Корд. Отчет По практическому заданию 1 Ознакомление с принципами организации и эксплуатации базовой Prologсистемы

• Название: Отчет По практическому заданию 1 Ознакомление с принципами организации и эксплуатации базовой Prologсистемы
• Дата: 23.05.2023
• Размер: 22.67 Kb.
• Имя файла: PZ_1.docx
• Тип: Отчет; #1155133

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Уфимский Государственный Нефтяной Технический Университет

Кафедра «Вычислительная техника и инженерная кибернетика»

Отчет

По практическому заданию №1

«Ознакомление с принципами организации и эксплуатации базовой Prolog-системы»


По дисциплине «Системы искусственного интеллекта»

Выполнил: студент гр. БГРс-21-03 Минхаеров.Б.Р



Проверил: доцент кафедры информатики Дмитриев В.Г

Тема работы: Ознакомление с принципами организации и эксплуатации базовой Prolog-системы.

Задание:ознакомиться с основными возможностями системы SWI-Prolog, правилами заполнения информационной базы, составления элементарных и составных вопросов со стандартными системными предикатами и c составлением простейших правил для их накопления в Prolog-системе.

Выписать ключевые термины и понятия, дать пояснения. Привести свои примеры фрагментов кода. Составить отчет.

Теоретические сведения

1. Общая информация

Язык Пролог, самый известный из представителей семейства языков логического программирования, вырос из работ Алана Колмерауэра (A. Colmerauer) по обработке естественного языка и независимых работ Роберта Ковалького (R. Kowalski) по приложениям логики к программированию. Дэвиду Уоррену (D. Warren) и его коллегам из Эдинбургского университета удалось осуществить достаточно эффективную реализацию Пролога. Имя Уоррена вошло в историю логического программирования. В его честь названа базовая техника реализации Пролога, получившая название абстрактной машины Уоррена. Программа на языке Пролог представляет собой набор фактов и (возможно) правил. Если программа содержит только факты, то ее называют база данных. Если она содержит еще и правила, то часто используют термин база знаний.

SWI-Prolog распространяется под лицензией GPL, что обеспечивает возможность его использования без нарушений чьих-либо коммерческих интересов. Эта версия языка Пролог доступна как пользователям ОС Linux, так и пользователям Windows.

2. Атомы, числа, переменные и составные термы

Программа на языке Пролог обычно описывает некую действительность. Объекты (элементы) описываемого мира представляются с помощью термов. Терм интуитивно означает объект. Существует 4 вида термов: атомы, числа, переменные и составные термы. Атомы и числа иногда группируют вместе и называют простейшими термами.

Атом - это отдельный объект, считающийся элементарным. В Прологе атом представляется последовательностью букв нижнего и верхнего регистра, цифр и символа подчеркивания '_', начинающейся со строчной буквы. Кроме того, любой набор допустимых символов, заключенный в апострофы, также является атомом. Наконец, комбинации специальных символов + - * = < > : & также являются атомами (следует отметить, что набор этих символов может отличаться в различных версиях Пролога). Пример
Представленные далее последовательности являются корректными атомами:

b, abcXYZ, x_123, efg_hij, коля, слесарь,

'Это также атом Пролога',

+, ::, <---->, ***

Числа в Прологе бывают целыми (Integer) и вещественными (Float). Синтаксис целых чисел прост, как это видно из следующих примеров: 1, 1313, 0, -97. Не все целые числа могут быть представлены в машине, их диапазон ограничен интервалом между некоторыми минимальным и максимальным значениями, определенными конкретной реализацией Пролога. SWI-Prolog допускает использование целых чисел в диапазоне от -2147483648 (-231) до 2147483647 (231-1). Синтаксис вещественных чисел также зависит от конкретной реализации. Мы будем придерживаться простых правил, понятных из следующих примеров: 3.14, -0.0035, 100.2. При обычном программировании на Прологе вещественные числа используются редко. Причина этого кроется в том, что Пролог - язык, предназначенный в первую очередь для обработки символьной, а не числовой информации. При символьной обработке часто используются целые числа, нужда же в вещественных числах невелика. Везде, где можно, Пролог старается привести число к целому виду.

Переменными в Прологе являются строки символов, цифр и символа подчеркивания, начинающиеся с заглавной буквы или символа подчеркивания:

X, _4711, X_1_2, Результат, _x23, Объект2, _

Последний пример (единственный символ подчеркивания) является особым случаем - анонимной переменной (переменной без имени). Анонимная переменная применяется, когда ее значение не используется в программе. Возможное неоднократное употребление безымянной переменной в одном выражении применяется для того, чтобы подчеркнуть наличие переменных при отсутствии их специфической значимости.

Составные термы (функции) состоят из имени функции (нечислового атома) и списка аргументов (термов Пролога, то есть атомов, чисел, переменных или других составных термов), заключенных в круглые скобки и разделенных запятыми. Группы составных термов используют для составления фраз Пролога. Нельзя помещать символ пробела между функтором (именем функции) и открывающей круглой скобкой. В других позициях, однако, пробелы могут быть полезны для создания более читаемых программ. Ниже приведены два составных терма:

итого(клиент(X,23,_), 71)

'Что случилось?'(ничего)

При задании имен термов предпочтительнее использовать мнемонические ("говорящие") имена, так как терм a(ж), например, гораздо менее информативен, чем терм aвтор(жюль_верн).

Еще одной важной структурой данных в Прологе является список. Мы познакомимся с ним позднее. Сейчас отметим только один из видов списков - список символов. Такие списки могут быть представлены в виде строк, например, первый аргумент составного терма возраст("Борис",10) - строка. При записи строки заключаются в кавычки.

3. Запросы, факты и правила

Запрос - это последовательность предикатов, разделенных запятыми и завершающаяся точкой. На естественном языке запятая соответствует союзу "и", а на языке математической логики обозначает конъюнкцию. С помощью запросов можно "спрашивать" базу данных о том, какие утверждения являются истинными. Предикат запроса называется целью. Простые вопросы, не содержащие никаких переменных, называют да-нет-вопросами. Они допускают лишь два возможных ответа: "Yes" означает наличие соответствующего факта в базе данных (первый запрос примера, приведенного ниже), "No" - его отсутствие (второй запрос). В случае ответа "Yes" говорят, что запрос завершился успехом, цель достигнута.
Пример

?- больше(слон, лошадь), больше(лошадь,осел).

Yes
?- больше(слон, собака).

No

Использование переменных в запросах позволяет задавать более сложные вопросы. Предположим, например, что мы хотим определить, какие животные больше осла? В следующем запросе переменная X обозначает искомый ответ:

?- больше(X, осел).

X = лошадь

Yes

При обработке запроса переменная X приняла значение "лошадь". Просматривая базу данных, интерпретатор обнаружил факт, утверждающий, что лошадь больше осла, и запрос был успешно выполнен.

Запросы с переменными могут иметь более одного решения. Первым всегда выводится то из решений, которое находится ближе к началу базы данных. Если нам достаточно только одного ответа, то можно нажать Enter и закончить поиск. В случае, если мы захотим получить очередной ответ, нужно нажать клавишу ; (точка с запятой), и Пролог начнет поиск других вариантов ответа на запрос. Сообщение "No" говорит об отсутствии очередного решения.

Факт - это утверждение о том, что соблюдается некоторое конкретное отношение. Он является безусловно верным. В разговорной речи под фактом понимается нечто вроде "Сегодня солнечно" или "Васе 10 лет". На Прологе это запишется в виде

'Сегодня солнечно'.

'Васе 10 лет'.

Если вы сохраните эти факты в файле и затем загрузите его, то можно задавать вопросы интерпретатору Пролога (напомним, что запрос вводится после приглашения Пролога, которое в большинстве версий имеет вид ?-) , например,

?- 'Сегодня солнечно'.

Yes
?- 'Васе 10 лет'.

Yes
?- 'Сегодня солнечно', 'Васе 10 лет'.

Yes

Запятая между фактами в последнем запросе означает операцию логического и (конъюнкцию).

Такая форма записи соответствует логике высказываний, возможности которой, как уже говорилось, достаточно ограничены. Мы не можем задать, например, вопрос о том, сколько лет Васе. Гораздо удобнее использовать параметризованные факты, работу с которыми поддерживает логика предикатов. На Прологе факт может быть записан в виде предиката, аргументы которого являются символьными или числовыми константами.

Правила. Пролог могут содержать правила, позволяющие получать дополнительные знания о том мире, который описывает программа. Правило задает новый предикат через определенные ранее. Правило состоит из головы (предиката) и тела (последовательности предикатов, разделенных запятыми). Голова и тело разделены знаком :- и, подобно каждой фразе Пролога, правило должно заканчиваться точкой. Запятая в теле правила означает конъюнкцию (&&, логическое и).

Знак :- есть схематическая запись стрелки (<-) и показывает, что из правой части следует левая. Этот знак читается как "если". Интуитивный смысл правила состоит в том, что цель, являющаяся головой, будет истинной, если Пролог сможет показать, что все выражения (подцели) в теле правила являются истинными.

Пример
Правило, определяющее отношение ребенок/2 через отношение отец/2, запишется следующим образом:

ребенок(X, Y) :- отец(Y, X).

Это означает, что если человек Y является для человека X отцом, то X является ребенком Y. Здесь X и Y - переменные. Напомним, что запись ребенок/2 показывает, что предикат ребенок является функцией от двух аргументов.

4. Предикаты

Предикат - это логическая функция от одного или нескольких аргументов, то есть функция, действующая в множество из двух значений: истина и ложь. Предикат Пролога записывается в виде составного терма:

имя_предиката(аргументы).

Аргументы перечисляются через запятую и представляют собой какие-то объекты или свойства объектов, а имя предиката обозначает связь или отношение между аргументами. Предикат однозначно определяется парой: имя и количество аргументов. Два предиката с одинаковым именем, но различным количеством аргументов, считаются различными. Количество параметров предиката называется его арностью (arity). При описании предиката арность указывают после его имени, разделяя их символом '/' (слэш).

Как правило, имена предикатов и аргументов записываются в именительном падеже. Пробелы в них не допускаются, поэтому в качестве разделителей в символьных константах используется символ подчеркивания.

Пример
Факт "Коля работает слесарем" на Прологе запишется следующим образом:

профессия(коля, слесарь).

Здесь предикат профессия/2 имеет два аргумента: первый означает имя человека, а второй - профессию. Факт "Борису 10 лет" можно представить в виде:

возраст("Борис", 10).

Порядок аргументов предиката связан со смыслом факта и поэтому не изменяем. При записи фактов надо помнить, что:

имя факта начинается со строчной буквы;

запись каждого факта заканчивается точкой.

В приведенных выше примерах профессия/2 и возраст/2 - предикаты (составные термы), коля и слесарь - атомы, 10 - число, "Борис" - строка. Подробнее о видах термов Пролога рассказывается в следующем разделе.

База данных на Прологе - это совокупность фактов. В процессе работы в базу данных можно добавлять новые факты, удалять или изменять старые.
Пример
Составим базу данных из следующих фактов: "слон больше, чем лошадь", "лошадь больше, чем осел", "осел больше, чем собака" и "осел больше, чем обезьяна":

больше(слон, лошадь).

больше(лошадь, осел).

больше(осел, собака).

больше(осел, обезьяна).

Мы использовали предикат больше/2, имеющий два параметра.

После сохранения этой базы данных в текстовом файле можно формулировать запросы к интерпретатору Пролога:

?- больше(слон, лошадь).

Yes
?- больше(лошадь, слон).

No