人工智能实验报告 华北电力大学 刘丽
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华北电力大学科技学院实验报告
在 Prolog 中，当某个谓词的目标中包含了此谓词本身时，Prolog 将进 行递归调用
递归技术在表处理中特别有用，几乎所有的表处理程序都用到递归，但 在一般程序中，使用递归要谨慎，或尽量不用，因为递归很容易导致堆栈溢 出
到目前为止，我们都一直在使用 Prolog 内建的回溯功能。使用此功能 可以方便地写出结构紧凑的谓词来
* 封面左侧印痕处装订
华北电力大学科技学院实验报告
一、实验目的及要求
1. 熟悉 PROLOG 的运行环境，进行 prolog 的基本编程练习。
了解 PROLOG 语言中常量、变量的表示方法。PROLOG 的简单程序结构，掌握分析问
题、询问解释技巧；进行事实库、规则库的编写，并在此基础上进行简单的询问。
legal1(X), %分别判断两岸的状态是否合法。 legal1(Y).
legal1((X,Y)):X=:=0,Y>=0,!. %牧师人数为 0，野人的人数大于 0，合法。
legal1((X,Y)):Y=:=0,X>=0,!. %野人人数为 0，牧师的人数大于 0，合法。
legal1((X,Y)):X>=Y,X>=0,Y>=0. %牧师数大于或等于野人数，且都大于 0，合法。
五、求解的问题与程序
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华北电力大学科技学院实验报告
如果要移动 N 个盘子，就要分三步走：
把 N-1 个盘子移动到中间的杆子上（把中间的杆子作为临时存放盘子的
位置）
把最后一个盘子直接移到右边的杆子上
最后把中间杆子上的盘子移到右边的杆子上（把左边的杆子作为临时存
放盘子的位置）
对于汉诺塔问题，实现的代码如下： hanoi(N):-move(N,left,middle,right). move(1,A,_,C):-inform(A,C),!. move(N,A,B,C):-N1 is N-1,move(N1,A,C,B),inform(A,C),move(N1,B,A,C). inform(Loc1, Loc2):-nl, write('Move a disk from '-Loc1-' to '-Loc2). 运行结果如下：
一、实验目的及要求 二、所用仪器、设备 三、实验原理 四、实验方法与步骤 五、实验结果与数据处理 六、讨论与结论（对实验现象、实验故障及处理方法、实验中存在的问 题等进行分析和讨论，对实验的进一步想法或改进意见） 七、所附实验输出的结果或数据 设计性实验报告应含的主要内容： 一、设计要求 二、选择的方案 三、所用仪器、设备 四、实验方法与步骤 五、实验结果与数据处理 六、结论（依据“设计要求”） 七、所附实验输出的结果或数据
在 PROLOG 中，常用的结构形式有： (1)函子(分量 1，分量 2，……，分量 n) (2)表：Prolog 语言中最常用的数据结构，由一些有序分量组成，长度可任意 含 有 3 个 分 量 a ， b ， c 的 表 可 写 成 [a ， b ， c] ， 如 用 函 数 的 方 式 可 写 成·（a · （b · （c[ ]）））。其中符号“．”是表的函子 (3)表达式 PROLOG 语言提供了各种运算，如算术、比较运算等 运算可以是中缀形式，简明直观，符合人们的习惯 算术表达式 X+Y-Z 中，“+”、“-”便是运算符，该表达式如用函数结构形式来表示就 是-（+（XY）Z） 表示对象间的因果关系、蕴含关系或对应关系 格式： head :- body head 是谓词的定义部分，与事实一样，也包括谓词名和谓词的参数说明 :- 连接符，一般可以读作‘如果’ body 一个或多个目标，与查询相同 bird(X):-annimal(X),has(X,feather). grandfather(X,Y):-father(X,Z),father(Z,Y).
华北电力大学科技学院
实验报告
| |
实验名称 PROLOG 语言编程练习及图搜索问题求解
课程名称 人工智能及应用
| |
专业班级：计算机 09k1 学生姓名：
学 号：
成 绩：
指导教师：
实验日期：
（实验报告如打印，纸张用 A4，左装订；页边距：上下 2.5cm,左 2.9cm, 右 2.1cm；字体：宋体小四号，1.25 倍行距。） 验证性、综合性实验报告应含的主要内容：
对于过河问题实现的代码如下： move(1,0). %表示船上有一位牧师，没有野人。 move(0,1). move(0,2). move(2,0). move(1,1).
%判断移动后两岸状态是否合法
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legal((X,Y,_)):- %X 为左岸状态，Y 为右岸状态。_取 0 或 1，0 代表左岸，1 代表右岸
具体实验课上相关内容，练习例 1 到例 6 的内容。
2. 图搜索问题求解。
任选以下实际应用题目：爱因斯坦的超级问题、字谜问题、汉诺塔问题、八数码问
题、八皇后问题、过河问题等，选两Leabharlann Baidu。
要求实验报告中包括：程序及其注释和说明、console 表单中的程序运行结果。
二、所用仪器、设备
PC 机和 trinc prolog 编译软件
%update 谓词能够完成把合理的移动作用的某个状态上，从而到达新的状态。 update((X,Y,0),Move,Statu1):- %船在左岸时
(A,B)=X, (C,D)=Y, (E,F)=Move, C1 is C+E, D1 is D+F, A1 is A-E, B1 is B-F, Statu1=((A1,B1),(C1,D1),1). update((X,Y,1),Move,Statu1):- %船在右岸时 (A,B)=X, (C,D)=Y, (E,F)=Move, C1 is C-E, D1 is D-F, A1 is A+E, B1 is B+F, Statu1=((A1,B1),(C1,D1),0). %有了以上的三个谓词 move，update，legal 我们就可以很容易的做出判断两个 合法的状态相邻的谓词。 connect(Statu,Statu1):move(X,Y), update(Statu,(X,Y),Statu1), legal(Statu1). %判断对象 X 是表的成员 member(X,[X|Tail]). member(X,[Head|Tail]):-member(X,Tail). %再使用深度搜索方法就可以找到答案了。由查找的目标状态 X： （(0,0),(3,3),1)，开始向前查找直到与查找前的初始状态 Y：((3,3),(0,0),0)相匹配， 查找结束。 findroad(X,X,L,L). %递归的边界条件。 findroad(X,Y,L,L1):- % L 为储存的路径表。
并不是所有的回溯都是必须的，这时我们需要能够人工地控制回溯过程 Prolog 提供了完成此功能的谓词，叫做 cut，使用符号！来表示 Cut 能够有效地剔除一些多余的搜索。如果在 cut 处产生回溯，它会自 动地失败，而不去进行其它的选择 若将“！”插在子句体内作为一个子目标，它总是立即成功
2.若“！”位于子句体的最后，则它就阻止对它所在字句的头谓词的 所有子句的回溯访问，而让回溯跳过该头谓词，去访问前一个子目标
三、实验原理
PROLOG 语言是一种以逻辑推理为基础的逻辑型程序设计语言，是一种陈述性语言而
不是过程性语言。PROLOG 语言能够自动实现模式匹配和回溯、具备递归技术，而且语法
简明，可以简化复杂问题求解。
四、实验方法与步骤
熟悉环境 Trinc-Prolog，用来编译各个逻辑新非常强的问题，从中选择汉诺塔和过 河问题进行解决。
3.若“！”位于其他位置，则当其后发生回溯且回溯到“！”处时，就 在此失败，并且“！”还使它所在子句的头谓词整个失败
cut 不符合纯逻辑学，是出于实用的考虑，过多地使用 cut 将降低程序 的易读性和易维护性。它就像是其它语言中的 goto 语句
当能够确信在谓词中的某一点只有一个答案，或者没有答案时，使用 cut 可以提高程序的效率，另外，如果在某种情况下想让某个谓词强制失败， 而不让它去寻找更多的答案时，使用 cut 也是个不错的选择
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规则中的谓词也可以无参数： run:-start ,step1(X),step2(X),end. Prolog 的查询工作靠模式匹配完成 查询的模板叫做目标(goal) 如果有某个事实与目标匹配，那么查询成功，解释器会回显‘yes.’ 如果没有匹配的事实，查询失败，解释器回显'no.‘ Prolog 的模式匹配工作叫做联合(unification)，以下三个条件是使联合成功的必 要条件 目标谓词名与数据库中的某个谓词名相同 这两个谓词的参数数目相同 所有的参数也相同 在查询目标中还可以使用 Prolog 的变量 这种变量和其他语言中的不同，叫它逻辑变量更合适 变量可以代替目标中的一些参数 变量给联合操作带来了新的意义。以前联合操作只有在谓词名和参数都相同时才能 成功。但是引入了变量之后，变量可以和任何的条目匹配 当联合成功之后，变量的值将和它所匹配的条目的值相同。这叫做变量的绑定 (binding)。当带变量的目标成功的和数据库中的事实匹配之后，Prolog 将返回变量绑 定的值 当 Prolog 试图与某一个目标匹配时，例如：location/2，它就在数据库中搜寻所有 用 location/2 定义的子句，当找到一条与目标匹配时，它就为这条子句作上记号。当用 户需要更多的答案时，它就从那条作了记号的子句开始向下查询 我们来看一个例子： 用户询问：location（X，kitchen）. Prolog 找到数据库中的第一条 location/2 子句，并与目标比较 用户输入回车，Prolog 开始寻找其他的答案 首先它必须释放（unbinds）变量 X。然后从上一次成功的位置的下一条子句开始继 续搜索。这个过程叫做回溯（backtracking） 在本例中就是第三条子句 子句#3 location(flashlight, desk). 匹配失败，直到第六条子句时匹配又成功 Prolog 的目标有四个端口用来控制运行的流程 调用（call） 退出（exit） 重试（redo） 失败（fail） 一开始使用 Call 端口进入目标，如果匹配成功就到了 exit 端口，如果失败就到了 fail 端口，如果用户输入回车，则又从 redo 端口进入目标
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每个端口的功能如下： call 开始使用目标搜寻子句 exit 目标匹配成功，在成功的子句上作记号，并绑定变量 redo 试图重新满足目标，首先释放变量，并从上次的记号开始搜索 fail 表示再找不到更多的满足目标的子句了 :- ?- location(X, kitchen). 用 start step 观察 程序第一次执行，与第一个事实匹配，输出，回车换行，number=1，不 匹配，引起回溯 与第二个事实匹配，输出，回车换行，number=2，不匹配，引起回溯 与第三个事实匹配，输出，回车换行，number=3，匹配，最后一个语句 成功，程序段结束 ?-print2.(观察结果) 表是有若干元素的有序序列，表中元素也可以为表 表最大的特点是长度不固定，在程序运行中可以动态的变化 PROLOG 中采用一对方括号[ ]把表元素括起来，每个元素间用逗号或空 格分开 谓词 append 是递归定义的
输入:- hanoi(4).后得出 Move a disk from - left - to - middle Move a disk from - left - to - right Move a disk from - middle - to - right Move a disk from - left - to - middle Move a disk from - right - to - left Move a disk from - right - to - middle Move a disk from - left - to - middle Move a disk from - left - to - right Move a disk from - middle - to - right Move a disk from - middle - to - left Move a disk from - right - to - left Move a disk from - middle - to - right Move a disk from - left - to - middle Move a disk from - left - to - right Move a disk from - middle - to – right
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在 Prolog 中，当某个谓词的目标中包含了此谓词本身时，Prolog 将进 行递归调用
递归技术在表处理中特别有用，几乎所有的表处理程序都用到递归，但 在一般程序中，使用递归要谨慎，或尽量不用，因为递归很容易导致堆栈溢 出
到目前为止，我们都一直在使用 Prolog 内建的回溯功能。使用此功能 可以方便地写出结构紧凑的谓词来
* 封面左侧印痕处装订
华北电力大学科技学院实验报告
一、实验目的及要求
1. 熟悉 PROLOG 的运行环境，进行 prolog 的基本编程练习。
了解 PROLOG 语言中常量、变量的表示方法。PROLOG 的简单程序结构，掌握分析问
题、询问解释技巧；进行事实库、规则库的编写，并在此基础上进行简单的询问。
legal1(X), %分别判断两岸的状态是否合法。 legal1(Y).
legal1((X,Y)):X=:=0,Y>=0,!. %牧师人数为 0，野人的人数大于 0，合法。
legal1((X,Y)):Y=:=0,X>=0,!. %野人人数为 0，牧师的人数大于 0，合法。
legal1((X,Y)):X>=Y,X>=0,Y>=0. %牧师数大于或等于野人数，且都大于 0，合法。
五、求解的问题与程序
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如果要移动 N 个盘子，就要分三步走：
把 N-1 个盘子移动到中间的杆子上（把中间的杆子作为临时存放盘子的
位置）
把最后一个盘子直接移到右边的杆子上
最后把中间杆子上的盘子移到右边的杆子上（把左边的杆子作为临时存
放盘子的位置）
对于汉诺塔问题，实现的代码如下： hanoi(N):-move(N,left,middle,right). move(1,A,_,C):-inform(A,C),!. move(N,A,B,C):-N1 is N-1,move(N1,A,C,B),inform(A,C),move(N1,B,A,C). inform(Loc1, Loc2):-nl, write('Move a disk from '-Loc1-' to '-Loc2). 运行结果如下：
一、实验目的及要求 二、所用仪器、设备 三、实验原理 四、实验方法与步骤 五、实验结果与数据处理 六、讨论与结论（对实验现象、实验故障及处理方法、实验中存在的问 题等进行分析和讨论，对实验的进一步想法或改进意见） 七、所附实验输出的结果或数据 设计性实验报告应含的主要内容： 一、设计要求 二、选择的方案 三、所用仪器、设备 四、实验方法与步骤 五、实验结果与数据处理 六、结论（依据“设计要求”） 七、所附实验输出的结果或数据
在 PROLOG 中，常用的结构形式有： (1)函子(分量 1，分量 2，……，分量 n) (2)表：Prolog 语言中最常用的数据结构，由一些有序分量组成，长度可任意 含 有 3 个 分 量 a ， b ， c 的 表 可 写 成 [a ， b ， c] ， 如 用 函 数 的 方 式 可 写 成·（a · （b · （c[ ]）））。其中符号“．”是表的函子 (3)表达式 PROLOG 语言提供了各种运算，如算术、比较运算等 运算可以是中缀形式，简明直观，符合人们的习惯 算术表达式 X+Y-Z 中，“+”、“-”便是运算符，该表达式如用函数结构形式来表示就 是-（+（XY）Z） 表示对象间的因果关系、蕴含关系或对应关系 格式： head :- body head 是谓词的定义部分，与事实一样，也包括谓词名和谓词的参数说明 :- 连接符，一般可以读作‘如果’ body 一个或多个目标，与查询相同 bird(X):-annimal(X),has(X,feather). grandfather(X,Y):-father(X,Z),father(Z,Y).
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实验报告
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实验名称 PROLOG 语言编程练习及图搜索问题求解
课程名称 人工智能及应用
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专业班级：计算机 09k1 学生姓名：
学 号：
成 绩：
指导教师：
实验日期：
（实验报告如打印，纸张用 A4，左装订；页边距：上下 2.5cm,左 2.9cm, 右 2.1cm；字体：宋体小四号，1.25 倍行距。） 验证性、综合性实验报告应含的主要内容：
对于过河问题实现的代码如下： move(1,0). %表示船上有一位牧师，没有野人。 move(0,1). move(0,2). move(2,0). move(1,1).
%判断移动后两岸状态是否合法
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legal((X,Y,_)):- %X 为左岸状态，Y 为右岸状态。_取 0 或 1，0 代表左岸，1 代表右岸
具体实验课上相关内容，练习例 1 到例 6 的内容。
2. 图搜索问题求解。
任选以下实际应用题目：爱因斯坦的超级问题、字谜问题、汉诺塔问题、八数码问
题、八皇后问题、过河问题等，选两Leabharlann Baidu。
要求实验报告中包括：程序及其注释和说明、console 表单中的程序运行结果。
二、所用仪器、设备
PC 机和 trinc prolog 编译软件
%update 谓词能够完成把合理的移动作用的某个状态上，从而到达新的状态。 update((X,Y,0),Move,Statu1):- %船在左岸时
(A,B)=X, (C,D)=Y, (E,F)=Move, C1 is C+E, D1 is D+F, A1 is A-E, B1 is B-F, Statu1=((A1,B1),(C1,D1),1). update((X,Y,1),Move,Statu1):- %船在右岸时 (A,B)=X, (C,D)=Y, (E,F)=Move, C1 is C-E, D1 is D-F, A1 is A+E, B1 is B+F, Statu1=((A1,B1),(C1,D1),0). %有了以上的三个谓词 move，update，legal 我们就可以很容易的做出判断两个 合法的状态相邻的谓词。 connect(Statu,Statu1):move(X,Y), update(Statu,(X,Y),Statu1), legal(Statu1). %判断对象 X 是表的成员 member(X,[X|Tail]). member(X,[Head|Tail]):-member(X,Tail). %再使用深度搜索方法就可以找到答案了。由查找的目标状态 X： （(0,0),(3,3),1)，开始向前查找直到与查找前的初始状态 Y：((3,3),(0,0),0)相匹配， 查找结束。 findroad(X,X,L,L). %递归的边界条件。 findroad(X,Y,L,L1):- % L 为储存的路径表。
并不是所有的回溯都是必须的，这时我们需要能够人工地控制回溯过程 Prolog 提供了完成此功能的谓词，叫做 cut，使用符号！来表示 Cut 能够有效地剔除一些多余的搜索。如果在 cut 处产生回溯，它会自 动地失败，而不去进行其它的选择 若将“！”插在子句体内作为一个子目标，它总是立即成功
2.若“！”位于子句体的最后，则它就阻止对它所在字句的头谓词的 所有子句的回溯访问，而让回溯跳过该头谓词，去访问前一个子目标
三、实验原理
PROLOG 语言是一种以逻辑推理为基础的逻辑型程序设计语言，是一种陈述性语言而
不是过程性语言。PROLOG 语言能够自动实现模式匹配和回溯、具备递归技术，而且语法
简明，可以简化复杂问题求解。
四、实验方法与步骤
熟悉环境 Trinc-Prolog，用来编译各个逻辑新非常强的问题，从中选择汉诺塔和过 河问题进行解决。
3.若“！”位于其他位置，则当其后发生回溯且回溯到“！”处时，就 在此失败，并且“！”还使它所在子句的头谓词整个失败
cut 不符合纯逻辑学，是出于实用的考虑，过多地使用 cut 将降低程序 的易读性和易维护性。它就像是其它语言中的 goto 语句
当能够确信在谓词中的某一点只有一个答案，或者没有答案时，使用 cut 可以提高程序的效率，另外，如果在某种情况下想让某个谓词强制失败， 而不让它去寻找更多的答案时，使用 cut 也是个不错的选择
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华北电力大学科技学院实验报告
规则中的谓词也可以无参数： run:-start ,step1(X),step2(X),end. Prolog 的查询工作靠模式匹配完成 查询的模板叫做目标(goal) 如果有某个事实与目标匹配，那么查询成功，解释器会回显‘yes.’ 如果没有匹配的事实，查询失败，解释器回显'no.‘ Prolog 的模式匹配工作叫做联合(unification)，以下三个条件是使联合成功的必 要条件 目标谓词名与数据库中的某个谓词名相同 这两个谓词的参数数目相同 所有的参数也相同 在查询目标中还可以使用 Prolog 的变量 这种变量和其他语言中的不同，叫它逻辑变量更合适 变量可以代替目标中的一些参数 变量给联合操作带来了新的意义。以前联合操作只有在谓词名和参数都相同时才能 成功。但是引入了变量之后，变量可以和任何的条目匹配 当联合成功之后，变量的值将和它所匹配的条目的值相同。这叫做变量的绑定 (binding)。当带变量的目标成功的和数据库中的事实匹配之后，Prolog 将返回变量绑 定的值 当 Prolog 试图与某一个目标匹配时，例如：location/2，它就在数据库中搜寻所有 用 location/2 定义的子句，当找到一条与目标匹配时，它就为这条子句作上记号。当用 户需要更多的答案时，它就从那条作了记号的子句开始向下查询 我们来看一个例子： 用户询问：location（X，kitchen）. Prolog 找到数据库中的第一条 location/2 子句，并与目标比较 用户输入回车，Prolog 开始寻找其他的答案 首先它必须释放（unbinds）变量 X。然后从上一次成功的位置的下一条子句开始继 续搜索。这个过程叫做回溯（backtracking） 在本例中就是第三条子句 子句#3 location(flashlight, desk). 匹配失败，直到第六条子句时匹配又成功 Prolog 的目标有四个端口用来控制运行的流程 调用（call） 退出（exit） 重试（redo） 失败（fail） 一开始使用 Call 端口进入目标，如果匹配成功就到了 exit 端口，如果失败就到了 fail 端口，如果用户输入回车，则又从 redo 端口进入目标
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每个端口的功能如下： call 开始使用目标搜寻子句 exit 目标匹配成功，在成功的子句上作记号，并绑定变量 redo 试图重新满足目标，首先释放变量，并从上次的记号开始搜索 fail 表示再找不到更多的满足目标的子句了 :- ?- location(X, kitchen). 用 start step 观察 程序第一次执行，与第一个事实匹配，输出，回车换行，number=1，不 匹配，引起回溯 与第二个事实匹配，输出，回车换行，number=2，不匹配，引起回溯 与第三个事实匹配，输出，回车换行，number=3，匹配，最后一个语句 成功，程序段结束 ?-print2.(观察结果) 表是有若干元素的有序序列，表中元素也可以为表 表最大的特点是长度不固定，在程序运行中可以动态的变化 PROLOG 中采用一对方括号[ ]把表元素括起来，每个元素间用逗号或空 格分开 谓词 append 是递归定义的
输入:- hanoi(4).后得出 Move a disk from - left - to - middle Move a disk from - left - to - right Move a disk from - middle - to - right Move a disk from - left - to - middle Move a disk from - right - to - left Move a disk from - right - to - middle Move a disk from - left - to - middle Move a disk from - left - to - right Move a disk from - middle - to - right Move a disk from - middle - to - left Move a disk from - right - to - left Move a disk from - middle - to - right Move a disk from - left - to - middle Move a disk from - left - to - right Move a disk from - middle - to – right