В Прологе-10 предусмотрены все встроенные предикаты, о которых говорилось в этой книге. Кроме того, он нормально обрабатывает грамматические правила, когда они встречаются в обычном consult. В данном разделе рассматриваются некоторые отличия от приведенных описаний.
Действие предиката displayвсегда состоит в выдаче аргументов этого предиката на терминал, а не в текущий файл вывода, как было описано.
При рассмотрении арифметических выражений мы говорили, что арифметическое выражение вычисляется только тогда, когда оно задано в качестве второго аргумента предиката is. Во всех других случаях структура вида '24-3' просто обозначает саму себя. В Прологе-10 это не так. Там вычисляются и арифметические выражения, заданные как аргументы других предикатов. Примером этого служат операторы отношения '‹', '=‹' и т. д., а также предикат put. Это означает, что приводимый ниже пример в Прологе-10 будет работать, а в нашем базовом Прологе выдаст ошибку или приведет к неудаче в согласовании цели.
?- 2+4‹12*(2+8).
yes
Еще одна особенность. Структура, представляющая собой список, состоящий из одного числа, рассматривается как арифметическое выражение, значением которого является число. Иными словами в Прологе-10 имеем:
?- X is [25].
X = 25
yes
Благодаря такой комбинации возможностей, вывод одиночных литер может быть задан в мнемоническом виде, например:
?- put("a"), put("b").
ab
yes
(не забывайте, что "а" – это список, состоящий из одного числового кода, соответствующего первой строчной букве алфавита).
Синтаксис отрицания. Предикат с именем notне предусмотрен, но вместо него используется инфиксный оператор '\+' Отсутствует оператор «не равно» ('\=').
Переменные как целевые утверждения. На самом деле это скорее вопрос синтаксиса, чем чего бы то ни было другого. Мы уже видели, как с помощью предиката callможно вызвать целевое утверждение, соответствующее текущему значению переменной Пролога. В Прологе-10 предусмотрен другой способ осуществления этого. Вместо того чтобы вставлять утверждение-цель вида
…, call(X),…
достаточно поставить на место цели саму эту переменную:
…, X,…
При этом использование варианта с callтакже возможно. Более того, при применении к такому утверждению assertaили assertzсистема преобразует цель X в цель call(X).
Задание аргументов для retract.Из-за трудностей, связанных с использованием переменных в качестве целей, в Прологе-10 существуют отличия в том, как должны задаваться тела утверждений в предикате retract.Трудность заключается в том, что когда мы задаем вопрос
?- retract((mother(A,B):- С)).
это может быть истолковано или как просьба об удалении утверждения, имеющего конкретный вид:
mother(A,B):- С.
где в теле утверждения переменная обозначает цель или как просьба об удалении утверждения для предиката motherс любым телом, как, например:
mother(X,Y):- parent(X,Y), female(Y).
Для устранения возможной двусмысленности, в подобных случаях Пролог-10 всегда начинает с замены неконкретизированных переменных, обозначающих одиночные или множественные целевые утверждения в аргументах для retractсоответствующими структурами с функтором call.Таким образом, вопрос
?- retract((mother(A,B):-С)).
фактически рассматривается как
?- retract((mother(A,B):-call(C))).
Если мы хотим удалить первое утверждение для предиката motherнезависимо от его тела, то для этого можно было бы задать:
?- clause(mother(A,B),C), retract((mother(A,B):-С)).
В этом случае первая цель с clauseделает С достаточно конкретизированной, чтобы избежать преобразования.
Помимо встроенных предикатов, описанных нами, в Прологе-10 предусмотрено много других возможностей.
«Условная» форма задания целей, которая позволяет задавать цели в следующем виде:
…, (likes(john,X) --› wooden(X); plastic(X)),…
Идея такой составной цели состоит в следующем. Если цель - «условие», которая задается перед стрелкой --›, согласуется с базой данных, то осуществляется вызов второй цели, заданной непосредственно после --›, иначе осуществляется вызов третьей цели. Любая из этих целей может представлять собой последовательность целей Пролога. Указанные условные цели действуют точно так же, как если бы они были определены в Прологе-10 следующим образом:
?- op(1050,xfy,-›).
?- op(1100,xfy,';').
(X -› Y; Z):- call(X),!, call(Y).
(X -› Y; Z):- call(Z).
Индексированная база данных. Это средство позволяет сопоставлять элементы информации в базе данных с конкретными значениями и обходить стандартный механизм доступа к базе данных, имеющийся в Прологе. Например, если бы вы захотели хранить информацию о возрастах сотен людей, то стандартный подход потребовал бы завести сотни утверждений для некоторого предиката age (возраст). И когда затем вы бы пожелали выяснить возраст конкретного человека, Пролог должен был бы осуществить просмотр всех утверждений, пока не нашел бы нужный. Беда в том, что при обычном подходе информация сопоставляется с предикатом и, когда предикат содержит много утверждений, объем поиска может быть большим. Индексированная база данных позволяет сопоставлять информацию с конкретным именем более прямым способом.
Возможность доступа к предшественникам. В главе о средствах отладки мы рассматривали понятие целей-предшественников. В Прологе-10 предусмотрены встроенные предикаты, обеспечивающие доступ к предшественникам из Пролог-программы.
Статистическая информация. В Прологе-10 предусмотрены встроенные предикаты, позволяющие получить данные о скорости выполнения вашей программы и объеме памяти, необходимой для ее выполнения.
В Прологе-10 предусмотрены средства отладки, соответствующие тому, что было нами рассмотрено. В дополнение к встроенным предикатам отладки, описанным в гл. 8, предусмотрен предикат, позволяющий указать, какие события являются управляемыми во время трассировки.
DECsystem-10 Prolog User's Manual,Department of Artificial Intelligence, University of Edinburg, Scotland.- Представляет собой руководство пользователя Пролога-10.
C-Prolog User's Manual,CAAD Studio, Department of Architecture, University of Edinburg, Scotland.- Описывается система, работающая под управлением операционной системы UNIX,
Prolog-1 User's Manual,Expert Systems Ltd, 9 West Way, Oxford, England.- Описывает систему, работающую на многих ЭВМ, от Z-80 под управлением операционной системы СР/М до VAX 11 под управлением операционной системы VMS.
ПРИЛОЖЕНИЕ Е. МИКРО-ПРОЛОГ
В этом приложении рассматриваются некоторые возможности системы микро-Пролог, разработанной для микро-ЭВМ на базе микропроцессора Z-80, работающих под управлением операционной системы СР/М.
Все приводимые примеры соответствуют «базовому» синтаксису. При желании можно воспользоваться другими формами синтаксиса, включая тот, что совместим с Прологом для ЭВМ DECsystem-10.
Ниже приводится последовательность сообщений, которая может появиться на вашем терминале в ходе обычного сеанса работы с микро-Прологом. Прежде всего мы задаем для СР/М команду запуска Пролога.
A›PROLOG
Micro-Prolog 3.00 S/N
(С) 1982 Logic Programming Associates Ltd.
9999 Bytes Free
&.?((likes x y))
Clause error at (likes x y)
В микро-Прологе литеры «&» выдаются в качестве приглашения. Их появление означает, что система ожидает от нас ввода команды. Ввод литеры «?» означает, что мы хотим задать вопрос. Вслед за ним должна следовать последовательность целей, заключенная в круглые скобки (которую следует понимать как конъюнкцию этих целей). Каждая цель внутри скобок представляет собой последовательность из имени предиката и следующих за ним аргументов. Переменные обозначаются именами, начинающимися с х, у, z, X, Y, Z, за которыми могут следовать числа. В вопросе, приведенном выше, спрашивается о том, нравится ли кто-либо кому-либо. Но поскольку в базе данных нет утверждений для предиката likes (нравится),то микро-Пролог сообщает об ошибке.
&.LOAD TEST
Другая важная команда – это LOAD.Далее следует имя файла. Ввод этой команды приводит к чтению содержимого файла TEST.LOGи дополнению этим содержимым базы данных, подобно тому, как это делалось при consult.Теперь можно задавать вопросы:
&.?((likes john bertrand))
?
&.?((likes john alfred))
&.
Заметим, что отрицательный ответ на вопрос обозначается в микро-Прологе литерой «?», а положительный ответ – повторной выдачей приглашения. Чтобы узнать, какие утверждения имеются для предиката likes,мы задаем команду LIST.Можно запросить выдачу текста всей программы или выдачу утверждений для некоторого набора предикатов. Посмотрим, какие утверждения существуют для предиката likes:
&. LIST(likes)
((likes john alfred))
((likes alfred john))
((likes bertrand john))
((likes david bertrand))
((likes john x) (likes x bertrand))
В некоторых случаях для того, чтобы получить ответ на заданный вопрос, приходится прибегать к помощи встроенных предикатов. Предикат РР обеспечивает выдачу его аргументов на терминал, а предикат FAIL вызывает неудачное согласование целевого утверждения.
&.?((likes john х) (РР х) (FAIL))
alfred
david
?
Так мы получили два ответа на вопрос: «Кто нравится Джону?». Если мы хотим добавить к базе данных новые утверждения с терминала, нам не нужно прибегать к помощи специальных команд – мы можем просто ввести эти утверждения. Синтаксис утверждений микро-Пролога будет рассмотрен в следующем разделе.
&.((likes timothy bertrand))
&.?((likes john x) (PP x) (FAIL))
alfred
david
timothy
?
Чтобы выйти из микро-Пролога и вернуться в СР/М, достаточно задать команду QT, за которой следует поставить точку:
&. QT.
А›
Синтаксис микро-Пролога существенно отличается от синтаксиса, рассматриваемого в данной книге, однако освоить его можно довольно быстро. Основная идея заключается в том, что существует всего один вид терма – список. Если мы хотим построить терм с функтором fи четырьмя аргументами, то для этого используется список из пяти элементов, куда fвходит в качестве головы, а остальные элементы соответствуют четырем аргументам в порядке их следования. Таким образом то, что в базовом синтаксисе было бы записано в виде:
f(a,g(2,3),c)
на микро-Прологе должно быть записано как:
(f a (g 2 3) с)
Здесь мы сталкиваемся также и с иным синтаксисом задания списков, где списки заключены в круглые скобки, а элементы списков разделяются пробелами.
Утверждения представляются как списки термов, где первый терм – это заголовок утверждения, а остальные термы – цели, которые, будучи взятыми в конъюнкции, образуют тело утверждения. Рассмотрим более сложное утверждение:
((alter (zl|z2) (x|y)) (change zl x) (alter z2 у)
Это – второе утверждение для предиката alter(преобразовать) из разд. 3.4. Заметим, что вертикальная черта имеет здесь то же значение, что и в базовом синтаксисе.
Микро-Пролог может обрабатывать числа с плавающей точкой с точностью до восьми значащих цифр и с порядком (по основанию 10) в диапазоне от -127 до 127. Имена атомов (называемые в микро-Прологе «константами») могут содержать до 60 литер, а терм не может содержать более 64 переменных. Эти ограничения на практике не вызывают трудностей.
Микро-Пролог предоставляет множество средств, помогающих при разработке программ за терминалом. Предикаты LOADи SAVEпозволяют, соответственно, читать и записывать программы в файлы на диске. Мощный строчный редактор и структурный редактор позволяют вносить изменения в тексты программ, не выходя из Пролог-системы. Выполнение микро-Пролог-программы может быть прервано путем ввода комбинации «CONTROL С».
Имена и назначение встроенных предикатов сильно отличаются от рассмотренных в данной книге. Ниже приводится краткое описание некоторых из предусмотренных средств.
Тип терма можно проверить с помощью предикатов NUM, CON, VAR,которые согласуются с базой данных, соответственно, в случае чисел, констант (атомов) и переменных. Кроме того, предикат SYSпроверяет, является ли константа именем встроенного предиката, предикат 1NTобеспечивает проверку на целое число.
Для работы с базой данных используются предикаты: ADDCL(аналогичен assert), CL(аналогичен clause)и DELCL(аналогичен retract)В этих предикатах можно задавать дополнительный целочисленный аргумент Nс тем, чтобы можно было обрабатывать N-e утверждение процедуры.
Поскольку единственным видом терма в микро-Прологе является список, то предикат вида ' =..' здесь не нужен. Предикат STRINGпозволяет программисту создавать новые атомы и осуществлять доступ к внутренней структуре имени атома аналогично тому, как это делается с помощью предиката name.
Составные цели в микро-Прологе можно конструировать с помощью встроенных предикатов OR, NOTи IF.Предикат FAILвызывает немедленную неудачу в согласовании цели. Предусмотрено также и «отсечение», которое обозначается с помощью литеры '/'.
Арифметические действия реализуются посредством нескольких предикатов, вместо одного is. Арифметические предикаты максимально «обратимы», поэтому, например, цель
(SUM х у г)
вызывает сопоставление z с суммой х и у, если х и у конкретизированы. С другой стороны, если сначала конкретизированы у и r, а х – нет, то х будет конкретизирован разностью z-у.
Операции с файлами в микро-Прологе аналогичны тем, что имеются в базовом Прологе, с той лишь оговоркой, что здесь нет понятия текущего потока ввода или текущего потока вывода. Вместо этого вывод в файл и ввод из файла осуществляются, соответственно, через предикаты WRITEи READс указанием каждый раз имени файла. Предусмотрены специальные предикаты, обеспечивающие удобства при вводе-выводе через терминал пользователя.
Микро-Пролог позволяет программисту разрабатывать программы по частям, которые называются модулями. Такая возможность сокращает вероятность случайных конфликтов имен в про-граммах и облегчает обмен программами между программистами.
В микро-Прологе предусмотрена возможность трассировки программы, однако средства трассировки должны быть предварительно загружены с помощью предиката LOAD. При трассировке выдается информация о процессе согласования всех целей, не содержащих встроенных предикатов. В моменты возникновения событий CALL, EXITи FAIL, которые именуются, соответственно, как ENTER, FINISHи FAIL, выдаются соответствующие сообщения. Пользователю разрешается в момент события CALLвмешиваться в ход трассировки и задавать команды CONTINUE(продолжить выполнение с трассировкой), SKIP(прервать трассировку до завершения текущей цели), FINISH(немедленное согласование текущей цели) и FAIL(немедленная неудача в согласовании текущей цели).
Clark K.L., Mc-Cabe F.G. Micro-PROLOG: Programming in Logic,Prentice-Hall, 1984. [Русский перевод: Клар К., Маккейб Ф. Введение в логическое программирование на микро-Прологе.- М,; Радио и Связь, 1987.]
ПРИЛОЖЕНИЕ F. СИСТЕМА МПРОЛОГ [19]
В этом приложении описывается система МПролог, разработанная в Институте по координации вычислительной техники (SZKI), г. Будапешт. Название системы МПролог отражает тот факт, что в этой системе предусмотрены средства для модульной разработки программ. Кроме того, в ней поддерживается более 200 встроенных предикатов, рассчитанных на различные области применения.
Синтаксис МПролога совместим с синтаксисом Пролога-10 (см. приложение D), и почти все встроенные предикаты Пролога-10 предусмотрены также и в МПрологе.
Пролог доступен на следующих вычислительных комплексах:
| ЭВМ | Операционные системы |
|---|---|
| VAX-11 | VMS, UNIX |
| IBM | VM/CMS, MVS |
| Siemens | BS2000 |
| M68000 | UNOS, UNIX-подобные системы |
Одна из версий МПролога (так называемый мини-МПролог) предназначена для микро- и мини-ЭВМ. Первая реализация этой системы применяется на ЭВМ IBM PC с ОС MSDOS.
Ниже приводится пример сеанса работы с подсистемой разработки программ (PDSS) системы МПролог,
В системе МПролог средства диалоговой разработки программ отделены от интерпретатора и реализованы в подсистеме PDSS, которая исполняет команды первичного ввода, редактирования, выполнения, трассировки и другой обработки модулей МПролога. Подсистема PDSS также позволяет задавать значительное число глобальных параметров, определяющих режимы работы команд. Например, параметр line_length(длина_строки) задает длину выводимых строк при специально форматированном выводе утверждений.
DO $S.MPRO.PDSS
MPROLOG (V1.4) Program Development Subsystem 1.4:4 (
c) 1982 Institute for Coordination of Computer Techniques (SZKI), Budapest.
По команде helpвыводится общая вспомогательная информация о возможностях PDSS (# означает приглашение системы) [20];
* help Команда; h[elp] [ТЕМА…]
Выводит вспомогательную информацию по заданной теме или о возможностях самой команды help,если аргумент опущен.
Можно получить информацию по следующим темам:
all_global all_symbolic all_visible body bye coded consult declaration delete dynpart edit enter exception_handling execute export face focus global goal help hidden import insert interface list local match_order mode modify module move next nonprolog operator options previous query read rename replace reply reset rungoal savemod selectors set solutions status symbolic trace type untimed untrace visible =
Сведения по конкретной теме, например по теме module,указанной в третьей колонке, можно получить следующим образом:
*help module
Команда: m[odule] [ИМЯ]
Делает модуль ИМЯтекущим модулем. Если ИМЯопущено, то текущим модулем становится `неименованный_модуль'. После этой команды никакое утверждение не помещается в поле зрения.
Возможности PDSS позволяют разрабатывать несколько модулей. Данный сеанс начинается с команды module,создающей модуль, в который затем будут помещаться определения предикатов.
* module first
MODULE first
* enter hates(ann,john).
PREDICATE hates/2
*?- hates(kate,X).
NO
Команда enterиспользуется здесь для дополнения модуля firstновым утверждением. На основе одного этого утверждения ответ на вопрос hates(kate, X)получается отрицательным.
В то же время, когда утверждений, относящихся к данному целевому утверждению, вообще нет, система ведет себя по-другому: такая ситуация рассматривается как особая, и она обрабатывается стандартным обработчиком особых ситуаций PDSS:
*?- likes(X,Y).
Exception -505: undefined predicate In call of likes(_425,_426) Function (h for help)?
* h
p – enter new PDSS level
b – backtrace
a – abandon execution
с – continue
f – fail
s – contents of the stack
r - redo the broken call
i – user handled interrupt
h – help Function (h for help)'
* f
NO
Здесь enter new PDSS levelозначает выход на новый уровень команд PDSS (аналогично команде breakв Прологе-10), backtraceозначает вывод списка предшественников ошибочного вызова (аналогично команде backtraceв Прологе для PDP-11 с ОС UNIX).
После завершения указанных выше действий пользователь может запросить другие действия. Предикаты continueи failпродолжают приостановленное выполнение программы так, как если бы вместо особой ситуации имела место согласованность или несогласованность цели с базой данных. В данном случае ввод fприводит к ответу NO.
Однако систему МПролог можно заставить вести себя так, как Пролог-система, описанная в книге. Для этого достаточно в качестве обработчика особой ситуации для undefined predicateзадать целевое утверждение fail:
*?- newhandler("undefined predicate",fail).
Yes
*?- likes(X,Y).
No
Будем считать, что файл testсодержит ту же самую последовательность утверждений, что и в предыдущих приложениях. Тогда мы можем считать содержащиеся в нем утверждения в базу данных. При этом, если параметр auotostateне в состоянии «off» (выключено), то будет выводиться функтор (т. е. имя/число аргументов) читаемых из файла предикатов.
*?- [test]. likes/2
Yes
*?- listing(likes/2).
likes(john,alfred).
likes(alfredjohn).
likes(bertrandjohn).
likes(david,bertrand).
likes(john,ANYBODY): -likes(ANYBODY,bertrand).
Yes
Переменные (в данном случае ANYBODY)записаны прописными буквами как в Прологе-10. Однако в МПрологе предусмотрена особая возможность сохранения символьных имен переменных в пользовательской программе.
Альтернативным способом вывода заданного предиката или некоторых из определяющих его утверждений является использование команды type:
* type likes/2
likes(john,alfred).
likes(alfred,john).
likes(bertrand,john).
likes(david,bertrand).
likes(john,ANYBODY):- likes(ANYBODY,bertrand).
Второе и четвертое утверждения данного предиката можно просмотреть с помощью команды;
* type likes / 2 CL (2,4)
likes(alfred, john).
likes(david,bertrand).
А все утверждения, включающие bertrandвыбираются следующим образом:
* type likes / 2 CL (bertrand)
likes(bertrand, john).
likes(david,bertrand).
likes(john,ANYBODY):- likes(ANYBODY,bertrand).
Получение альтернативных решений для целевого утверждения осуществляется немного иначе, чем в Прологе-10:
*?- likes(john,Who).
WHO = alfred Continue (y/n)?
* y
WHO = david Continue (y/n)?
* у
NO
Новые утверждения можно добавлять как с помощью команды enter,так и путем чтения псевдо-файла user(как в Прологе-10):
*?- [user].
likes(timothy,bertrand).
likes/2+6
* bye
Yes
Команда ввода вопроса (?-) не выдает сведений о времени его выполнения. Эту информацию можно получить путем задания команды execute (в краткой форме ':'):
* :likes(john,X).
(*** CPU time: 0.27 sec, 1 calls, 0 backtracks ***)
Подсистема PDSS гибко реагирует на синтаксические ошибки. В стандартном режиме при возникновении такой ошибки пользователю предоставляется выбор: отредактировать ошибочное утверждение или выполнить целевое утверждение:
*?- likes(john,ann)). full stop expected at) Enter the editor (y/n)?
* y
10: likes(john,ann))
*** Enter editor commands
* 10: likes(john,ann)
*** Line 10 replaced ***
* end NO
Команда endзакрывает цикл редактирования. Затем делается попытка согласовать отредактированную цель, и в результате получается ответ NO.
Тот же метод применим и в случае чтения файла в базу данных: ошибочные утверждения могут быть отредактированы, а затем процесс чтения файла продолжается.
Сеанс работы с PDSS завершается по команде bye. При этом система предупреждает пользователя о возможности утраты модулей, которые не были записаны в файлы.
* bye
*** The following module(s) have not been saved: ***
first Do you want to exit (y/n)?
*y
Normal exit from MPROLOG PDSS
Синтаксис МПролога в основном совместим с синтаксисом Пролога-10. Правда, позиции операторов, их приоритеты и ассоциативность в МПрологе отличаются, однако, для обеспечения совместимости с тем, что описано в данной книге, предусмотрен встроенный предикат ор. Списки можно задавать как с помощью точечной записи (используя для этого предварительно описанный оператор '.'), так и с помощью скобочной записи [].
Строки в МПрологе не эквивалентны списку кодов, составляющих их литер. Это означает, что пример из гл. 5 (база данных исторических событий) с вопросом событие(1524,Х)будет работать и ответом будет 'Васко да Гама умер'.
В самом языке и в системе разработки программ предусмотрены средства модульного построения программ. МПролог-программа может состоять из нескольких модулей, которые взаимодействуют между собой только через заданные интерфейсы модулей.
Например, предикат найтидля работы со словарем, имеющим вид упорядоченного дерева (см. разд. 7.1), может быть заключен в такой модуль:
module dictionary.
export (найти / 3, печ_дерево / 3).
import (меньше / 2).
visible (таблица, подряд), body.
найти(Н, b(H,G,_,_), G):-!.
найти(Н, в(Н1,_,BEFORE,_),G):- меньше(Н,Н1)?найти(Н,ВЕFОRЕ,G).
найти(Н,в(Н1,,_,AFTER),G):- not(меньше(Н,Н1)), найти (H,AFTER,G).
печ_дерево(T,FORM,KEYWORD):- var(T),!.