос к программе набирается после приглашения?- и должен заканчиваться точкой. Для выполнения набранного запроса необходимо нажать Enter. Ответ будет выдан под запросом. Запрос может быть набран в несколько строк - для перехода на новую строку используется клавиша Enter. В том случае, если строка будет заканчиваться точкой и будет нажата клавиша Enter SWI-Prolog начнет выполнение запроса. Если возможны несколько вариантов ответа на запрос, то для получения каждого следующего используется клавиша Enter. Варианты ответов SWI-Prolog отделяет друг от друга точкой с запятой. Прекратить выполнение программы (выдачу альтернативных ответов) можно нажав клавишу «a».

Вопросы могут быть простые и сложные (в качестве связки «и» при составлении сложного вопроса используется запятая). Ответы Пролог-системы выводятся сразу после вопроса. Могут быть следующие варианты ответов:

• No (соответствует нет или не найдены значения переменных в вопросе);

  Перечисляются возможные значения переменных в вопросе. При этом при нажатии клавиши «a» поиск решений прекращается, а при нажатии клавиши Enter, продолжается поиск новых решений до тех пор, пока не будут найдены все. Альтернативные решения разделяются точкой с запятой. Вывод завершается словом Yes, если не все решения были найдены и No, если других решений не осталось.

Вопрос относительно отношения родитель	Вопрос в Пролог-системе	Ответ Пролог-системы
Боб является родителем Пат?	родитель(боб,пат).
Пат – ребенок Лиз?	родитель(лиз,пат).
Кто родители Лиз?	родитель(X,лиз).
Кто дети Энн?	родитель(энн, X).
Кто дети Боба?	родитель(боб,X).
Есть ли дети у Лиз?	родитель(лиз,_).
Кто чей родитель?	родитель(X,Y).
Кто внуки Тома?	родитель(том,X), родитель(X,Y).
Кто родители родителей Джима?	родитель(X,джим), родитель(Y,X).

Итак, в простейшем случае Пролог-программа описывает факты и правила.

Факт – это безусловное утверждение (всегда истинное), характеризующее объект с некоторой стороны или устанавливающее отношение между несколькими объектами. Факт не требует доказательств. Факт имеет следующий вид:

<имя предиката>(O 1 ,O 2 ,…,O n).

Обратим внимание на то, что в конце факта ставится точка. <имя предиката> должно начинаться со строчной буквы и может содержать буквы, цифры, знаки подчеркивания. О i (i = 1,..,n) - аргументы предиката могут быть конкретными объектами (константами) или абстрактными объектами (переменными). Если конкретные объекты начинаются с буквы, то эта буква должна быть строчной.

Переменные начинаются с прописной буквы или символа подчеркивания. Переменная в Прологе, в отличие от алгоритмических языков программирования, обозначает объект, а не некоторую область памяти. Пролог не поддерживает механизм деструктивного присваивания, позволяющий изменять значение инициализированной переменной, как императивные языки. Переменные могут быть свободными или связанными. Свободная переменная – переменная, которая еще не получила значения. Она не равняется ни нулю, ни пробелу; у нее вообще нет никакого значения. Такие переменные еще называют неконкретизированными. Переменная, которая получила какое-то значение и оказалась связанной с определенным объектом, называется связанной. Если переменная была конкретизирована каким-то значением и ей сопоставлен некоторый объект, то эта переменная уже не может быть изменена.

Областью действия переменной в Прологе является одно предложение. В разных предложениях может использоваться одно и то же имя переменной для обозначения разных объектов. Исключением из правила определения области действия является анонимная переменная, которая обозначается символом подчеркивания. Анонимная переменная предписывает интерпретатору проигнорировать значение переменной. Если в правиле несколько анонимных переменных, то все они отличаются друг от друга, несмотря на то, что записаны с использованием одного и того же символа.

Правило – утверждение, которое истинно при выполнении некоторых условий. Правило состоит из условной части (тела) и части вывода (головы). Головой правила является предикат, истинность которого следует установить. Тело правила состоит из одного или нескольких предикатов, связанных логическими связками: конъюнкция (обозначается запятой), дизъюнкция (обозначается точкой с запятой) и отрицание (означается not или \+). Правило имеет следующий вид:

<голова правила > :–­­­­ <тело правила>.

В конце правила так же ставится точка. Можно считать, что факт – это правило, имеющее пустое тело.

С помощью правил можно описывать новые отношения.

Пример: Пусть имеется двуместное отношениеродительи одноместное отношение мужчина. Эти отношения описываются в виде фактов. Опишем новое двуместное отношениедед, используя правила.Xявляется дедомY, если существует цепочка:X– родительZ,Z– родительY, при этомXдолжен быть мужчиной.

дед(X,Y):–­­­­родитель(X,Z),родитель(Z,Y),мужчина(X).

Пример: Пусть имеется двуместное отношение родитель, описанное в виде фактов. Опишем новое двуместное отношение предок, используя правила. X является предком Y, если X – родитель Y или существует цепочка людей между Х и Y, связанных отношением родитель.

предок(X,Y):–­­­­родитель(X,Y).

предок(X,Y):–­­­­родитель(X,Z),предок(Z,Y).

Эти правила можно записать по-другому:

предок(X,Y):–­­­­родитель(X,Y);­­­

родитель(X,Z),предок(Z,Y).

В данном примере получили рекурсивное определение отношения предок.

Пример. Определим двуместное отношение дальний_родственник с помощью правила, используя имеющееся отношение предок. X является дальним родственником Y, если они связаны отношением предок, но при этом не связаны отношением родитель.

дальний_родственник (X,Y):–­­­предок(X,Y),not(родитель(X,Y));­­­

предок(Y,X),not(родитель(Y,X)).

В правой части правила для сравнения можно использовать знаки @<, @=<, @>=, @> для проверки на упорядоченность, == для проверки на равенство и \== для проверки на неравенство.

Данный урок посвящен базовым понятиям языка Prolog. Так, на уроке будут изучаться основы написания программ на Прологе

Для начала вспомним нормальную форму Бэкуса-Наура (БНФ) , которая была создана для формального описания синтаксиса языков программирования в 1960 году . Ее авторы — Джон Бэкус и Питер Наур.

Итак, в БНФ приняты следующие обозначения:

Символ::= читаемый как «по определению» («это», «есть»). Слева от символа располагается объясняемое понятие, справа — разъясняющая конструкция. Например,

<Имя> ::= <Идентификатор>

Части выражения, используемые для обозначения синтаксической конструкции языка, берутся в угловые скобки; в нашем примере это <Имя> и <Идентификатор> .

Символ | означает логическое «или» и применяется для разделения различных равнозначных альтернативных объяснений определяемого понятия.

Используя данный символ можно, например, определить десятичную цифру:

<цифра> ::= 0|1|2|3|4|5|6|7|8|9

Если часть конструкции заключена в квадратные скобки , то это означает, что она является необязательной, т.е. может отсутствовать.

Так запись

<Целое число> ::= [-]<Положительное целое число>

говорит о том, что целое число можно объяснить как положительное целое число, перед которым может стоять знак минус (а может и не стоять).

Символ * указывает на то, что стоящая перед ним синтаксическая конструкция может повторяться произвольное количество раз (начиная с ноля и выше). Вместо символа * иногда используются фигурные скобки ({, }), по сути равнозначные ему.

Снова определим положительное целое число, используя нотацию БНФ:

<Положительное целое число> ::= <цифра>[<цифра>]*.

Что означает, что положительное целое число состоит из одной или нескольких цифр.

Структура программы на языке Prolog

Стандартная программа на языке состоит из следующих разделов :

1. Constants

Необязательный раздел определения констант.

2. Domains

Раздел описания доменов (аналогичен описанию типов данных).

В Turbo Prolog можно выделить простые типы данных :
char — символьный тип
integer — целое число
real — вещественное число
string — последовательность символов типа char, которая заключена в кавычки
symbol — последовательность букв латинского алфавита, цифр и знаков подчеркивания, которая начинается со строчной буквы (тогда без кавычек) или заключена в кавычки (тогда можно с прописной буквы)

3. Predicates

Раздел описания предикатов (аналогичен разделу описания процедур и функций); по сути представляет собой шаблон написания фактов в разделе Clauses.

4. Clauses

Утверждения (аналог: тело основной программы).

5. Goal

Целевое утверждение – «цель».

Задание prolog 2_1: Запустите компилятор . Создайте новый файл и наберите код программы, выводящий ответ на вопрос «Любит ли Мэри яблоки?» (ответ true или false). Код представлен ниже:

domains a= symbol predicates likes (a, a) clauses likes (mary, apples) .

domains a=symbol predicates likes (a,a) clauses likes (mary,apples).

Перейдите в окно Dialog (меню Run) и введите запрос:

likes(mary, apples)

likes(mary,apples)

В результате в окне должен появиться ответ true

Факты и правила

Часто программу, написанную на Прологе, называют базой знаний .

База знаний на Прологе состоит из предложений , т.е. утверждений, каждое из которых завершается точкой .

Существует два вида предложений: факты и правила .

Предложения-правила имеют вид:

A:- B1,… , Bn.

Где A — это заголовок или голова предложения, а B1,..., Bn – это тело .

Факт обычно утверждает , что между объектами выполнено некоторое отношение и состоит из :

• отношения
• объекта или объектов, заключенных в круглые скобки (аргументы)
• завершается точкой (.)

Пример факта:

likes (bill, dogs) .

likes (bill, dogs).

где likes — факт
bill , dogs — аргументы факта, между которыми выполнено отношение (likes)

Т.к. отношение в математической логике принято называть предикатами , то и мы иногда будем использовать понятие «предикат» вместо «факта» или «правила» .

Таким образом, предикат (факт) может состоять либо только из имени, либо из имени и следующей за ним последовательности параметров (аргументов) , которые заключаются в скобки.

Если факт состоит только из заголовка, то можно сказать, что факт – это предложение, у которого тело пустое .

Аргументом факта или предиката может быть константа , переменная или составной объект; от их числа зависит так называемая местность (n-местность) факта.

Отличие константы от переменной: константа получает свое значение в разделе описания констант , тогда как переменная инициализируется в процессе работы программы .

В TProlog имя предиката или факта может содержать: латинские буквы, цифры, знаки подчеркивания и начинаться с буквы или знака подчеркивания.

В следующем примере наводите курсор на части конструкций, и появится подсказка:

likes (bill, dogs). - Билл любит собак.
bird (vorobej). Птица – воробей.

Таким образом, в примере likes — это имя двухаргументного предиката (факта), у которого строковая константа « bill » является первым аргументом, а « dogs » — вторым аргументом.

Аргументы с известными или постоянными значениями должны начинаться со строчных букв

Задание prolog 2_2: Дано начало программы (раздел domains и predicates) для базы данных «Возраст ребенка» . Составить факты для программы, основываясь на данных указанных разделов и следующих сведений: Ивану 2 года, Алексу 3 года, Марии — 5 лет.

domains a= symbol b= integer predicates age(a, b) clauses age(...,... ) . ... (...,... ) . ... (...,... ) .

domains a=symbol b=integer predicates age(a,b) clauses age(...,...). ...(...,...). ...(...,...).

Наберите код программы в компиляторе.

Цели

Цель — это формулировка задачи, которую программа должна решить. Цель также служит «триггером» для запуска программы.

Турбо-Пролог использует как , которые содержатся в программе, так и , которые вводятся с клавиатуры после запуска программы. Здесь существует два варианта:

1. Если цель является фактом , то Турбо-Пролог отвечает True (истина) или False (ложь):

goal likes(mary,X).

Дословно: Что любит Мэри?

Важно: Переменные начинаются с прописных букв

* Понятие переменной в Прологе будет рассмотрено в .

Таким образом, цель состоит из взаимосвязанных предикатов. Ее структура точно такая же, как у факта. Т.е. цель зачастую совпадает с правилом или фактом .

Так, наш пример может быть как фактом, так и целью:

likes(mary,apples). — Мэри любит яблоки и Любит ли Мэри яблоки?

Алгоритм составления программы

Программа для компилятора TProlog состоит из разделов, рассмотренных в примере:

clauses likes (mary,apples). likes(mary,oranges). color(apples,red).

Факты

goal likes(mary, X) , write ("mary lyubit ", X) .

goal likes(mary,X),write("mary lyubit ", X).

Запрос

Результатом примера будет: «mary lyubit apples» .

В данном примере цель записана в виде раздела GOAL прямо в программе, но нужно иметь в виду, что чаще всего цели, требующие логический ответ (правда или ложь), записываются в окне Dialog (goal в программе тогда не пишется)

Бесконечный цикл

В примере, описанном выше, в результате выдается значение только первого из трех фактов:

clauses likes (mary, apples) . likes(mary, oranges) . color(apples, red) . goal likes(mary, X) , write ("mary lyubit ", X) .

clauses likes (mary,apples). likes(mary,oranges). color(apples,red). goal likes(mary,X),write("mary lyubit ", X).

Результат выдает только apples . Хотя еще есть oranges.

Чтобы выдать все значения, необходимо организовать бесконечный цикл , который в коде выглядит как оператор fail , установленный в конце раздела GOAL

Раздел gaol того же примера, но с бесконечным циклом будет выглядеть так:

goal likes(mary, X) , write ("mary lyubit ", X) , nl , fail .

goal likes(mary,X),write("mary lyubit ", X),nl,fail.

nl — означает переход на следующую строку (каждое значение выводится с новой строки).
Результат:
«mary lyubit apples» .
«mary lyubit oranges» .

Код программы целиком:

domains a= symbol predicates likes (a, a) clauses likes (mary, apples) . likes(mary, oranges) . color(apples, red) . goal likes(mary, X) , write ("mary lyubit ", X) , nl , fail .

domains a=symbol predicates likes (a,a) clauses likes (mary,apples). likes(mary,oranges). color(apples,red). goal likes(mary,X),write("mary lyubit ", X),nl,fail.

Рассмотрим еще один пример.

Пример: Составить базу фактов по стихотворению «Дом, который построил Джек» .
Составить разные запросы к базе данных (выполнить часть запросов в окне Dialog , а другую часть в разделе Goal программы).

Код программы без запросов:

domains a= symbol predicates построил (a, a) хранится (a, a) ворует (a, a) ловит (a, a) треплет (a, a) доит (a, a) бранится (a, a) будят (a, a) clauses построил (джек, дом) . хранится (пшеница, чулан_дома) . ворует (птица_синица, пшеница) . ловит (кот, птица_синица) . треплет (кот, птица_синица) . треплет (пес, кот) . доит (старушка, корова) . бранится (пастух, старушка) . будят (два_петуха, пастух) .

domains a=symbol predicates построил (a,a) хранится (a,a) ворует (a,a) ловит (a,a) треплет (a,a) доит (a,a) бранится (a,a) будят (a,a) clauses построил (джек,дом). хранится (пшеница, чулан_дома). ворует (птица_синица, пшеница). ловит (кот, птица_синица). треплет (кот, птица_синица). треплет (пес, кот). доит (старушка, корова). бранится (пастух, старушка). будят (два_петуха, пастух).

Выполнение запросов в окне dialog:

Построил (Х, дом). /*Кто построил дом?*/

Ответ: Х=Джек

? – ловит (кот, Y) /*Кого ловит кот?*/

Ответ: Y= птица_синица

? – хранится (X, чулан_дома), ворует (X,Y). /*Что хранится в чулане дома и кто ворует это */

Ответ: X = пшеница, Y= птица_синица

Выполнение запросов в разделе Goal:

goal postroil(X, house) , write (X) , nl , fail .

goal postroil(X,house),write(X),nl,fail.

Задание prolog 2_3:

1. Составить базу данных «Именины и хобби друзей» .

• чьи именины в сентябре?
• когда именины у Ивана?
• кто любит танцы?
• кто любит книги и спорт?
• что любит Петр?

domains a= symbol b= integer predicates birthday(a, b, a) likes(a, a) clauses birthday(nataly, 8 , september) . birthday(yana, 25 , august) . birthday(nina, 28 , september) . birthday(peter, 2 , august) . birthday(ivan, 12 , august) . likes(nataly, books) . likes(nataly, sport) . likes(yana, books) . likes(yana, dances) . likes(peter, music) . likes(peter, dances) . likes(ivan, sport) . likes(ivan, books) . Goal /* birthday(X,Y,september),write(X," rodilas ", Y, " sentyabrya"),nl,fail.*/

domains a=symbol b=integer predicates birthday(a,b,a) likes(a,a) clauses birthday(nataly, 8, september). birthday(yana, 25, august). birthday(nina, 28, september). birthday(peter, 2, august). birthday(ivan, 12, august). likes(nataly, books). likes(nataly, sport). likes(yana, books). likes(yana, dances). likes(peter, music). likes(peter, dances). likes(ivan, sport). likes(ivan, books). Goal /* birthday(X,Y,september),write(X," rodilas ", Y, " sentyabrya"),nl,fail.*/ … , write(…), nl, fail.

Задание prolog 2_4:

1. Составить базу данных «Предметы и преподаватели» , содержащую информацию о названии предмета, должности и фамилии преподавателя, номер семестра, отчетность.
2. Составить запросы к базе данных, исходя из приведенных ниже:

• по каким предметам экзамен?
• какой предмет и когда читает доцент морозов?
• какая отчетность по тои?
• кто и когда читает ПРЗ?

domains a= symbol b= integer predicates teach(a, a, a, b) vedomost(a, a) clauses teach(prz, assistent, ivanova, 2 ) . teach(toi, docent, morozov, 4 ) . teach(mpi, docent, petrova, 5 ) . vedomost(toi, exam) . vedomost(prz, zach) . vedomost(mpi, exam) . Goal /* vedomost(X,exam) ,write("exam po predmetu ", X),nl,fail. */ … , write (…) , nl , fail .

domains a=symbol b=integer predicates teach(a,a,a,b) vedomost(a,a) clauses teach(prz, assistent,ivanova,2). teach(toi, docent, morozov,4). teach(mpi,docent, petrova, 5). vedomost(toi, exam). vedomost(prz, zach). vedomost(mpi, exam). Goal /* vedomost(X,exam) ,write("exam po predmetu ", X),nl,fail. */ … , write(…), nl, fail.

* Для удобства после выполнения очередного запроса, комментируйте его (/* ... */) и приступайте к написанию кода следующего запроса.

* При использовании материалов обязательна ссылка на

В Прологе мы получаем решение задачи логическим выводом из ранее известных положений. Обычно программа на Прологе не является последовательностью действий, - она представляет собой набор фактов с правилами, обеспечивающими получение заключений на основе этих фактов. Поэтому Пролог известен как декларативный язык.

Пролог включает механизм вывода, который основан на сопоставлении образцов. С помощью подбора ответов на запросы он извлекает хранящуюся (известную) информацию. Пролог пытается проверить истинность гипотезы (другими словами, ответить на вопрос), запрашивая для этого информацию, о которой уже известно, что она истинна. Прологовское знание о мире - это ограниченный набор фактов (и правил), заданных в программе.

Одной из важнейших особенностей Пролога является то, что, в дополнение к логическому поиску ответов на поставленные вами вопросы, он может иметь дело с альтернативами и находить все возможные решения. Вместо обычной работы от начала программы до ее конца, Пролог может возвращаться назад и просматривать более одного "пути" при решении всех составляющих задачу частей.

Логика предикатов была разработана для наиболее простого преобразования принципов логического мышления в записываемую форму. Пролог использует преимущества синтаксиса логики для разработки программного языка. В логике предикатов вы, прежде всего, исключаете из своих предложений все несущественные слова. Затем вы преобразуете эти предложения, ставя в них на первое место отношение, а после него - сгруппированные объекты. В дальнейшем объекты становятся аргументами, между которыми устанавливается это отношение. В качестве примера в табл. представлены предложения, преобразованные в соответствии с синтаксисом логики предикатов.

Таблица 1. Синтаксис логики предикатов

2. Факты

На Прологе описываются объекты (objects ) и отношения (relations ), а затем описывает правила (rules ), при которых эти отношения являются истинными. Например, предложение

Билл любит собак. (Billlikesdogs.)

устанавливает отношение между объектами Bill и dogs (Билл и собаки); этим отношением является likes (любит). Ниже представлено правило, определяющее, когда предложение "Билл любит собак" является истинным:

Билл любит собак, если собаки хорошие. (Bill likes dogs if the dogs are nice.)

В Прологе отношение между объектами называется фактом (fact). В естественном языке отношение устанавливается в предложении. В логике предикатов, используемой Прологом, отношение соответствует простой фразе (факту), состоящей из имени отношения и объекта или объектов, заключенных в круглые скобки. Как и предложение, факт завершается точкой (.) .

Ниже представлено несколько предложений на естественном языке с отношением "любит" (likes):

Билл любит Синди. (Bill likes Cindy)

Синди любит Билла. (Cindy likes Bill)

Билл любит собак. (Bill likes dogs)

А теперь перепишем эти же факты, используя синтаксис Пролога:

likes(bill, cindy).

likes(cindy, bill).

likes (bill, dogs).

Факты, помимо отношений, могут выражать и свойства. Так, например, предложения естественного языка "Kermitisgreen" (Кермит зеленый) и "Caitlinisgirl" (Кейтлин - девочка) на Прологе, выражая те же свойства, выглядят следующим образом:

3. Предикаты

Отношение в Прологе называется предикатом. Аргументы - это объекты, которые связываются этим отношением; в факте

likes (bill, cindy).

отношение likes - это предикат, а объекты bill и cindy - аргументы.

Примеры предикатов с различным числом аргументов:

pred(integer, symbol)

person (last, first, gender)

birthday(firstName, lastName, date)

В примере показано, что предикаты могут вовсе не иметь аргументов.

4. Правила

Правила позволяют вам вывести один факт из других фактов. Другими словами, можно сказать, что правило - это заключение, для которого известно, что оно истинно, если одно или несколько других найденных заключений или фактов являются истинными. Ниже представлены правила, соответствующие связи "любить" (likes):

Синди любит все, что любит Билл. (Cindy likes everything that Bill likes)

Кейтлин любит все зеленое. (Caitlin likes everything that is green)

Используя эти правила, вы можете из предыдущих фактов найти некоторые вещи, которые любят Синди и Кейтлин:

Синди любит Синди. (Cindy likes Cindy)

Кейтлин любит Кермит. (Caitlin likes Kermit)

Чтобы перевести эти правила на Пролог, вам нужно немного изменить синтаксис:

likes(cindy, Something):- likes (bill, Something). ilikes(caitlin, Something):- green (Something) .

Символ:- имеет смысл "если", и служит для разделения двух частей правила: заголовка и тела. Можно рассматривать правило и как процедуру. Другими словами, правила

likes(cindy, Something):- likes (bill, Something).

likes(caitlin, Something):- green (Something).

означают: "Чтобы доказать, что Синди любит что-то, докажите, что Билл любит это " и "Чтобы доказать, что Кейтлин любит что-то, докажите, что это что-то зеленое" . С такой "процедурной" точки зрения правила могут "попросить" Пролог выполнить другие действия, отличные от доказательств фактов, например, напечатать что-нибудь.

5. Запросы (Цели)

Описав в Прологе несколько фактов, можно задавать вопросы, касающиеся отношений между ними. Это называется запросом (query) системы языка Пролог. Можно задавать Прологу такие же вопросы, которые мы могли бы задать вам об этих отношениях. Основываясь на известных, заданных ранее фактах и правилах, вы можете ответить на вопросы об этих отношениях, в точности так же это может сделать Пролог. На естественном языке мы спрашиваем: Does Bill like Cindy ? (Билл любит Синди?) По правилам Пролога мы спрашиваем:

likes(bill, cindy).

Получив такой запрос, Пролог ответит:

потому что Пролог имеет факт, подтверждающий, что это так. Немного усложнив вопрос, можно спросить на естественном языке: What does Bill like ? (Что любит Билл?) По правилам Пролога мы спрашиваем:

likes(bill, What).

Необходимо отметить, что второй объект - What -начинается с большой буквы, тогда как первый объект - bill - нет. Это происходит потому, что bill - фиксированный, постоянный объект - известная величина, aWhat - переменная.

Переменные всегда начинаются с заглавной буквы или символа подчеркивания!

Пролог всегда ищет ответ на запрос, начиная с первого факта, и перебирает все факты, пока они не закончатся . Получив запрос о том, что Билл любит, Пролог ответит:

Так, как ему известно, что

likes(bill, cindy).

likes(bill, dogs) .

Если бы мы спросили:

What does Cindy like? (Что любит Синди?)

likes(cindy, What).

то Пролог ответил бы:

поскольку Пролог знает, что Синди любит Билла, и что Синди любит то же, что и Билл, и что Билл любит Синди и собак.

Мы могли бы задать Прологу и другие вопросы, которые можно задать человеку. Но вопросы типа "Какую девушку любит Билл?" не получат решения, т. к. Прологу в данном случае не известны факты о девушке, а он не может вывести заключение, основанное на неизвестных данных: в этом примере мы не дали Прологу какого-нибудь отношения или свойства, чтобы определить, являются ли какие-либо объекты девушками.

6. Размещение фактов, правил и запросов

Предположим, есть следующие факты и правила:

Быстрая машина - приятная. (Afastcarisfun).

Большая машина - красивая. (A big car is nice).

Маленькая машина - практичная. (A little car is practical).

Биллу нравится машина, если она приятная. (Bill likes a car if the car is fun).

Исследуя эти факты, вы можете сделать вывод, что Биллу нравится быстрый автомобиль. В большинстве случаев Пролог придет к подобному решению. Если бы не было фактов о быстрых автомобилях, вы не смогли бы логически вывести, какие автомобили нравятся Биллу. Вы можете делать предположения о том, какой тип машин может быть крепким, но Пролог знает только то, что вы ему скажете. Пролог не строит предположений.

Вот пример, демонстрирующий, как Пролог использует правила для ответа на запросы. Посмотрите на факты и правила в этой части программы ch02e01.pro:

likes(ellen, tennis).

likes (John, football).

likes (torn, baseball).

likes (eric, swimming).

likes (mark, tennis).

likes (bill, Activity):- likes (torn, Activity).

Последняя строка в программе является правилом. Это правило соответствует предложению естественного языка:

Биллу нравится занятие, если Тому нравится это занятие. (Bill likes an activity if Tom likes that activity)

В данном правиле заголовок - это likes (bill, Activity), а тело - likes (torn, Activity). Заметим, что в этом примере нет фактов о том, что Билл любит бейсбол. Чтобы выяснить, любит ли Билл бейсбол, можно дать Прологу такой запрос:

likes (bill, baseball).

Пытаясь отыскать решение по этому запросу, Пролог будет использовать правило:

Загрузите программу ch02e01.pro в среду визуальной разработки VisualProlog и запустите ее утилитой TestGoal.

likes(symbol,symbol)

likes(ellen,tennis).

likes(John,football).

likes(torn,baseball).

likes(eric,swimming).

likes(mark,tennis).

likes(bill,Activity):-likes(torn, Activity).

likes(bill, baseball).

Утилита TestGoal ответит в окне приложения:

Система использовала комбинированное правило

likes(bill, Activity):- likes(torn, Activity).

likes(torn, baseball). для решения, что likes(bill, baseball).

Попробуйте также следующий запрос в GOAL-разделе:

likes (bill, tennis).

УтилитаTest Goal ответит:

поскольку:

· нет фактов, которые говорят, что Билл любит теннис;

· отношение Билла к теннису не может быть логически выведено с использованием данного правила и имеющихся в распоряжении фактов.

Тема 3. Язык программирования ПРОЛОГ

Лекция № 2

Язык программирования Visual Prolog

2. Представление знаний, структуры данных в программах на языке Пролог.

3. Функциональные возможности Visual Prolog

1. Основные конструкции языка Visual Prolog, разделы программы, дескриптивный, процедурный и машинный смысл программы на Прологе

Краткая историческая справка:

В начале 70 х годов группа специалистов Марсельского университета во главе с А. Колмероэ разработали специализированную систему для доказательств теорем на базе языка Фортран, которую использовали для обработки высказываний на естественном языке. В начале 80 годов в Отделении Вычислительных наук Датского Технического Университета сформировался коллектив программистов, которым в 1982 году был разработан интерпритатор языка пролог для VAX. В 1984 Лео Йенсен, Джон Гофман, Финн Гронсков разработали компилятор для IBM PC возникла фирма PDC (Prolog Development Center). Фирма Borland до 1990 Turbo Prolog затем права переданы PDC. С 1993 года под руководством Виктора Юхтенко в разработке Visual Prolog принимает участие группа PDC из СПб. Возглавляют проект в настоящее время Лео Йенсен, Томас Линдер Пулс, Виктор Юхтенко, Юрий Ильин.

1. Основные конструкции языка Visual Prolog

Имена

a. В Прологе, напомним, имена используются для обозначения символических кон­стант, доменов, предикатов и переменных. Имя состоит из буквы (или знака под­черкивания), за которой следует любая комбинация нуля или более букв, цифр или знаков подчеркивания. На имя накладываются два важных ограничения:

b. О имена символических констант должны начинаться со строчной буквы;

c. имена переменных должны начинаться с прописной буквы или знака подчерки­вания.

За исключением этих ограничений, вы можете использовать прописные и строчные буквы в программе как угодно. Например, можно сделать имя более читабельным, смешивая большие и маленькие буквы, как в переменной

MyLongestVariableNameSoFar

или используя знаки подчеркивания:

pair_who_might_make_ar_happy_couple (henry_yiii, ann_boleyn)

Компилятор Visual Prolog, кроме как для первой буквы, не делает отличий между прописными и строчными буквами. Это означает, что две переменные

одинаковы.

Ключевые слова

Следующие слова являются зарезервированными и их нельзя использовать как име­на, определенные пользователем:

abstract elsedef ifndef procedure

align endclass implement protected

as enddef include predicates

and erroneous language reference

class facts multi single

clauses failure nocopy static

constants global nondeterm struct

database goal object this

Специально определенные предикаты

Следующие предикаты обрабатываются компилятором специальным образом; эти имена нельзя переопределять в программе:

chain_insertafter

2. Разделы программы

Программа на языке Visual Prolog состоит из модулей, каждый из которых содержит несколько разделов. Раздел программы идентифицируется ключевым словом, как показано в табл. 23.1.

Опции компилятора Опции компилятора, заданные в начале модуля

constants Нуль или более символических констант

domains Нуль или более объявлений доменов

facts Нуль или более объявлений предикатов базы данных

predicates Нуль или более объявлений предикатов

goal Цель программы

clauses Нуль или более предложений

class Нуль или более объявлений открытых (и защищенных) предикатов, фактов и доменов

implement Нуль или более объявлений закрытых предикатов, фактов и доменов. Нуль или более предложений, реализующих откры­тые и закрытые предикаты (и инициализирующих факты)

abstract class Нуль или более объявлений открытых предикатов и доменов. не должны иметь реализацию

Чтобы создать программу, вы должны в ней указать цель. Программе необходимы, по меньшей мере, разделы predicates и clauses . Большинству программ нужен раздел domains для объявления списков, сложных структур и ваших собственных доменов.

При модульном программировании вы можете ставить перед ключевыми словами domains, predicates и facts ключевое слово global, указывая, что последующие объявления имеют глобальную область видимости и объявленные имена действи­тельны во всех программных модулях, которые включают объявления этих глобаль­ных разделов.

Программа может содержать несколько разделов domains, predicates, facts и clauses, а также несколько объявлений и реализаций классов,

Секция объявления объектов предметной области (domains sec­tion), которые будут использоваться в логической программе, например:

title, author = symbol pages = unsigned

секция объявления предикатов (predicates section), которые будут использоваться в логической программе, например:

book(title, pages) written_by(author, title) long_novel(title)

Секция логических предложений (clauses section), в которой указываются факты и правила, используемые системой Prolog для поиска решений поставленных перед ней задач, например:

секция цели (goal section), в которой формулируется задача для системы Prolog, например:

3. Дескриптивный, процедурный и машинный смысл программы на Прологе.

Обычно программа на Прологе не является последовательностью действий, - она представляет собой набор фактов с правилами, обеспечивающими получение заключений на основе этих фактов. По­этому Пролог известен как декларативный язык.

Программы на языке Пролог состоят из двух типов фраз: фактов и правил, также называемых предложениями.

· Факты - это отношения или свойства, о которых известно, что они имеют значение "истина".

· Правила - это связанные отношения; они позволяют Прологу логически вы­водить одну порцию информации из другой. Правило принимает значение "истина", если доказано, что заданный набор условий является истинным.

2. В Прологе все правила имеют 2 части: заголовок и тело, разделенные специаль­ным знаком: -.

· Заголовок - это факт, который был бы истинным, если бы были истинными несколько условий. Это называется выводом или зависимым отношением.

· Тело - это ряд условий, которые должны быть истинными, чтобы Пролог мог доказать, что заголовок правила истинен.

факты и правила- практически одно и то же, кроме того, что факты не имеют явного тела. Факты ведут себя так, как если бы они имели тело, которое всегда истинно.

Пролог всегда ищет решение, начиная с первого факта и/или правила, и просматри­вает весь список фактов и/или правил до конца.

Механизм логического вывода Пролога берет условия из правила (тело правила) и просматривает список известных фактов и правил, пытаясь удовлетворить условиям. Если все условия истинны, то зависимое отношение (заголовок правила) считается истинным. Если все условия не могут быть согласованы с известными фактами, то правило ничего не выводит.

Пролог базируется на предложениях Хорна, являющихся подмножеством формаль­ной системы, называемой логикой предикатов. Логика предикатов - это простейший способ объяснить, как "работает" мышление, и она проще, чем арифметика, которой вы давно пользуетесь.

Пролог использует упрощенную версию синтаксиса логики предикатов, он прост для понимания и очень близок к естественному языку.

Язык Пролог не предназначен для программирования задач с большим количеством арифметических операций. Для этого используются процедурные языки программирования. Однако в любую Пролог-систему включаются все обычные арифметические операторы:

Сложение - вычитание * умножение / деление mod остаток от деления целых чисел div целочисленное деление

Пролог включает механизм вывода, который основан на сопоставлении образцов. С помощью подбора ответов на запросы он извлекает хранящуюся (известную) ин­формацию. Пролог пытается проверить истинность гипотезы (другими словами - ответить на вопрос), запрашивая для этого информацию, о которой уже известно, что она истинна

Одной из важнейших особенностей Пролога является то, что, в дополнение к логи­ческому поиску ответов на поставленные вами вопросы, он может иметь дело с аль­тернативами и находить все возможные решения. Вместо обычной работы от начала программы до ее конца, Пролог может возвращаться назад и просматривать более одного "пути" при решении всех составляющих задачу частей.

2. Представление знаний, структуры данных в программах на языке Пролог.

2. структуры данных в программах на Прологе.

1. Представление знаний о предметной области в виде фактов и правил базы знаний Пролога.

Деревья относятся к рекурсивные структурам данных

Тип данных является рекурсивным, если он допускает структуры, содержащие такие же структуры, как и они сами.

Наиболее важным рекурсивным типом данных является список, хотя он и не выгля­дит непосредственно рекурсивной конструкцией.

Visual Prolog позволяет определить действительно рекурсивные типы, в которых ука­затели создаются и обрабатываются автоматически. Например, можно определить дерево следующим образом:

treetype = tree(string, treetype, treetype)

Эта декларация говорит о том, что дерево записывается как функтор tree, аргумен­тами которого являются строка и два других дерева.

Внутренняя база фактов (данных)

Внутренняя база фактов состоит из фактов, которые вы можете непосредственно добавлять и удалять из вашей программы на Visual Prolog во время ее исполнения. Вы можете объявлять предикаты, описывающие внутреннюю базу данных в разделе facts программы и применять эти предикаты таким же образом, как используются предикаты, описанные в разделе predicates.

Для добавления новых фактов в базу данных в Visual Prolog используются предикаты assert, asserta, assertz, а предикаты retract и retractall служат для удаления существующих фактов. Вы можете изменить содержание вашей базы фактов, снача­ла удалив факт, а потом вставив новую версию этого факта (или совершенно другой факт). Предикаты consult/1 и consult/2 считывают факты из файла и добавляют их к внутренней базе данных, a save/1 и save/2 сохраняют содержимое внутренней базы фактов в файле.

Visual Prolog интерпретирует факты, принадлежащие к базе данных, таким же обра­зом, как обычные предикаты. Факты предикатов внутренней базы фактов хранятся в таблице, которую можно легко изменять, тогда как обычные предикаты для дос­тижения максимальной скорости компилируются в двоичный код.

Ключевое слово facts (это синоним устаревшего слова database) определяет начало объявления раздела facts

Внешние базы данных в Visual Prolog

Система внутренних баз данных Visual Prolog, использующая предикаты asserta, assertz, retract и retractall, является простой и удобной. Однако она уступает в скорости работы с большими базами данных, отчасти из-за этих соображений была создана система внешних баз данных, с помощью которой можно, например, создать:

Систему управления запасами с большим количеством записей;

Экспертную систему со многими отношениями и небольшим количеством запи­сей сложной структуры;

Учетную систему для запоминания больших текстов в базе данных;

Пользовательскую базу, в которой данные связаны не реляционным путем.

2. структуры данных в программах на Прологе

Списки и рекурсия

Обработка списков, т. е. объектов, которые содержат произвольное число элемен­тов - мощное средство Пролога. В этой главе объясняется, что такое списки и как их объявлять. Затем приводится несколько примеров, в которых показано, как можно использовать обработку списков в задачах. Далее определяются два извест­ных предиката Пролога - member (член) и append (объединение) при рассмотрении процедурных и рекурсивных аспектов обработки списков.

После этого определяется стандартный предикат Visual Prolog - findall, который дает возможность находить и собирать все решения для одной цели.

Что такое список?

В Прологе список - это объект, который содержит конечное число других объектов. Списки можно грубо сравнить с массивами в других языках, но, в отличие от масси­вов, для списков нет необходимости заранее объявлять их размер.

Конечно, есть другие способы объединить несколько объектов в один. Если число объектов заранее известно, то вы можете сделать их аргументами одной составной структуры данных. Если число объектов не определено, то можно использовать ре­курсивную составную структуру данных, такую как дерево. Но работать со списками обычно легче, т. к. Visual Prolog обеспечивает для них более четкую запись.

Каждая составляющая списка называется элементом. Чтобы оформить списочную структуру данных, надо отделить элементы списка запятыми и заключить их в квад­ратные скобки. Вот несколько примеров:

["valerie ann", "Jennifer caitlin", "benjamin thomas"]

Объявление списков

Чтобы объявить домен для списка целых, надо использовать декларацию домена, такую как:

integerlist = integer*

Символ (*) означает "список чего-либо"; таким образом, integer* означает "список целых".

Обратите внимание, что у слова "список" нет специального значения в Visual Prolog. С тем же успехом можно назвать список "Занзибаром". Именно обозначение * (а не название), говорит компилятору, что это список.

Элементы списка могут быть любыми, включая другие списки. Однако все его эле­менты должны принадлежать одному домену. Декларация домена для элементов должна быть следующего вида:

elementlist = elements*

Здесь elements имеют единый тип (например: integer, real или symbol) или явля­ются набором отличных друг от друга элементов, отмеченных разными функторами. В Visual Prolog нельзя смешивать стандартные типы в списке. Например, следующая декларация неправильно определяет список, составленный из элементов, являющих­ся целыми и действительными числами или идентификаторами:

Головы и хвосты

Список является рекурсивным составным объектом. Он состоит из двух частей - головы, которая является первым элементом, и хвоста, который является списком, включающим все последующие элементы. Хвост списка - всегда список, голова списка - всегда элемент. Например:

голова [а, b, с] есть a

хвост [а, b, с] есть

Что происходит, когда вы доходите до одноэлементного списка? Ответ таков

голова[с] есть с

хвост [с] есть

Работа со списками

В Прологе есть способ явно отделить голову от хвоста. Вместо разделения элементов запятыми, это можно сделать вертикальной чертой "|". Например:

[а, b, с] эквивалентно [а| ] и, продолжая процесс,

[а | ] эквивалентно [а | ]], что эквивалентно [а| ] ]

Можно использовать оба вида разделителей в одном и том же списке при условии, что вертикальная черта есть последний разделитель. При желании можно набрать [а, b, с, d] как [а, b [с, d] ].

Использование списков

Список является рекурсивной составной структурой данных, поэтому нужны алго­ритмы для его обработки. Главный способ обработки списка - это просмотр и об­работка каждого его элемента, пока не будет достигнут конец.

Алгоритму этого типа обычно нужны два предложения. Первое из них говорит, что делать с обычным списком (списком, который можно разделить на голову и хвост), второе - что делать с пустым списком.

Подсчет элементов списка

Проверка нахождения в списке

3. Функциональные возможности Visual Prolog

1. Модульное программирование

2. объектный механизм

3. Средства создания графического интерфейса

1. Модульное программирование

Способность системы работать с программами, разбитыми на модули, - это еще одна положительная черта Visual Prolog. Вы можете писать, компоновать и компи­лировать модули раздельно, а затем связывать их вместе, чтобы создать одну выпол­няемую программу. Если вам надо изменить программу, то достаточно только отре­дактировать и перекомпилировать отдельные модули, а не всю программу в целом. Это вы непременно оцените при написании больших программ. Кроме того, мо­дульное программирование имеет еще и такое преимущество - по умолчанию все имена предикатов и доменов являются локальными. Это значит, что различные модули могут использовать одинаковые имена для разных целей. Visual Prolog ис­пользует две концепции для управления модульным программированием: глобальные объявления и проекты.

Глобальные объявления

По умолчанию все имена, используемые в модуле, являются локальными. Visual Prolog-программы взаимодействуют через границы модулей при помощи предикатов, определенных в разделах global predicates и в классах. Домены, определенные в этих глобальных разделах, должны быть определены как глобальные домены, либо должны быть стандартными доменами.

Начиная с версии 5.2, Visual Prolog обеспечивает управление глобальными объявлениями. А именно:

Главный модуль проекта (с разделом цели goal) должен содержать объявления всех глобальных доменов (и разделов глобальных фактов), объявленных во всех подмодулях проекта;

Любой другой проектный модуль содержит объявления только тех глобальных доменов, которые используются в этом модуле;

Глобальные объявления могут помещаться после локальных;

Если изменяется какое-либо глобальное объявление, то должны быть перекомпи­лированы только модули, включающие это объявление.

Глобальные домены

Вы делаете домен глобальным, записав его в разделе global domains. Во всем ос­тальном глобальные домены аналогичны локальным.

Visual Prolog версии 5.2 предоставляет усовершенствованное управление глобальны­ми доменами. Теперь не требуется, чтобы все модули содержали одинаковые объявления всех глобальных доменов в определенном порядке (в PDC Prolog и в версиях Visual Prolog до 5.2 для проверки этой идентичности использовалась специальная утилита chkdoms. exe). Теперь же вам нужно следовать двум правилам:

Только главный модуль проекта (с разделом цели) должен содержать объявления всех глобальных доменов (и разделов глобальных фактов), объявленных во всех подмодулях проекта;

Любой другой проектный модуль содержит объявления только тех глобальных доменов, которые используются в этом модуле.

Это дает следующие принципиальные преимущества:

Возможность создания и использования заранее скомпилированных библиотек (использующих глобальные домены);

Уменьшение времени компиляции: если изменяется какое-либо глобальное объ­явление, то должны быть перекомпилированы только модули, включающие это объявление;

Программы могут использовать больше доменов, т. к. модуль может включать только те глобальные домены, которые действительно используются в этом модуле.

Среда визуальной разработки Visual Prolog предоставляет гибкий автоматический механизм для управления включением объявлений глобальных доменов в модули проекта. Ядро этого механизма - диалоговое окно File Inclusion for Module, которое активизируется при создании нового модуля. Для небольших проектов вы можете использовать упрощенную стратегию обеспечения включения всех глобальных доме­нов в каждый проектный модуль. Для этого вам нужно:

Глобальные секции фактов

Раздел facts будет глобальным, если перед ключевым словом facts (можно исполь­зовать и устаревшее ключевое слово database) вставлено ключевое слово global.

Замечание

Размещать обязательно требующиеся инициализирующие предложения для single-фактов из глобальных секций фактов (баз данных) можно только после раз­дела goal в главном модуле проекта.

Поскольку Visual Prolog автоматически генерирует глобальный домен, соответст­вующий имени каждой глобальной секции фактов (базе данных), то все перечислен­ные правила управления глобальными доменами следует применить и к глобальным секциям фактов.

проекты

Если вы используете VDE, то эксперт приложений автоматически управляет созда­нием новых проектов и добавлением/удалением проектных модулей. Построитель программ (Make facility) VDE автоматически совершает операции компиляции и компоновки, необходимые для создания целевого модуля из исходных модулей проекта.

Следовательно, нужно объяснить здесь всего две особенности, которые будут важны в случае использования командной строки для вызова компилятора:

Как Visual Prolog-проект использует таблицу символов.

Visual Prolog-программы должны иметь цель (содержать Goal-секцию).

По умолчанию компилятор проверяет, имеет ли компилируемый файл раздел це­ли (Goal), и, если не имеет, - генерирует ошибку. Но в многомодульных проек­тах только один (главный) модуль проекта содержит раздел цели. Чтобы скомпи­лировать другие модули проекта, компилятор нужно проинформировать о том, что эти модули являются частями проекта и именно поэтому не содержат раздел цели. Это делается опцией компилятора командной строки - г.

Классы и объекты

Visual Prolog включает в себя объектный механизм, объединяющий парадигмы логи­ческого и объектно-ориентированного программирования (ООП).

Для того чтобы система могла рассматриваться как объектно-ориентированная, не­обходимо, чтобы она удовлетворяла четырем критериям. Это:

 инкапсуляция;

 наследование;

 индивидуальность.

Инкапсуляция

Необходимость инкапсуляции и модульности хорошо известны. Инкапсулированные объекты помогают создавать более структурированные и читаемые программы, по­скольку объекты могут рассматриваться как "черные ящики". Посмотрите на слож­ную программу и найдите часть, которую вы можете объявить и описать. Инкапсу­лируйте ее в объект, постройте интерфейс и продолжайте в том же духе, пока не будут объявлены все подпроблемы, составляющие программу. Когда вы разобьете всю программу на объекты и удостоверитесь, что каждый из них работает корректно, вы сможете абстрагироваться от них.

ООП также известно как программирование, управляемое данными. Фактически, вы позволяете объектам делать работу самим. Они содержат методы, которые вызыва­ются при создании объектов, при их удалении и, вообще, при любых обращениях к объектам. Методы могут вызывать и методы других объектов.

Объекты и классы

Способы хранения данных в традиционных языках программирования обычно труд­ны для понимания и не подходят для моделирования. С объектами работать гораздо проще, т. к. они близки к человеческому восприятию реальных вещей и сами по себе являются инструментом для моделирования.

Объект - гораздо более сложная структура данных, чем список. На элементарном уровне, объект - это объявление согласованных между собой данных. Это объявле­ние может содержать предикаты, которые работают с этими данными. В соответст­вии с терминологией ООП эти предикаты называются методами. Каждый класс представляет собой уникальный тип объектов и операций (методов), способных соз­давать такие объекты, удалять и манипулировать ими.

Класс - это определяемый пользователем тип объекта; класс может создавать объек­ты этого типа. Экземпляр - это фактическое состояние объекта. Вы можете опреде­лить столько экземпляров (объектов) класса, сколько вам необходимо.

Наследование

ООП - мощный инструмент для моделирования. Объекты могут быть определены на наиболее подходящем уровне абстракции . Относительно этого уровня объекты-наследники могут быть определены на более низких уровнях, или объекты-родители - на более высоких уровнях. Объект может наследовать данные и методы от объектов, определенных на более высоких уровнях. Таким образом, объекты - наиболее простой путь к созданию модульных программ.

Индивидуальность

Каждый объект уникален. Объекты изменяют свое состояние, и, т. к. состояния объ­ектов можно наблюдать только посредством их предикатов-членов (т. е. предикатов, объявленных внутри определения класса), объект идентичен лишь самому себе. Таким образом, даже если состояния двух объектов одинаковы, объекты не являются идентичными, ибо мы можем изменять состояние одного объекта, не изменяя при этом состояния другого, и в этом случае объекты становятся не идентичными.

Очень важной характеристикой объекта является то, что индивидуальность сохраня­ется, даже несмотря на изменение его атрибутов. Мы всегда получаем доступ к объ­екту через ссылку на него. К нему можно получить доступ и через множество раз­личных ссылок, а, т. к. объект идентичен только самому себе, мы можем организо­вать несколько ссылок на один и тот же объект.

Средства создания графического интерфейса

Визуальный интерфейс программирования VPI (Visual Programming Interface) - вы­сокоуровневый программный интерфейс, разработанный для облегчения создания программ на Visual Prolog, способный поддерживать сложные интерфейсы, исполь­зующие графические возможности современных операционных систем. Окна, меню, диалоговые окна, элементы управления, перья, кисти, курсоры, рисунки и т. д. - все эти ресурсы и инструментальные средства входят в состав Visual Prolog как про­стые структуры,

VPI делает возможным создание переносимого исходного кода, который может быть откомпилирован, чтобы работать в 16-разрядной конфигурации под MS Windows 3.1*, 32-разрядной - под Windows 95/98/ME, Windows NT/2000, под администратором представлений OS/2.

Управляемые событиями приложения

Современная операционная система, кроме обеспечения уровня, сервиса, активно вовлечена в процесс выполнения всех прило­жений. Приложение взаимодействует с пользователем косвенно через операционную систему. Когда пользователь делает что-либо (нажимает клавишу, перемещает мышь, щелкает на пиктограмме и т. д.), интерфейс аппаратного обеспечения генерирует событие, операционная система переводит это событие в стандартизированный формат сообщения и посылает уведомительное сообщение вызвавшему его элементу. Обычно это окно, которое является активным.

События могут достигать приложения асинхронно, поэтому приложение должно быть написано так, чтобы обеспечить целостность всех данных и процессов независимо от последовательности событий. Приложения, основанные на графическом интерфейсе пользователя, должны реагировать на свое окружение и не могут имити­ровать стандартное поведение приложений DOS. Приложения позади неактивных окон могут оставаться активными, могут писать или рисовать в своих неактивных окнах, и все это будет отображаться, если окно не закрыто или не перекрыто дру­гим. Приложение может в любое время активизировать одно из своих окон, чтобы запросить входные данные. Активное на этот момент окно становится неактивным, но его приложение продолжает работать.

Вообще, во время работы могут возникать самые разные ситуации, например, поль­зователь может получить срочный телефонный звонок. На него можно ответить, выбрав системную кнопку окна Task или меню файла и закрыв приложение. Опера­ционная система сообщает приложению о событии, посылая сообщение обработчи­ку событий окна Task . В большинстве многозадачных системах операционная сис­тема может приостановить ваше приложение в любое время. Приложение никогда не будет знать, запрашивал ли пользователь закрытие или это операционная система обнаружила сбой питания. Или если приложение хочет закрыть какое-то окно, то оно посылает этому окну запрос на закрытие CloseRequest точно так же, как поль­зователь, когда он выбирает команду Close в меню окна Task .

Конечно, вы можете уменьшить количество возможных событий и сообщений, бло­кируя пункты меню и кнопки управления. Часть обработки сообщений GUI-приложений может быть очень сложной, но это цена за большую гибкость. Про­лог и VPI существенно упрощают работу программиста по связыванию приложения с GUI операционной системы. Эксперт кода и браузер (The Code Expert and the Browser) облегчают поиск и обработку кода, который соответствует определенному событию, отвечая на определенное сообщение, и вы редко будете иметь дело с запу­танными деталями основной логики передачи сообщений.

Окна

Окно представляет собой прямоугольное пространство на экране. Окно используется приложением для вывода и ввода данных . Все пространство экрана рассматривается как специальное "экранное окно". Каждое окно разделяет экран с другими окнами, включая окна иных приложений, а иногда и операционной системы. Эти окна могут перекрывать друг друга.

Независимо от того, сколько приложений одновременно запущено, в любой момент времени активизировано лишь одно окно, т. е. только это окно может получать входные данные от пользователя. Активное окно всегда находится поверх остальных окон.

Все предикаты динамического создания окон формируют структуру в памяти, затем они отображают окно согласно этой управляющей структуре и присваивают окну дескриптор, который является уникальным номером. Дескрипторы присваиваются всем окнам, как видимым, так и скрытым. Почти все остальные VPI-предикаты в качестве входного параметра требуют дескриптор окна для доступа к нему. Загру­жаемые и готовые для использования ресурсы всех видов также имеют идентифика­торы или дескрипторы, с помощью которых к ним можно обращаться.

Каждое окно или диалоговое окно в приложении представлены не только структу­рой памяти, но также и предикатом обработчика событий окна, которому VPI посы­лает сообщения при возникновении пользовательских или системных событий, свя­занных с окном. Причем эти сообщения не обязательно синхронизированы с при­ложением. Приложение также может посылать события любому из своих обработчиков событий. В VPI названия событий из домена событий всегда имеют префикс е_.

Типы окон

Окна классифицируются по типам. Типы окон должны принадлежать домену windowtype и иметь префиксы w_ (для окон), wc_ (для элементов управления) или wd_ (для диалоговых окон). Тип окна может быть получен по дескриптору окна вызовом предиката win_GetType. Возможные типы окон перечислены.

Обычное окно документа

Дочернее окно

Окно экрана Screen

Модальное диалоговое окно

Немодальное диалоговое окно

Командная кнопка

Переключатель

Горизонтальная полоса прокрутки

Вертикальная полоса прокрутки

Поле редактирования

Статический текст

Раскрывающийся список

Поле редактирования с раскрывающимся списком

Групповой блок

Пиктограмма

Специальные (определяемые пользователем) элементы управления

Внутреннее окно, используемое во время печати

Внутреннее окно, используемое во время создания изображений

Внутреннее окно, используемое во время создания метафайлов/