中山大学人工智能Prolog语言(耐心看完_你就入门了)

2016/10/12
复合项：由一组其它对象组成的单个对象
例： 函数项： like(john, apple) 表： [sa, sb], [1,2,3]
表达式： (12+59)*49-96
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项
常量 原子
标 识 符 原 子
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变量 数
特 殊 原 子
复合项
字 符 串 原 子
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Prolog语言的基本内容
1 项 2 Prolog中的语句 3 表结构 4 Prolog程序的结构
5 常用内部谓词
6 Prolog程序设计步骤
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1 项
符号说明：
“ ::= ” “|” “{}”
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表示“ 定义为 ” 表示 “ 或 ”，可选 表示 “ 重复或者出现多个 ”
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②（规则）可以表示为
P1∧P2∧…∧PnP
可以转化为 ～P1∨～P2∨…∨～Pn∨P 也是Horn子句，并受全称量词约束
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③（问题）是
Q1∧…∧Qm
受存在量词约束，取非后 ～Q1∨…∨～Qm 受全称量词约束，是Horn子句
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Prolog三种形式的语言都是Horn子句
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说明：
实际运行中，要逐个试探（搜索），失败 则要回溯，成功也要回溯（求出所有解）
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例：
father(a, b).
father(c, d).
a是b的父亲
brother(a, c). a与c是兄弟关系
uncle(X, Y) :- brother(X, Z), father(Z, Y).
对于“＝”（赋值与比较）的几点说明： 第一 、当一个变量已经 实例化 ，则可以与任意 未实例化的变量相等，且将其实例化（赋值
功能）
第二、两者均未实例化，eq(X, Y) 恒为真，并 视为同一变量
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第三、均以实例化，由当前值来决定
第四、如果为表，要求对应的元素相等，才为真 第五 、如果是谓词，谓词 同名 ，变元个数相等，
6 Prolog程序设计步骤
对应于Prolog程序的组成部分，设计步骤分为：
第一、说明事实：说明与待求解的问题有关的事
实。例如，人物事及相互关系，对应于 叙述
性知识
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第二、定义规则：定义个体及其相互关系的推理 规则，反映与待求解问题有关的过程性知识
第三：确定目标（问题）：提出待求解的问题或 者确定逻辑推理的目标
变量：用于表示暂时不能命名或者不需要命
名的对象，用大写字母开头
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特殊变量：空变量，记作：“_”
பைடு நூலகம்含义：我们对问题的某一个变量的值不关心
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<项>::= <常量> | <变量> | <复合项>
<复合项> ::= <原子>（<项> { , <项> }）| <项> <原子> <项> { <原子> <项> }
⑤ 语句句型少，语法简明。只有三种句型
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参考资料：
1 雷英杰，张雷，邢清华，孙金萍。Visual Prolog 语言教程。西安：陕西科学技术出版社，2002
年2月（380页，35元）
2 雷英杰，邢清华，孙金萍，张雷。Visual Prolog 编程、环境及接口。北京：国防工业出版社， 2004年1月（412页，36元）
项的定义：
<项>::= <常量> | <变量> | <复合项>
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<项>::= <常量> | <变量> | <复合项>
<常量>::=<原子> | <数> <原子> ::= <标识符原子> | <字符串原子> | <特殊原子>
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标识符原子
命名 ：用小写字母或者小写字母开头的小写字母 数字串
必定引起回溯
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例：求 1 到 n 之间的和
定义一个二元谓词 sum(N, X)，其中 X 表示和 sum(1,1):-!. sum(N,R):- N1=N-1, sum(N1, R1), R=R1+N. ?- sum(6,X). 答案是：X=21 去掉“ ！”，会发生什么？
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likes(j, s).
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第三步：回到第一个问题 likes(m, X) ，重新匹
配，得到 { w / X}
likes(m, X) likes(j, X)
第四步：第二个问题变成 likes(j, w)。再与事实 匹配，成功
likes(m, f).
第五步：答案就是 X=w
likes(m, w). likes(j, w). likes(j, s).
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4 Prolog程序的结构
Prolog的程序分为两部分：
前提部分：所有事实和规则 问题部分：目标子句序列
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注意：
这两部分不能颠倒。必须前提部分写在前 面，问题部分写在后面
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likes(m, f).
likes(m, w).
likes(j, w). likes(j, s).
对应的变元相等
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③输入输出谓词
第一、write(X)：向输出设备输出实例化结果 第二、read(X)： 当 X 未实例化时，输入一个项
当 X 在输入前已经实例化，则读入项将与 X
匹配，根据匹配的成功与否，决定其真假值
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④谓词cut与fail（特殊谓词）：
cut ( ! )：禁止回溯
优先级：与通常的数学运算一致 形式：中缀：X+Y*Z
前缀：+(X,*(Y,Z))
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②比较谓词
eq(X, Y) ne(X, Y) gt(X, Y) X=Y X<>Y X>Y
ls(X, Y)
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X<Y
对于 “＝ 、<> ”，
X,Y 可以取
常量 变量 谓词 表
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人
工
智
能
Artificial Intelligence (AI)
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Prolog 语言简介
Prolog语言是一种以一阶谓词为基础的逻辑性语
言（Programming in Logic）
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Prolog语言的特点
Prolog语言的基本内容
简单的例子
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① 是一种描述性语言。只需要告诉 “系统做什
么”，不要告诉系统 “如何做” ② 数据与程序的统一表达。提供一种统一的符
号结构 “项” ，数据与程序都是由项组成
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③ 自动实现模式匹配与回溯。这是人工智能中最常 用的两项操作，Prolog自动实现这些操作
④ 程序易于编写与阅读。它是面向人的自然语言
<原子>（<项>{, <项>}） <项> <原子> <项> { <原子> <项> }
2 Prolog中的语句
Prolog中的语句分成三种形式： ①事实： P. 含义：无条件成立，恒为真 例：like( monkey, banana)
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②规则： P :- P1 , P2 , … , Pn .
(事实)
f m j s w
goal
likes(m, X), likes(j, X). (问题) 问题：是否 m 和 j 都喜欢什么东西？( X = ? )
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likes(m, f).
likes(m, w).
likes(j, w).
Prolog的求解过程
likes(j, s).
现在有两个问题：likes(m, X) 和 likes(j, X)） 第一步 ：第一个问题 likes(m, X) 去与事实匹配
fail： 强迫回溯
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关于cut的几点说明： 第一、只允许作为一个子目标出现在程序中 第二、第一次遇到它时，总是立刻被满足，但是 不能被重新满足 第三、用户可以使用它来控制回溯方式，切断一 些不必要的回溯，提高程序运行效率
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关于 fail 的说明：
作为一个子目标，使 Prolog 程序运行到 fail，
问题求解就是Horn子句集消解
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3 表结构
表：若干个元素的有序序列
表中的元素：常量、变量、项、表
表用“[ 开
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]”来表示，元素之间用逗号或者空格分
例：
[1, 2, 3]
[a, b, c, d]
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用符号“ | ”来划分表头（第一个元素）和表尾
（其余元素）
特例： 当只用一个元素时，表尾为空 空表（无元素），既无表头又无表尾
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例： P（[the, cat, sat, down]）.
?- P([ X | Y ]).