人工智能(蔡自兴)实验2事实表示

实验2 Prolog程序事实表示

Visual Prolog是面向对象的、严格类型化的和模式检验的程序设计语言。在编写Visual Prolog程序时，必须掌握这些内容，但是在这里将集中在编写代码这个核心问题上，也就是说，编写这些代码时暂时不考虑类、类型和模式。

为此，将使用包含在Visual Prolog 6 中的PIE例子。PIE是一个经典的Prolog解释器，通过它，可以学会和实现Prolog程序，而不必关心类、类型等方面的知识。

这里的内容是基于使用Build6004或者是以后的Visual Prolog 6版本，否则，PIE应用程序将不会象现在描述的这样工作。这个编译号可以在VDE的About对话框中找到。

1．Horn子句逻辑

Visual Prolog 和其它Prolog用语都是基于Horn子句逻辑的。Horn 子句逻辑是对事物及其相互关系进行推理的形式系统。

在自然语言中，可以有这样样的一个陈述句：

John是Bill的父亲。

这里涉及两个实体，John和Bill,以及他们之间的关系,即一个是另一个的父亲.在Horn子句逻辑中,可以这样形式化地表述上面的陈述句:

father(“Bill”,”John”).

上面的father是带两个参量的一个谓词或关系，它表示第2个人是第1个人的父亲。

注意：此处已经选择了第2个人是第1个人的父亲，也可以选择另外的方式，变量的顺序形式化设计者的选择，然而一旦选定了，就必须保持一致，在这里的表述中，父亲始终是第2个人。

已经选择用人名来代表人，因为在现实世界中，许多人有相同的名字，所以这一方法不一定有效。但在这里，用这一简单的形式化表示。

有了上面的形式化方法，可以表示任何人之间的任何类型的家庭关系，但是，为了让这些表述更为有趣，制定下面的规则。

X是Z的祖父，如果X是Y的父亲且Y是Z的父亲

其中X，Y，Z指人。在Horn子句逻辑中，可以这样表述grandFathe(Person,GrandFathe):-

father(Person,Father),father(Father,GrandFather).

已经选择使用了比X，Y，Z更容易理解的变量名。另外，还引入了一

个谓词来描述祖父关系。再次选择了祖父作为第二个变量，像这样的

保持一致是明智的，不同谓词的变量可以遵循相同的规则，当解读这

些规则时，可以将：-解释为“如果（if）”,将隔开关系的逗号解释

为“与（and）”.

像“John是Bill的父亲”这样的陈述称为事实，而“X是Z的祖父，

如果X是Y的父亲且Y是Z的父亲“称为规则。

可以用事实和规则来形成定理，一个定理是事实和规则的集合，下面

陈述一个小定理：

father(“Bill”,”John”).

fathaer(“Pam””Bill”). grandFather(Person,GrandFather):-

father(Person,Father), father(Father,GrandFather). 这个定理的作用是回答这样的一些问题:

John是Sue的父亲吗?

谁是Pam的父亲?

John是Pam的祖父吗?

^……

这些问题称为目标（goal），它们可以这样形式化表示：

？- father(“Sue”,”John”).

？-father(“Pam”,X). ?- grandfather(“Pam”,”John”).

这些问题被称为目标子句（goal clause）或简称为目标。事实（facts）,

规则（rules）及目标合起来称为Horn子句，因此得名为Horn子句

逻辑。

某些目标，如第一个和最后一个目标，可以简单地用“是”或“不是”

来回答，其他目标，如第2个目标，需要寻找一个解，例如，X=“Bill”.

一个目标可以有多个解，例如：

？- father(X,Y).

E有两个解：

X=“Bill”，Y=”John”.

X=“Pam”，Y=”Bill”.

一个Prolog程序是一个定理和目标的集合。当程序开始时，它试图

使用定理为目标找到一个解。

探索Prolog

Prolog在英语中的意思就是Programming in LOGic（逻辑编程）。它是建立在逻辑学的理论基础之上的，最初是运用于自然语言的研究领域。然而现在它被广泛的应用在人工智能的研究中，它可以用来建造专家系统、自然语言理解、智能知识库等。同时它对一些通常的应用程序的编写也很有帮助。使用它能够比其他的语言更快速地开发程序，因为它的编程方法更象是使用逻辑的语言来描述程序。

从纯理论的角度来讲，Prolog是一种令人陶醉的编程语言，但是在这本书中还是着重介绍他的实际使用方法。

逻辑编程

什么叫逻辑编程？也许你还没有一个整体的印象，还是让我们首先来研究一个简单的例子吧。运用经典的逻辑理论，我们可以说“所有的人（person）都属于人类（moral）”，如果用Prolog的语言来说就是“对于所有的X，只要X是一个人，它就属于人类。”

moral(X):-person(X) . 同样，我们还可以加入一些简单的事实，比如：苏格拉底（socrates）是一个人。

person(socrates).

有了这两条逻辑声明，Prolog就可以判断苏格拉底是不是属于人类。在Prolog的Listener中键入如下的命令：

?-mortal(socrates). (此句中的'?-'是Listener的提示符，本句表示询问苏格拉底是不是属于人类。）

Linstener将给出答案：

yes

我们还可以询问，“谁属于人类？”

?-mortal(X).

我们会得到如下的答案：

X= socrates

这个简单的例子显示了Prolog的一些强大的功能。它能让程序代码更简洁、更容易编写。在多数情况下Prolog的程序员不需要关心程序的运行流程，这些都由Prolog自动地完成了。

当然，一个完整的程序不能只包括逻辑运算部分，还必须拥有输入输出，乃至用户界面部分。很遗憾，Prolog在这些方面做得不好，或者说很差。不过它还是提供了一些基本的方法的。下面是上述的程序一个完整的例子。