Язык программирования Пролог 2

Лабораторная работа №1. Цель работы: Изучить основные конструкции языка программирования Пролог для решения задач вычисления функций в экспертных системах. Теоретические сведения Пролог – это один из языков программирования, который широко используется для создания баз знаний и экспертных систем. Фундаментальными свойствами языка Пролог являются: механизм вывода с поиском и возвратом; встроенный механизм сопоставления с образцом; простая и легко изменяемая структура данных; отсутствие указателей, операторов присваивания и перехода; естественность рекурсии. Пролог базируется на сочетании указанных свойств, а удобство его – на естественности его принципов для логических задач, сводящихся к рекурсии. Программы на Прологе состоит из фактов и правил для получения других фактов и ответов на вопросы. Факты по определению считаются доказанными (истинными). Конкретному применению логической программы соответствует понятие запроса (цели). Достичь цели – означает показать, что она логически следует из фактов и правил программы. Если вопрос содержит переменные, то система должна найти к тому же конкретные объекты, которые будучи подставленными вместо переменных, обеспечат достижение цели. В алфавит языка входят следующие символы: прописные и строчные буквы латинского алфавита (A-Z, a-z); регистр букв программы влияет на работу программы; цифры (0-9); спецсимволы: ! @ # $ ( ) & * – + / < > ; , ? . \ _ " ‘ 1.2 Структура программы Пролог – программа включает в себя следующие разделы: constants – задаются константы; domains – имена и структуры объектов, используемых в задаче; predicates – названия отношений между объектами; clauses – факты и правила, описывающие эти отношения; goal – описание цели решения. Для обозначения логических связок для конъюнкции – and, для дизъюнкции – or, следование обозначаются конструкцией «:-» (двоеточие и минус) или слово if. Комментарии обрамляются комбинациями /*…*/. Домены Типы данных в Прологе называют доменами. Домен характеризует множество значений, которые может принимать переменная предиката в ходе выполнения программы. Связывание домена с конкретным аргументом (местом) предиката осуществляется в секции predicates. Сами переменные в объявлении не нуждаются. Домены подразделяются на простые и структурированные, стандартные и нестандартные. К стандартным относятся :-symbol – символьная константа (имя), имеет две формы записи: последовательность букв, цифр и знаков препинания, которая начинается со строчной буквы; последовательность символов, заключенная в двойные кавычки (примеры: "apple", "person", "Студент Иванов С.В." ) ; -string – строка символов (любая последовательность символов, заключенная в двойные кавычки). -char – отдельный символ между апострофами. -integer – целое число (в диапазоне –32768 до 32767). -real – действительное число (пример: -34.567, 0.654, 9.76e+3). Переменная с именем <<_>> (анонимная) используется, если значение переменной несущественно. В примере book (Author, _, _, _, _) речь идет о всех книгах, написанных некоторым <<переменным>> автором, причем пропущенные названия, издательство, место и год рождения роли не играют. Объявление новых доменов с исползованием стандартных имеет вид <имя> = <имя_стандартного_домена> Примеры объявлений: domains a=integer fax=symbol r, dup=real Введение авторских наименований доменов позволяет внести в программу больше семантики и обеспечивает контроль типов значений переменных, поскольку смешивать в ходе выполнения программы переменные формально различных типов (доменов) нельзя. В Прологе допускается использование структуры, состоящей из нескольких простых или сложных объектов, например: domains articles=book(title,author) author=author(init,fam) title, author, fam=symbol init=string1.4 Предикаты Раздел predicates должен содержать полный перечень предикатов пользователя, применяемых в программе. Описание предиката включает <имя предиката> и <список доменов его аргументов>: <имя предиката> (<d1>,<d2>,…<dN>), где <d1>,<d2>,…<dN>- имена стандартных доменов, объявленных в разделе domains. Предикаты используются для представления как данных, так и правил их обработки. Примеры: Predicates Add(integer,integer,real) lk (fr) Утверждения В разделе clauses описываются утверждения относительно предикатов. Отрицание предиката pr задаётся в форме not(pr) и допустимо только для правой части правила. Существует два типа утверждений: факты и правила. Факт – это имя предиката с заключённым в скобки списком аргументов. Факты используются для констатации того, что выполнено некоторое отношение между объектами. Обычно они записываются относительно предметных констант Однако в фактах могут использоваться и переменные, что позволяет укрупнять факты, уменьшая их общее число и трудоёмкость их поиска в базе данных. Например, факт mult(x,0,0) объединяет все факты относительно произведения произвольного числа на нуль. Правило состоит из головной цели – предиката, за которым следует сперва двоеточие с дефисом (:-), а затем тело правила – предикаты (хвостовые цели) разделённые запятыми или точками с запятой. В конце утверждения ставится точка. Предполагается, что переменные в фактах и головных целях утверждения х связаны ??? всеобщности. Переменные в хвостовых целевых утверждениях связаны кванторами существования, а совокупность хвостовых целей рассматривается как логическое произведение. Пример интерпретации: правило человек (х):- родитель (X,Y), человек (Y). Читается << Всякий Х сын при условии, что родители Х является Y и объект Y – человек >>. В ходе вычислений вместо переменной может быть подставлен другой объект. В этом случае говорят, что переменная конкретизирована. Область действия переменной ограничивается утверждением, и передавать информацию из одного утверждения в другое через свободные переменные нельзя. В Прологе отсутствуют локальные переменные для сохранения промежуточных результатов, поэтому предикаты Пролога дополняются << аргументами-накопителями>>. Выражения и стандартные предикаты В теле правила, помимо объявленных в программе предикатов, могут использоваться стандартные операции сравнения. Стандартные предикаты выполняют различные функции по вводу/выводу различных типов данных, работе с файлами и т.п. Для записи арифметических выражений используются знаки арифметических операций и стандартные функции. Таблица 1. Стандартные функции № Обозначение в математике Обозначение в Прологе 1 |x| abs(x) 2 ex exp(x) 3 sin x sin(x) 4 cos x cos(x) 5 tg x tan(x) 6 arctg x artan(x) 7 ln x ln(x) 8 log x log(x) 9 sqrt(x) 10 xz exp(z*ln(x)) Предикаты ввода/вывода Ввод осуществляется с помощью предикатов: readchar(<имя переменной 1>, < имя переменной 2>, …) – ввод символьных переменных; readint(<список переменных>) – ввод целочисленных переменных; readreal(<список переменных>) – ввод вещественных переменных. Вывод осуществляется предикатом write(<список вывода>) Предикат nl обеспечивает переход на новую строку. 1.8 Цель Раздел goal содержит внутренний запрос к программе. Для такого запроса Пролог осуществляет поиск только первого подходящего решения, при этом вывод организуется программистом. Целей может быть несколько: тогда они перечисляются через запятую. Пример цели: goal synonym(brave, x), write("A synonym for ‘brave’ is"),nl, write(" ‘ ", x," ‘ "),nl2. Задание к работе Вычислить функцию, заданную согласно варианта (см. таблицу 1). Написать и отладить программу. : Таблица 1 Вариант Вид выражения Исходные данные 1 2 3 1 x=1,1 2 x=0,5 3 x=1,2 4 x=1,05 5 х=1,1 6 х=1,33 7 х=1,21 8 х=1,08 9 х=3,9 10 х=1,37 11 х=1,05 12 х=1,022 13 x=1,2 x=1,8 x=1,01 x=1,77 X=1 x=1.08 x=1.03 x=1.19 x=1.27 x=1.21 x=1.37 x=1.04 x=1.06 3. Контрольные вопросы Основные секции Пролог-программы. Какие стандартные домены имеются в Прологе. Стандартные предикаты ввода/вывода. Описание и параметры. Основные стандартные функции. Алфавит языка Пролог.