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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),2024/9/12,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,）,2024/9/12,Prolog,语言的特点,Prolog,语言的基本内容,简单的例子,2024/9/12,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,2024/9/12,Horn,子句集,消解原理,深度优先,Prolog,系统,2024/9/12,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,2024/9/12,自动实现模式匹配与回溯。这是人工智能中最常用的两项操作，,Prolog,自动实现这些操作,程序易于编写与阅读。它是面向人的自然语言,语句句型少，语法简明。只有,三种句型,2024/9/12,参考资料,：,雷英杰，张雷，邢清华，孙金萍。,Visual Prolog,语言教程,。西安：陕西科学技术出版社，2002年2月（380页，,35,元）,雷英杰，邢清华，孙金萍，张雷。,Visual Prolog,编程、环境及接口,。北京：国防工业出版社，2004年1月（412页，36元）,2024/9/12,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,2024/9/12,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,2024/9/12,项的定义,：,:= ,|,|,2024/9/12,:=,|,:=,|,|,:= | | ,2024/9/12,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,2024/9/12,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,2024/9/12,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,:= | | ,2024/9/12,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,2024/9/12, :=,（, , ,）,|, , ,:= | | ,2024/9/12,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)*49-96,2024/9/12,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,（, ,）, ,2024/9/12,2,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：,2024/9/12,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,2024/9/12,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？,2024/9/12,从消解角度来看：,（事实）,中，,P,是,Horn,子句,2024/9/12,（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,2024/9/12,（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,2024/9/12,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,2024/9/12,3,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,2024/9/12,例,：,1, 2, 3,a, b, c, d,2024/9/12,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,2024/9/12,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,2024/9/12,4,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,2024/9/12,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,2024/9/12,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,2024/9/12,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).,2024/9/12,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),2024/9/12,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),2024/9/12,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）,2024/9/12,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 = ?,）,2024/9/12,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).,2024/9/12,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,),2024/9/12,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）,2024/9/12,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,2024/9/12,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,2024/9/12,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,：,2024/9/12,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,2024/9/12,5 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,2024/9/12,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）,2024/9/12,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),2024/9/12,比较谓词,eq(X, Y) X=Y,ne(X, Y) XY,gt(X, Y) XY,ls(X, Y) XY,2024/9/12,对于 “ 、 ”，,X,Y,可以取,常量,变量,谓词,表,2024/9/12,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,：,2024/9/12,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,2024/9/12,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,2024/9/12,谓词,cut,与,fail（,特殊谓词）：,cut ( ! )：,禁止回溯,fail：,强迫回溯,2024/9/12,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,：,2024/9/12,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,2024/9/12,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).,2024/9/12,6,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：,2024/9/12,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,2024/9/12,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）,2024/9/12,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,2024/9/12,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,2024/9/12,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+21,2024/9/12,string,：,用双引号括起来的,字符序列,例,：“,I am from,Nanjing,”,2024/9/12,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,2024/9/12,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,：,2024/9/12,例,domains,title , author =,symbol,pages =,integer,注,：,每一个说明的最后,无句号,“,.,”,2024/9/12,谓词段,（,predicates),说明用户自己定义的,谓词,说明谓词变元的,域,2024/9/12,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,2024/9/12,例：,domains,person =,symbol,predicates,father(person),或者,father(,symbol,),alphabet_position(,char,integer,),谓词后面,无句号,“,.,”,2024/9/12,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,“,.,”,2024/9/12,例：,clauses,likes(tom, football),.,classify(X, negative):- X0,.,2024/9/12,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,2024/9/12,例,goal,likes(tom, X).,2024/9/12,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）,2024/9/12,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）,2024/9/12,3,例子,2024/9/12,
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