Prolog语言(耐心看完-你就入门了).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,人 工 智 能,Artificial Intelligence(AI),2025/11/19 周三,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（,Pro,gramming in,Log,ic,）,2025/11/19 周三,Prolog,语言的特点,Prolog,语言的基本内容,简单的例子,2025/11/19 周三,Prolog,语言,（或者,系统）是以一阶谓词逻辑的,Horn,子句集,为语法，以,Robinson,的,消解原理,为工具，加上,深度优先的控制策略,而形成的人工智能通用程序设计语言,Prolog,语言的特点,2025/11/19 周三,Horn,子句集,消解原理,深度优先,Prolog,系统,2025/11/19 周三,Prolog,具有下列特点,：,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,”,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,2025/11/19 周三,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,2025/11/19 周三,符号说明,：,“,:=,”,表示,“定义为”,“,|,”,表示,“或”，可选,“,”,表示,“重复或者出现多个”,1,项,2025/11/19 周三,项的定义,：,:=,|,|,2025/11/19 周三,:=,|,:=,|,|,:=|,2025/11/19 周三,命名,：用小写字母或者小写字母开头的,小写字母数字串,用途,：用于标识对象的名字、谓词（对象间的关系）或函数名,标识符原子,例,：,john,marry,classmate,teacher,2025/11/19 周三,字符串原子,是用引号括起来的符号串,特殊原子,指一些特殊符号，如,+,、,-,、,*,、,/,等,2025/11/19 周三,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,:=|,2025/11/19 周三,特殊变量,：空变量，,记作,：“,_,”,含义,：我们对问题的某一个变量的值不关心,2025/11/19 周三,:=,（,）,|,:=|,2025/11/19 周三,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)*49-96,2025/11/19 周三,项,常量,变量,复合项,原子,数,标识符原子,字符串原子,特殊原子,（,）,2025/11/19 周三,2,Prolog,中的语句,事实,：,P.,含义,：无条件成立，恒为真,例,：,like(monkey,banana),Prolog,中的语句分成三种形式：,2025/11/19 周三,规则,：,P,:-,P,1,P,2,P,n,.,“,:-,”,表示“,蕴涵,”,“,，,”表示“,合取,”,含义,：若,P,1,P,n,均,为真时，,P,为真,2025/11/19 周三,问题,（目标）,Goal,Q,1,Q,2,Q,m .,含义,：待回答的问题,即,Q,1,Q,m,同时为真吗？,2025/11/19 周三,从消解角度来看：,（事实）,中，,P,是,Horn,子句,2025/11/19 周三,（规则）,可以表示为,P,1,P,2,P,n,P,可以转化为,P,1,P,2,P,n,P,也是,Horn,子句，并受,全称量词,约束,2025/11/19 周三,（问题）是,Q,1,Q,m,受,存在量词,约束，取非后,Q,1,Q,m,受全称,量词约束,，是,Horn,子句,2025/11/19 周三,Prolog,三种形式的语言都是,Horn,子句,问题求解就是,Horn,子句集,消解,2025/11/19 周三,3,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“,”来表示，元素之间用,逗号,或者,空格,分开,2025/11/19 周三,例,：,1,2,3,a,b,c,d,2025/11/19 周三,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,2025/11/19 周三,例,：,P（the,cat,sat,down）.,?-P(,X,|,Y,).,答案,：,X,=the,Y,=cat,sat,down,?-P(,X,Y,|,Z,).,答案,：,X,=the,Y,=cat,，,Z,sat,down,2025/11/19 周三,4,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,2025/11/19 周三,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,2025/11/19 周三,likes(m,f).,likes(m,w).(,事实),likes(j,w).,likes(j,s).,goal,likes(m,X),likes(j,X).(,问题),问题,：是否,m,和,j,都喜欢什么东西？,(,X=?,),f,w,s,m,j,2025/11/19 周三,Prolog,的求解过程,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（置换与合一），按,顺序,得到,f/X,likes(m,f).,likes(m,w).,likes(j,w).,likes(j,s).,2025/11/19 周三,第二步,：,f,代替第二个问题,likes,(j,X),中的,X,，,则得,likes,(j,f),。,再与事实匹配，不能匹配，失败，则回溯，忘掉刚才的匹配,likes(m,f).,likes(m,w).,likes(j,w).,likes(j,s).,likes(m,X),likes(j,X),2025/11/19 周三,第三步,：回到第一个问题,likes,(m,X)，,重新匹配，得到,w/X,第四步,：第二个问题变成,likes,(j,w)。,再与事实匹配，成功,第五步,：答案就是,X=w,likes(m,f).,likes(m,w).,likes(j,w).,likes(j,s).,likes(m,X),likes(j,X),2025/11/19 周三,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）,2025/11/19 周三,例,：,father(a,b).,a,是,b,的父亲,father(c,d).,brother(a,c).,a,与,c,是兄弟关系,uncle(X,Y):-brother(X,Z),father(Z,Y).,?-uncle(a,U).,问题,：,a,是谁的叔叔？,（,U=?,）,2025/11/19 周三,第一步,：问题,uncle,(a，U),与事实逐个匹配，不成功,Prolog,的求解过程,：,father(a,b).,father(c,d).,brother(a,c).,2025/11/19 周三,第二步,：与规则头（左部）匹配，即寻找合一者，有,a/X,U/Y,转化为两个子问题：,brother,(a,Z),和,father,（Z,U）,uncle(X,Y):-brother(X,Z),father(Z,Y).,uncle(a，U),2025/11/19 周三,第一个子问题,brother(a,Z),与事实匹配，得到,c/Z,代人第二个子问题，有,father(c,U),。,与事实匹配，得到,d/U,，即,U=d,，,解是：,a,是,d,的叔叔,father(a,b).,father(c,d).,brother(a,c).,brother(a,Z),father（Z,U）,2025/11/19 周三,Prolog,的实现方法主要是：,匹配,与,回溯,匹配,：合一过程、消解过程,回溯,：搜索，而且是深度优先搜索,2025/11/19 周三,关于匹配的几点说明,：,第一,、一个变量,被置换,后，代入了另一个,项,，则称该变量为,实例化,的变量,2025/11/19 周三,若与另一个未实例化的变量,匹配,，则视为同一变量，两者,共享,若与另一个实例化的变量,匹配,，也变成了实例化的变量，且两者,同值,若与,常量匹配,，也变成了实例化变量，并取常量的值,第二,、一个,未实例化,的变量可以与任何,项匹配,：,2025/11/19 周三,第三,、,常量,只能与相同的,常量,匹配,第四,、实例化的变量与另一个实例化的值相同的变量,匹配,，也可以与另一个未实例化的变量匹配，使另一个变量实例化，且,约束值相同,2025/11/19 周三,5 常用的内部谓词,内部谓词,：,Prolog,系统本身定义的一些基本谓词,注意,：可以直接使用，用户不能修改,2025/11/19 周三,算术运算,算术表达式,由,操作数,（数、变量）、,操作符,和,括号,组成,算术运算符号,：“+、-、*、/”（加减乘除）,2025/11/19 周三,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),2025/11/19 周三,比较谓词,eq(X,Y)X=Y,ne(X,Y)XY,gt(X,Y)XY,ls(X,Y)XY,2025/11/19 周三,对于“、”，,X,Y,可以取,常量,变量,谓词,表,2025/11/19 周三,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,对于,“”（,赋值与比较,）,的几点说明,：,2025/11/19 周三,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，对应的,变元相等,2025/11/19 周三,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,2025/11/19 周三,谓词,cut,与,fail（,特殊谓词）：,cut(!)：,禁止回溯,fail：,强迫回溯,2025/11/19 周三,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,关于,cut,的几点说明,：,2025/11/19 周三,关于,fail,的说明,：,作为一个子目标，使,Prolog,程序运行到,fail,，,必定引起,回溯,2025/11/19 周三,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,答案是,：,X=21,去掉“,！,”，会发生什么？,sum(1,1):-!.,sum(N,R):-N1=N-1,sum(N1,R1),R=R1+N.,?-sum(6,X).,2025/11/19 周三,6,Prolog,程序设计步骤,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,对应于,Prolog,程序的组成部分，,设计步骤,分为：,2025/11/19 周三,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,2025/11/19 周三,程序的一般结构（组成部分）,Visual Prolog,程序包括三到四个,基本程序段,：,第一,、,域段,：说明谓词变量的域（类型）,第二,、,谓词段,：说明非标准谓词（用户自己的谓词）,2025/11/19 周三,第三,、,子句段,：核心部分，可以写出事实与规则,第四,、,目标段,：设置内部目标,2025/11/19 周三,域段,（,domains),Prolog,语言中的域用于,区分不同变量类型的数据,相当于其它高级语言中的数据类型,2025/11/19 周三,基本标准域有：,char,：,用单引号括起来的,单个字符,，例如，,a,integer,：,整数,，范围为32767到-32768,real,：,实数,，例如，86.72，5.1,e+21,2025/11/19 周三,string,：,用双引号括起来的,字符序列,例,：“,I am from Nanjing”,2025/11/19 周三,symbol,：,有两种形式：,以小写字母开头的字母、数字和下划线组成的,序列,用双引号括起来的,字符串序列,2025/11/19 周三,Prolog,中表示成下列形式：,integerlist=integer*,“,integer,”,说明表中元素的类型,“,*,”告诉编译系统，这是一张表,表,：,2025/11/19 周三,例,domains,title,author=,symbol,pages=,integer,注,：,每一个说明的最后,无句号,“,.,”,2025/11/19 周三,谓词段,（,predicates),说明用户自己定义的,谓词,说明谓词变元的,域,2025/11/19 周三,谓词名,：,由小写字母开头，由字母、数字和下划线组成（,标识符原子,）,谓词变元的类型,标准域,域段中说明的其它域,2025/11/19 周三,例：,domains,person=,symbol,predicates,father(person),或者,father(,symbol,),alphabet_position(,char,integer,),谓词后面,无句号,“,.,”,2025/11/19 周三,子句段,(,clauses),由事实与规则组成,说明,：,每一个事实或规则后面必须,有句号,“,.,”,2025/11/19 周三,例：,clauses,likes(tom,football),.,classify(X,negative):-X0,.,2025/11/19 周三,目标段,(,goal),必须书写一个目标段，作为源码的一部分（内部目标）,外部目标,2025/11/19 周三,例,goal,likes(tom,X).,2025/11/19 周三,注释,：,多行注释,：/*/,(,C/C+,中采用的符号）,单行注释,：%,（,Matlab,中采用的符号）,2025/11/19 周三,Visual Prolog,程序的基本结构：,domains,（,说明变量类型，无句号）,predicates,.（,说明谓词，无句号）,clauses,.（,程序段，必须有句号）,goal,（,目标或问题，必须有句号）,2025/11/19 周三,3,例子,2025/11/19 周三,