Программирование на языке Пролог

ПРИЛОЖЕНИЕ D. ПРОЛОГ ДЛЯ ЭВМ DEC SYSTEM-10

В этом приложении кратко описывается Пролог-система для ЭВМ DECsystem-10^[18], которую реализовали Дейвид Уоррен, Фернандо Перейра и Льюис Перейра. Эта реализация стала фактическим стандартом, и реализации, сделанные по этому образцу, имеются теперь на многих других ЭВМ от микро-ЭВМ 2-80 до ЭВМ семейства VAX фирмы DEC. Описанный в этой книге «базовый» Пролог также в основном совпадает с Прологом-10. В данном приложении рассматриваются только те его особенности, которые существенно отличаются от базового Пролога. В начале мы покажем, как выглядит сеанс работы с Прологом-10, а затем перейдем к более подробному изучению отличий этой системы от нашего базового Пролога. В конце приводится список Пролог-систем, сделанных по образцу Пролога-10, которые можно использовать на других ЭВМ.

Здесь приводится пример сеанса работы с Прологом-10. В нем в точности воспроизводится все, что происходит на терминале во время такого сеанса. Кроме того, здесь даются пояснения к тому, что происходит.

Сначала мы находимся на уровне монитора операционной системы TOPS-10 и просим запустить Пролог.

.r prolog

Prolog-10 version 3.3

Copyright (С) 1981 by D. Warren, F. Pereira and L. Byrd

|?- likes(X,Y).

no

Содержимое заголовка, конечно, может несколько меняться от одной версии системы к другой. Литеры «|?-» выданы Прологом как «приглашение». Тем самым он сообщает нам, что ждет вопроса. Мы задали вопрос и получили ответ no (нет). Это неудивительно, поскольку сейчас в базе данных еще нет никаких фактов. Теперь мы полагаем, что существует файл, test.pl, и мы заполняем базу данных его содержимым.

|?- ['test.pl'].

test.pl consulted 58 words 0.01 sec.

yes

Чтобы заставить Пролог считывать утверждения из файла, мы задаем вопрос, состоящий из имени файла, заключенного (в виде атома Пролога) в квадратные скобки. В данном случае это файл, состоящий из утверждений об отношении «нравится» (likes) между людьми.

|?- likes(john,bertrand).

no

|?- likes(john,albert).

no

Это просто ряд вопросов о том, кто кому нравится. Пролог не может найти в базе данных сопоставимых фактов.

|?- listing(likes).

likes(john,alfred).

likes(alfred,john).

likes(bertrand,john).

likes(david,bertrand).

likes(john,_l):- likes(_l,bertrand).

yes

Чтобы узнать, какие утверждения с заданным предикатом имеются в базе данных, мы задаем вопрос с помощью специального встроенного предиката listing. Этот специальный вопрос заставляет Пролог выдать все утверждения, содержащие предикат likes. Заметим, что неконкретизированные переменные Пролог выводит в виде литеры подчеркивания, за которой следует число. Последнее утверждение в базе данных было записано в файле в виде:

likes(john,X):- likes(X,bertrand).

Продолжим наш пример:

|?- likes(john,X).

X = alfred;

X = david;

no

Здесь, с помощью нажатия клавиш «;» и «RETURN» мы запрашиваем альтернативные ответы на заданный вопрос. Было выдано два возможных ответа; больше Пролог ничего не смог найти.

|?- likes(X,Y).

X = john,

Y = alfred;

X = alfred,

Y = john;

X = bertrand,

Y = john;

X = david,

Y = bertrand;

X = john,

Y = david;

no

На этот раз ответ системы состоит из значений, которыми конкретизированы обе переменные. И опять для получения альтернативных ответов мы вводим «;» и «RETURN» до тех пор, пока новых ответов не окажется.

|?- [user].

Теперь мы просим Пролог читать утверждения из файла user. Это означает, что утверждения следует читать с терминала. Прочитанные утверждения будут дописаны в конец базы данных. Перед вводом утверждений (в отличие от ввода вопросов) в качестве приглашения Пролог выдает символ «|» вместо «|?-».

[likes(timothy,bertrand).

|

user consulted 10 words 0.03 sec.

yes

После ввода первого утверждения мы сообщаем Прологу, что хотим прекратить чтение утверждений. Это делается путем одновременного нажатия клавиш «CONTROL» и «Z». При этом перед вводом комбинации «CONTROL Z» мы могли бы ввести не один, а несколько фактов и правил. Теперь Пролог завершил обработку предыдущего вопроса и ждет ввода нового.

|?- likes(john,X).

X = alfred;

X = david;

X = timothy;

no

Здесь мы снова просим выдать альтернативные ответы. Заметим, что ввод нового утверждения привел к появлению нового ответа, который ранее при том же вопросе не выдавался.

|?- likes(bertrand,Y).

Y = john

yes

Здесь показан другой способ работы с альтернативами. После первого ответа мы ввели «RETURN». Это привело к тому, что весь вопрос завершился успешно, и Пролог перешел к ожиданию следующего вопроса.

|?- core 36864 (7680 lo-seg + 29184 hi-seg)

heap 2560 = 1573 in use + 987 free

global 1177 = 16 in use + 1161 free

local 1024 = 16 in use + 1008 free

trail 511 = 0 in use + 511 free

0.36 sec. runtime

В ответ на последнее приглашение «|?-» мы ввели комбинацию «CONTROL Z», чтобы показать, что мы закончили работу с системой. В ответ Пролог выдал нам некоторую статистическую информацию, и мы снова вернулись в монитор TOPS-10. Полный протокол этого сеанса работы был записан в файл prolog.log.

Синтаксис Пролога-10 в основном совпадает с нашим описанием, Правда, он несколько менее строг в отношении того, что считать правильными атомами и переменными, чем те правила, которые приведены в книге. Каждый пример из этой книги удовлетворяет требованиям синтаксиса Пролога-10. Приведем одно важное замечание относительно операторов с высоким приоритетом: поскольку ',' является оператором, то настоятельно рекомендуется во избежание двусмысленности заключать в скобки все термы, записанные с использованием операторов одинакового или более высокого приоритета. Это гарантирует, например, что конструкция

foo(a,b,c)

может быть истолкована только как структура с функтором too от трех аргументов, а не, например, что-нибудь типа

foo(a,','(b,c))

или

foo(','(a,','(b,c)))

Если бы мы хотели записать именно этот последний терм, то это следовало бы сделать так

foo((a,b,c))

Правило относительно операторов высокого приоритета касается только нескольких операторов, таких как ':-' и ';'. Оно означает, что запись вида:

?- retract(parent(A,B):- father(A,B)).

является синтаксически неправильной в смысле Пролога-10. Чтобы сделать ее правильной, нужно добавить пару скобок.

В том случае, если вы работаете с терминалом или с операционной системой, в которых не предусмотрено одновременного использования прописных и строчных букв, можно использовать имеющийся в Прологе-10 альтернативный вариант синтаксиса. В этом синтаксисе отличие переменных от атомов состоит в том, что имена переменных начинаются с литеры подчеркивания «_». Для перехода на этот вариант синтаксиса предусмотрен встроенный предикат nolc (нет строчных букв). Другой встроенный предикат, lс (строчные буквы), позволяет снова переключиться на нормальный синтаксис.

И еще одно маленькое замечание. Функтор '.' (с двумя аргументами) в Прологе-10 не является заранее определенным оператором. При желании вы можете определить его сами, хотя в этом нет необходимости, если при работе со списками вы всегда пользуетесь специальным способом задания списков.

В Прологе-10 предусмотрены ограничения, с которыми пользователь вряд ли столкнется на практике. Приоритеты операторов должны быть в диапазоне от 1 до 1200. Целые числа должны находиться в диапазоне от -131 072 до 131 071, однако в ходе вычислений целых выражений промежуточные результаты могут выходить за эти границы. Вещественные числа (с плавающей точкой) не предусмотрены.

В Прологе-10 предусмотрена очень полезная возможность протоколирования сеанса работы. При обычной работе с Прологом система фиксирует в файле plolog.log на диске почти все, что появляется на терминале. После того как работа закончена, вы можете просмотреть этот файл и точно определить, что происходило во время сеанса работы. Файл prolog.log содержит полезную информацию о том, что и когда делала ваша программа, и какие изменения вы в ней делали. На тот случай, если вы не хотите протоколировать все подряд, предусмотрены встроенные предикаты, обеспечивающие включение и выключение протоколирования.

В Прологе-10 можно прервать выполнение программы путем одновременного ввода комбинации символов «CONTROL С». Система отвечает приглашением и ждет от вас указаний о том, какое действие нужно выполнить далее. Набор допустимых команд включает break, continue (продолжить выполнение программы), exit (выход из Пролога), trace и notrace. Последние две команды вызывают продолжение выполнения программы после изменения вида или объема трассировки. Команда break позволяет приостановить выполнение текущей программы и предоставляет вам возможность работы с новой «копией» Пролог-системы. После выхода из команды break приостановленная программа продолжит свое выполнение.

В Прологе-10 в качестве литеры, играющей роль признака конца файла используется комбинация «CONTROL Z» (клавиша CONTROL одновременно с Z). Ее ввод, в зависимости от ситуации, в которой вы находитесь, приводит к выходу из Пролога, к завершению режима break или к завершению выполнения предиката consult. Встроенный предикат read в случае выхода на конец файла сравнивает свой аргумент с атомом end of file.

В Прологе-10 предусмотрены разнообразные средства, помогающие экономить время при повторном считывании программы. Можно сохранить «состояние» Пролог-системы, включая текущее состояние ее базы данных, в файле на диске, причем таким образом, что восстановление этого состояния происходит значительно быстрее, нежели чтение программы и приведение ее в то же самое состояние. Кроме того, в начале каждого сеанса работы, прежде чем начать ввод с терминала, Пролог-10 автоматически читает любую информацию, которая записана в файле plolog.ini.

Если во время выполнения Пролога-10 фиксируется ошибка, то система выводит сообщение, говорящее о том, что произошло. Большинство ошибок вызывают просто неудачу в согласовании тех целей, которые их породили, так что ваша программа может продолжать выполнение. Однако некоторые ошибки более серьезны. В этих случаях система прекращает выполнение всех имеющихся в данный момент программ и просит ввести очередной вопрос.

В Прологе-10 предусмотрена возможность выборочной компиляции некоторых из ваших утверждений, что позволяет значительно увеличить эффективность программ по времени выполнения и занимаемой памяти. Для этого имеется встроенный предикат, который действует подобно предикату consult, с той лишь разницей, что утверждения из файла не интерпретируются, а компилируются. Эффективность выполнения откомпилированных утверждений может быть увеличена за счет использования так называемых описаний режима, которые позволяют указать, как будут использованы данные утверждения (какие аргументы будут конкретизированы в различных ситуациях). Существуют определенные ограничения на пригодность утверждений для компиляции. Кроме того, системе необходимо задать некоторые другие описания, чтобы она смогла должным образом выполнять смесь интерпретируемых и откомпилированных утверждений.

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 display всегда 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 not не 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 call можно 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 call также возможно. Более того, при применении к такому утверждению asserta или assertz система 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 mother с 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 retract соответствующими 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 mother независимо 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 clause делает 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.