Prolog学习:基本概念

时间:2022-10-19 18:10:51

上一篇对Prolog有了一个感性的认识,今天介绍下Prolog中一些基本概念,想要用Prolog解决一些实际问题之前必须要先了解它们。这些概念在《七周七语言》这本书中都有介绍,我简单提炼汇总下,就当给这门小众语言做个宣传吧。

变量/规则/知识库

在Prolog中变量的命名是有特殊要求的,如果一个词以小写字母开头,它就是一个原子(atom),类似于其他语言中的符号(symbol),如果一个词以大写或下划线开头,那么它就是一个变量,和其他语言一样变量值可以改变,可以赋值(不过更灵活)。

符号组成一些事实:

likes(zhangsan,lisi).
likes(wangwu,lisi).
likes(chenliu,maqi).

符号和变量在一起可以用来定义规则:

friend(X,Y):- \+(X = Y),likes(X,Z),likes(Y,Z).

事实是我们对这个世界直接观察的结果。规则是关于现实世界的逻辑推论。

事实 + 规则 = 知识库

上面的规则可以叫做friend/2因为它有两个参数(类似C#方法中的形参),:-读作“如果”,“如果”后面是由一系列“子目标”组成,子目标之间可以是且的关系,用“,”分割,也可以是或者的关系,用“.”表示。Prolog就是通过验证规则来回到我们yes或no的,如果参数能满足所有子目标就是yes。

Prolog学习:基本概念

合一(unification)

 合一是Prolog中一个非常重要的概念。简单的来说合一就相当于其它语言中的赋值:

cat(lion).
cat(tiger).

dorothy(X,Y,Z) :
- X = lion,Y = tiger,Z = bear.
twin_cast(X,Y) :
- cat(X),cat(Y).

合一的意思是:找出那些使规则匹配的值。

所以执行dorothy(lion,tiger,bear).这句,Prolog会返回yes:

dorothy/3规则的右侧,Prolog将lion赋值给X,tiger赋值给Y,bear赋值给Z,就像在命令式语言中这样:

var X = lion;
var Y
= tiger;
var Z
= bear;

这些值和左侧(也就是dorothy(lion,tiger,bear))对应的值相匹配,所以合一成功。

不过真正让合一发挥作用的是因为它在规则的两侧都能工作,在GNU Prolog中执行下面的语句:

dorothy(One,Two,Three).

会得到这样的结果:

Prolog学习:基本概念

在规则右侧Prolog还是分别将X,Y,Z和lion,tiger,bear进行绑定,而在规则的右侧,Prolog是的One,Two,Three分别和X,Y,Z进行合一了:

One = X = lion;
Two
= Y = tiger;
Three
= Z = bear;

并且合一的情况有时候不是唯一的,我们如下执行上面的twin_cast规则:

twin_cast(One,Two).

Prolog学习:基本概念

可以通过“;”来进行追问,有时候我们可能不满足于一个答案。

怎么样你是不是已经预见到合一在Prolog中发挥的至关重要的作用了:输出

列表/元组

只要是语言都会有数据结构,因为程序 = 算法 + 数据结构。

Prolog中有两个非常重要的数据结构:列表和元祖。列表是变长的容器:像[1,2,3]这样表示,元组是定长的容器,像(1,2,3)这样表示。两个数据结构非常简单,但是和合一配合起来的时候会十分强大。

| ?- (1,2,3) = (1,2,3).

yes

 | ?- [A,B,C] = [A,B,C].

yes

如果两个元组拥有的元素数量相同并且每个元素可以合一 ,则它们整体就是合一的。

加入变量会更有趣:

| ?- [A,B,C] = [1,2,3].

A
= 1
B
= 2
C
= 3

yes

并且变量在哪一侧无所谓,只要Prolog认为它们可以相同,那么就可以合一:

| ?- [A,2,C] = [1,B,3].

A = 1
B = 2
C = 3

(16 ms) yes

这让我想到小时候玩的一种扑克牌游戏了,当抓到大王或小王的时候,我可以把它看做是任何一张牌。

另外列表拥有一个元组不拥有的功能,这个功能在后面介绍的递归中会被广泛使用。 那就是通过[Head|Tail]解析列表,很简单看个例子就明白了:

| ?- [Head|Tail] = [1,2,3,4].

Head
= 1
Tail
= [2,3,4]

yes

Head绑定到1,Tail绑定到剩下的元素,Tail仍然是一个列表。因为Prolog的变量是没有数据类型之分的,所以它可以很容易的绑定为列表或元组,这点有点动态语言的性质,Prolog中也有匿名变量:

| ?- [a,b,c,d,e]=[_,_|[Head|_]].

Head
= c

yes

这样我们就能指定提取列表中某一个元素了。

递归

我们趁热打铁看看Prolog中递归是怎么发挥作用的,留心它和命令式语言中的不同

我们就以经典的斐波那契数列做例子吧,我们先来看下命令式语言是如何实现,这个再熟悉不过了:

static void Main(string[] args)
{
Console.WriteLine(Fibonacci(
8));

Console.ReadKey();
}
static int Fibonacci(int n)
{
if (n == 1) return 0;
if (n == 2) return 1;
return Fibonacci(n - 2) + Fibonacci(n - 1);
}

 

在看Prolog是如何实现之前,我们先来描述一下关于斐波那契数列的既定事实和规则,因为Prolog正是基于事实和规则的一门语言:

  • 第一个数是0;
  • 第二个数是1;
  • 从第三个数开始等它前面两个数之和。

好了和上面对应的Prolog的代码也是三行:

fibonacci(1,0).
fibonacci(
2,1).
fibonacci(N,V) :
- N > 2, N1 is N -1, N2 is N -2, fibonacci(N1,V1),fibonacci(N2,V2), V is V1 + V2.

:is是Prolog中内置的一个谓词。

Prolog学习:基本概念

比较起来你可能觉得和C#代码差不多,都很简洁,Prolog有什么特别的或者说优势呢?其中区别各位自己体会吧,我也在慢慢体会,这个区别就是声明式语言命令式语言之间的区别。

这个例子太简单不能很好体现Prolog的优势,下一篇文章我们看下用Prolog是如何解决数独和八皇后问题的。我们来看下《七周七语言》这本书中几个递归的例子,也许你能感兴趣不妨试试:

count(0,[]).
count(Count,[Head
|Tail]):- count(TailCount,Tail),Count is TailCount + 1.

sum(
0,[]).
sum(Total,[Head
|Tail]):- sum(Sum,Tail),Total is Sum + Head.

average(Average,List):
- sum(Sum,List),count(Count,List),Average is Sum/Count.

count是求列表元素的个数,sum是求和,average是求平均值。

内置谓词

所谓内置的谓词,可以简单理解为Prolog提供的一些基本“功能”,就像.net中的一些类库一样。上面提到的is就是。

length:获取列表的长度:

| ?- length([1,2,3],L).

L
= 3

yes

append:可以用来合并两个列表,当然还有很多其他功能:

| ?- append([1],[2],What).

What
= [1,2]

yes

用于列表的减法:

| ?- append([1],What,[1,2,3]).

What
= [2,3]

yes

排列组合:

| ?- append(One,Two,[1,2,3,4]).

One
= []
Two
= [1,2,3,4] ? ;

One
= [1]
Two
= [2,3,4] ? ;

One
= [1,2]
Two
= [3,4] ? ;

One
= [1,2,3]
Two
= [4] ? ;

One
= [1,2,3,4]
Two
= []

(
15 ms) yes

fd_domain:验证值是否在一个范围之内:

| ?- fd_domain(1,1,4).

yes

| ?- fd_domain([1,2,3,4],1,4).

yes

| ?- fd_domain([1,2,3,5],1,4).

no

fd_all_different:检查列表中是否有重复元素:

| ?- fd_all_different([1,2,3]).

yes
| ?- fd_all_different([1,2,1]).

no

member:检查某一个值是否在一个列表内:

| ?- member(1,[1,2]).

true ?

yes
| ?- member(3,[1,2]).

no

 

好了关于Prolog的基本概念就介绍到这,下一篇文章我们会看下通过这些基本概念Prolog是如何解决一些复杂问题的。想了解更多推荐大家去看看这本书。