人工智能实验一指导

实验1: Prolog语言程序设计
人工智能（AI）语言是一类适应于人工智能和知识工程领域的、具有符号处理和逻辑推理能力的计算机程序设计语言。

能够用它来编写求解非数值计算、知识处理、推理、规划、决策等具有智能的各种复杂问题。

Prolog是当代最有影响的人工智能语言之一，由于该语言很适合表达人的思维和推理规则，在自然语言理解、机器定理证明、专家系统等方面得到了广泛的应用，已经成为人工智能应用领域的强有力的开发语言。

尽管Prolog语言有许多版本，但它们的核心部分都是一样的。

Prolog的基本语句仅有三种，即事实、规则和目标三种类型的语句，且都用谓词表示，因而程序逻辑性强，方法简捷，清晰易懂。

另一方面，Prolog是陈述性语言，一旦给它提交必要的事实和规则之后，Prolog就使用内部的演绎推理机制自动求解程序给定的目标，而不需要在程序中列出详细的求解步骤。

一、实验目的
1、加深学生对逻辑程序运行机理的理解。

2、掌握Prolog语言的特点、熟悉其编程环境。

3、为今后人工智能程序设计做好准备。

二、实验内容
1、编写一个描述亲属关系的Prolog程序，然后再给予出一些事实数据，建立一个小型演绎数据库。

提示：可以以父亲和母亲为基本关系（作为基本谓词），再由此来描述祖父、祖母、兄弟、姐妹以及其他所属关系。

2、编写一个路径查询程序，使其能输出图中所有路径。

提示：程序中的事实描述了下面的有向图，规则是图中两节点间通路的定义。

e
3、一个雇主在发出招聘广告之后，收到了大量的应聘申请。

为了从中筛选出不量的候选人，该雇主采用下列判据：申请者必须会打字、开车，并且住在伦敦。

（a）用Prolog规则表述这个雇主的选择准则。

（b）用Prolog事实描述下列申请者的情况：
史密斯住在剑桥，会开车但不会打字。

布朗住在伦敦，会开车也会打字。

简住在格拉斯哥，不会开车但会打字。

埃文斯住在伦敦，会开车也会打字。

格林住在卢顿，会开车也会打字。

（c）要求Prolog提供一个候选人名单。

4、实现递归谓词remove(X,Y,Z),它用于从表Y中除去所有整型数X的倍数值后得到新表Z。

例如，对于询问
remove(2,[3,4,5,6,7,8,9,10],Z).
的回答为：
Z=[3,5,7,9]
三、实验建议
1、首先运行Prolog安装目录中PROGRAM目录下的示例程序，对Prolog功能有一个感性认识。

（1）HANOI．PRO
实现汉诺塔演示的程序。

程序运行界面如图所示。

可以修改程序运行目标
GOAL hanoi(10)
把hanoi(10)，改为hanoi(6)，hanoi(3)等，查看程序运行结果。

（2）FWGC．PRO
农夫过河问题，程序执行界面如图所示。

四、Prolog 相关知识介绍
1、Prolog 环境
注：（1）使用命令方式。

（2）使用Alt+E 切换到编辑窗口。

（3）使用Alt+R 执行程序。

2、Prolog 的语句
Prolog 语言只有三种语句，分别称为事实、规则和问题。

（1）事实(fact)
事实用来说明一个问题中书籍的对象和它们之间的关系。

在Prolog 程序中，事实由谓词名及用括号括起来的一个或几个对象组成。

谓词和对象可由用户自己定义。

例如：谓词likes(jack,football)
是一个名为like的关系，表示对象jack和football之间有喜欢的关系。

（2）规则
规则由几个互相有依赖性的简单句（谓词）组成，用来描述事实之间的依赖关系。

从形式上看，规则由左边表示结论的后件谓词和右边表示条件的前提谓词组成。

例如，规则bird(X):-animal(X),has(X,feather).
表示凡是动物并且有羽毛，那么它就是鸟。

（3）目标（问题）
把事实和规则写进Prolog程序中后，询问的问题就是程序运行的目标。

目标分为内、外两种，内部目标写在程序中，外部目标在程序运行时由用户手工键入。

例如：
GOAL
friend(john,Y).
表示询问john的朋友是谁。

3、Prolog编程注意事项
(1) 每条语句后面的小圆点不能丢。

(2) 同名谓词的语句要放在一起。

(3) 变量名的第一个字符必须大写。

对象和谓词名的第一个字符必须小写。

(4) 逗号—它的意思是“与”，是用来连接两个或多个目标，以形成目标的合取。

(5) 拼写错误。

五、程序设计指导
1、编写一个描述亲属关系的Prolog程序。

提示：可以定义描述以下谓词
father(dali,xiaoli);
father(laoli,dali);
grandfather(X,Z):-father(X,Y),father(Y,Z).
2、编写一个路径查询程序，使其能输出图中所有路径。

提示：关键是描述图中蕴含的事实和规则。

定义road, path谓词
例如：road(a,b).
path的定义是本题的难点。

path(X,Y):-road(X,Z),path(Z,Y).
path(X,Y):-road(X,Y).
3、招聘
提示：需要把提供的事实表示成Rrolog语句。

例：史密斯住在剑桥，会开车但不会打字。

定义live, drive谓词。

live(smith,jianqiao).
drive(smith).
4、实现递归谓词remove(X,Y,Z)
提示：（1）用［H|T］来表示一个表，其中H、T都是变量，H为表头，T为表尾。

（2）Prolog中一般用递归的谓词来处理表。

（3）Prolog表处理示例一：
例：实现判断某个项目是否在列表中的谓词member。

首先考虑边界条件，即最简单的情况。

某项目是列表中的元素，如果此项目是列表的表头。

写成Prolog语言就是：
member(H,[H|T]).
从这个子句可以看出含有变量的事实可以当作规则使用。

第二个子句用到了递归，其意义是：如果项目是某表的表尾tail的元素，那么它也是此列表的元素。

member(X,[H|T]) :- member(X,T).
由于这个子句中的T也是一个列表，所以可以递归地进行下去。

（4）Prolog表处理示例二：
实现append谓词，将两个列表连接成一个列表。

此谓词有三个参数。

第一个参数和第二个参数连接的表为第三个参数。

例如：
?- append([a,b,c],[d,e,f],X).
X = [a,b,c,d,e,f]
这个地方有一个小小的麻烦，因为最基本的列表操作只能取得列表的头部，而不能在内表尾部添加项目。

append/3使用递归地减少第一个列表长度的方法来解决这个问题。

边界条件是：如果空表与某个表连接就是此表本身。

append([],X,X).
递归的方法是：如果列表[H|T1]与列表X连接，那么新的表的表头为H，表尾则是列表T1与X连接的表。

append([H|T1],X,[H|T2]) :- append(T1,X,T2)
完整的谓词就是：
append([],X,X).
append([H|T1],X,[H|T2]) :- append(T1,X,T2).。