Язык программирования Пролог 2

Лабораторная работа №1.

Цель работы: Изучить основные конструкции языка программирования Пролог для решения задач вычисления функций в экспертных системах.

Теоретические сведения

Пролог – это один из языков программирования, который широко используется для создания баз знаний и экспертных систем. Фундаментальными свойствами языка Пролог являются:

механизм вывода с поиском и возвратом;

встроенный механизм сопоставления с образцом;

простая и легко изменяемая структура данных;

отсутствие указателей, операторов присваивания и перехода;

естественность рекурсии.

Пролог базируется на сочетании указанных свойств, а удобство его – на естественности его принципов для логических задач, сводящихся к рекурсии.

Программы на Прологе состоит из фактов и правил для получения других фактов и ответов на вопросы. Факты по определению считаются доказанными (истинными).

Конкретному применению логической программы соответствует понятие запроса (цели). Достичь цели – означает показать, что она логически следует из фактов и правил программы. Если вопрос содержит переменные, то система должна найти к тому же конкретные объекты, которые будучи подставленными вместо переменных, обеспечат достижение цели.

В алфавит языка входят следующие символы: 

прописные и строчные буквы латинского алфавита (A-Z, a-z); регистр букв программы влияет на работу программы;

цифры (0-9);

спецсимволы: !  @  #  $  ( )  &  *  -  +  /  < > ; , ? .  \ _ "   '

1.2 Структура программы

Пролог – программа включает в себя следующие разделы:

constants – задаются константы;

domains -  имена и структуры объектов, используемых в задаче;

predicates – названия отношений между объектами;

clauses – факты и правила, описывающие эти отношения;

goal – описание цели решения.

Для обозначения логических связок для конъюнкции – and, для дизъюнкции – or, следование обозначаются конструкцией  «:-» (двоеточие и минус) или слово if. Комментарии обрамляются комбинациями /*…*/.





 Домены

Типы данных в Прологе называют доменами. Домен характеризует множество значений, которые может принимать переменная предиката в ходе выполнения программы. Связывание домена с конкретным аргументом (местом) предиката осуществляется в секции predicates. Сами переменные в объявлении не нуждаются. Домены подразделяются на простые и структурированные, стандартные и нестандартные. К стандартным относятся :-symbol – символьная константа (имя), имеет две формы записи:

последовательность букв, цифр и знаков препинания, которая начинается со строчной буквы;

последовательность символов, заключенная в двойные кавычки (примеры: "apple", "person", "Студент Иванов С.В." ) ;

-string – строка символов (любая последовательность символов, заключенная в двойные кавычки).

-char – отдельный символ между апострофами.

-integer – целое число (в диапазоне –32768 до 32767).

-real – действительное число (пример: -34.567, 0.654, 9.76e+3).

Переменная с именем <<_>> (анонимная) используется, если значение переменной несущественно. В примере book (Author, _, _, _, _) речь идет о всех книгах, написанных некоторым <<переменным>> автором, причем пропущенные названия, издательство, место и год рождения роли не играют.

Объявление новых доменов с исползованием стандартных имеет вид

<имя> = <имя_стандартного_домена>

Примеры объявлений:

domains

a=integer

fax=symbol

r, dup=real

Введение авторских наименований доменов позволяет внести в программу больше семантики и обеспечивает контроль типов значений переменных, поскольку смешивать в ходе выполнения программы переменные формально различных типов (доменов) нельзя. В Прологе допускается использование структуры, состоящей из нескольких простых или сложных объектов, например:

domains

articles=book(title,author)

author=author(init,fam)

title, author, fam=symbol

init=string



1.4 Предикаты

Раздел predicates должен содержать полный перечень предикатов пользователя, применяемых в программе. Описание предиката включает <имя предиката> и <список доменов его аргументов>:

<имя предиката> (<d1>,<d2>,…<dN>), где  <d1>,<d2>,…<dN>- имена стандартных доменов, объявленных в разделе domains.

Предикаты используются для представления как данных, так и правил их обработки. Примеры: 

Predicates

Add(integer,integer,real)

lk (fr)

Утверждения

В разделе clauses описываются утверждения относительно предикатов. Отрицание предиката pr задаётся в форме not(pr) и допустимо только для правой части правила. Существует два типа утверждений: факты и правила. Факт – это имя предиката с заключённым в скобки списком аргументов. Факты используются для констатации того, что выполнено некоторое отношение между объектами. Обычно они записываются относительно предметных констант Однако в фактах могут использоваться и переменные, что позволяет укрупнять факты, уменьшая их общее число и трудоёмкость их поиска в базе данных.

Например, факт mult(x,0,0) объединяет все факты относительно произведения произвольного числа на нуль. 

Правило состоит из головной цели – предиката, за которым следует сперва двоеточие с дефисом (:-), а затем тело правила – предикаты (хвостовые цели) разделённые запятыми или точками с запятой. В конце утверждения ставится точка. Предполагается, что переменные в фактах и головных целях утверждения х связаны ???  всеобщности. Переменные в хвостовых целевых утверждениях связаны кванторами существования, а совокупность хвостовых целей рассматривается как логическое произведение.

Пример интерпретации: правило человек (х):- родитель (X,Y), человек (Y). Читается << Всякий Х сын при условии, что родители Х является Y и объект Y – человек >>. В ходе вычислений вместо переменной может быть подставлен другой объект. В этом случае говорят, что переменная конкретизирована. Область действия переменной ограничивается утверждением, и передавать информацию из одного утверждения в другое через свободные переменные нельзя. В Прологе отсутствуют локальные переменные для сохранения промежуточных результатов,  поэтому предикаты Пролога дополняются << аргументами-накопителями>>.

Выражения и стандартные предикаты

В теле правила, помимо объявленных в программе предикатов, могут использоваться стандартные операции сравнения. Стандартные предикаты выполняют различные функции по вводу/выводу различных типов данных, работе с файлами и т.п. Для записи арифметических выражений используются знаки арифметических операций и стандартные функции.

Таблица 1. Стандартные функции

№

Обозначение в математике

Обозначение в Прологе

1

|x|

abs(x)

2

ex

exp(x)

3

sin x

sin(x)

4

cos x

cos(x)

5

tg x

tan(x)

6

arctg x

artan(x)

7

ln x

ln(x)

8

log x

log(x)

9



sqrt(x)

10

xz

exp(z*ln(x))



Предикаты ввода/вывода



Ввод осуществляется с помощью предикатов:

readchar(<имя переменной 1>, < имя переменной 2>, …) – ввод символьных переменных;

readint(<список переменных>) – ввод целочисленных переменных;

readreal(<список переменных>) – ввод вещественных переменных.

Вывод осуществляется предикатом write(<список вывода>)

Предикат nl обеспечивает переход на новую строку.

1.8 Цель



Раздел goal содержит внутренний запрос к программе. Для такого запроса Пролог осуществляет поиск только первого подходящего решения, при этом вывод организуется программистом. Целей может быть несколько: тогда они перечисляются через запятую.

Пример цели:

goal

synonym(brave, x),

write("A synonym for 'brave' is"),nl,

write(" ' ", x," ' "),nl



2. Задание к работе

Вычислить функцию, заданную согласно  варианта (см. таблицу 1).

Написать и отладить программу.

:

Таблица 1

Вариант

Вид выражения

Исходные данные

1

2

3

1



x=1,1

2



x=0,5

3



x=1,2

4



x=1,05

5



х=1,1

6



х=1,33

7



х=1,21

8



х=1,08

9



х=3,9

10



х=1,37

11



х=1,05

12



х=1,022

13



x=1,2





x=1,8





x=1,01





x=1,77





X=1





x=1.08





x=1.03





x=1.19





x=1.27





x=1.21





x=1.37





x=1.04





x=1.06













3. Контрольные вопросы

Основные секции Пролог-программы.

Какие стандартные домены имеются в Прологе.

Стандартные предикаты ввода/вывода. Описание и параметры.

Основные стандартные функции.

Алфавит языка Пролог.