1、第5章 Prolog基礎(chǔ),本章介紹學(xué)習(xí)關(guān)于Prolog編程最基本的內(nèi)容，包括Horn子句、Prolog推理機(jī)、程序控制、Prolog算符等。 Visual Prolog是面向?qū)ο蟮?、?yán)格類型化的和模式檢驗(yàn)的。在編寫Visual Prolog程序時(shí)，必須掌握這些內(nèi)容。但在這里，我們將集中于編寫代碼這個(gè)核心問題，也就是說，編寫這些代碼時(shí)暫時(shí)不考慮類、類型和模式。 我們將使用包含在Visual Prolog 6中的PIE例子。PIE是一個(gè)經(jīng)典的Prolog解釋器，通過使用它，可以學(xué)會(huì)和試驗(yàn)Prolog程序，而不必關(guān)心類、類型等方面的知識(shí)。 內(nèi)容是基于使用Build 6004或以后的Visual Pr

2、olog 6版本，否則，PIE應(yīng)用程序?qū)⒉粫?huì)像我們描述的這樣工作。這個(gè)編譯號(hào)可以在VDE的About對(duì)話框中找到。,第5章 Prolog基礎(chǔ),5.1 Horn子句邏輯 5.2 Prolog推理機(jī) 5.3 擴(kuò)展家庭定理 5.4 Prolog是一種編程語言 5.5 程序控制 5.6 Prolog算符 本章小結(jié)與習(xí)題,5.1 Horn子句邏輯,Visual Prolog和其他用語都是基于Horn子句邏輯的。Horn子句邏輯是對(duì)事物及其相互關(guān)系進(jìn)行推理的形式系統(tǒng)。 在自然語言中，我們可以這樣表達(dá)一個(gè)陳述句： John是Bill 的父親. 這里我們涉及兩個(gè)實(shí)體，John和Bill，以及他們之間的關(guān)系，即

3、一個(gè)是另一個(gè)的父親。在Horn子句邏輯中，可以這樣形式化地表述上面的陳述句： father(“Bill”, “John”). 上面的father是帶有兩個(gè)參量的一個(gè)謂詞或關(guān)系，它表示第二個(gè)人是第一個(gè)人的父親。,5.1 Horn子句邏輯,像“John是Bill 的父親”這樣的陳述稱為事實(shí)，而“X是Z的祖父，如果X是Y的父親且Y是Z的父親”稱為規(guī)則。 我們可以用事實(shí)和規(guī)則來形成定理，一個(gè)定理是事實(shí)和規(guī)則的集合，讓我們陳述一個(gè)小定理： father(Bill, John). father(Pam, Bill). grandFather(Person, GrandFather) :- father(P

4、erson, Father), father(Father, GrandFather).,5.1 Horn子句邏輯,這個(gè)定理的作用是回答這樣一些問題： John是Sue的父親嗎? 誰是Pam的父親? John是Pam的祖父嗎? . 這些問題稱為目標(biāo)（goal）。它們可以這樣形式化表述： ?- father(Sue, John). ?- father(Pam, X). ?- grandFather(Pam, John).,5.1 Horn子句邏輯,這些問題被稱為目標(biāo)子句（goal clause）或簡稱為目標(biāo)（goal）。事實(shí)（facts）、規(guī)則（rules）及目標(biāo)（goals）合起來稱為Horn

5、子句，因此得名Horn子句邏輯。 一個(gè)Prolog程序是一個(gè)定理和目標(biāo)的集合。當(dāng)程序開始時(shí)，它試圖使用定理，為目標(biāo)找到一個(gè)解。,5.2 Prolog推理機(jī),PIE (Prolog Inference Engine)，即Prolog推理機(jī)，隨Visual Prolog 6一起提供。 在開始之前，必須先安裝和建立PIE 1) 在Windows開始菜單中選擇“安裝例子”，（Start - Visual Prolog 6 - Install Examples）。 2) 用VDE打開PIE項(xiàng)目，且運(yùn)行該程序。,5.2 Prolog推理機(jī),當(dāng)程序啟動(dòng)后，其情形如下圖5.1所示。,圖5.1 Prolog推理

6、機(jī),5.2 Prolog推理機(jī),選擇菜單File - New，鍵入前面的父親子句和祖父子句，如圖5.2所示。,圖5.2 子句代碼,5.2 Prolog推理機(jī),當(dāng)編輯器窗口激活時(shí)，選擇Engine - Reconsult，將會(huì)把文件裝入到推理機(jī)。在對(duì)話框中，還將得到這樣一個(gè)消息： Reconsulted from: .pieExeFILE4.PRO 無論用編輯器如何裝入，其內(nèi)容都不會(huì)保存到文件之中。如果想要保存內(nèi)容，必須使用菜單命令File - Save。 菜單File - Consult不管文件是否因編輯而打開，都會(huì)裝載磁盤文件中的內(nèi)容。 一旦查閱過定理，就可以回答各種目標(biāo)。,5.2 Prol

7、og推理機(jī),在對(duì)話框窗口的空白行上，鍵入一個(gè)目標(biāo)，不帶前綴“?-”。例如，鍵入如圖5.3所示的查詢代碼。,圖5.3 鍵入目標(biāo),5.2 Prolog推理機(jī),當(dāng)插字符號(hào)位于行尾時(shí)，按下鍵盤上的輸入鍵。PIE現(xiàn)在將把從該行的開頭到插字符號(hào)之間的文本當(dāng)作目標(biāo)來執(zhí)行。于是，就可以看到如圖5.4所示的結(jié)果。,圖5.4 查詢目標(biāo)對(duì)話框,5.3 擴(kuò)展家庭定理,使用諸如mother和grandMother這樣的謂詞，可以直接擴(kuò)展家庭定理。讀者應(yīng)該試著親自去做，也可以試著添加上更多的人。我們建議讀者使用自己家庭中的人，因?yàn)檫@樣易于驗(yàn)證，且可以不考慮添加的這個(gè)人是否真正是自己的祖母。 給出謂詞mother和fath

8、er，我們還可以定義雙親（parent）這個(gè)謂詞。一位母親是雙親，一位父親也是雙親，因此我們可以使用兩個(gè)子句來定義雙親： parent(Person, Parent) :- mother(Person, Parent). parent(Person, Parent) :- father(Person, Parent). 第一個(gè)規(guī)則可以解讀為：如果Parent是Person的mother，則Parent是Person的雙親（parent）。 還可以用分號(hào)“；”來定義雙親（parent）關(guān)系，分號(hào)代表“或（or）”。,5.3 擴(kuò)展家庭定理,parent(Person, Parent) :- mot

9、her(Person, Parent); father(Person, Parent). 這條規(guī)則可以解讀為：如果Parent是Person的mother或（or）Parent是Person的father，則Parent是Person的雙親（parent）。 我們強(qiáng)烈建議讀者盡可能少用或根本不用這個(gè)分號(hào)“；”。之所以這樣建議，是基于以下理由： 1) 逗號(hào)“，”和分號(hào)“；”之間在印刷上的差別非常小，但語義上的差別卻很大。分號(hào)“；”常常是引起混淆的一個(gè)根源，因?yàn)樗菀妆徽`解為逗號(hào)“，”，特別是當(dāng)它處于一個(gè)長行的末尾時(shí)。 2) Visual Prolog只允許在最外一層使用分號(hào)（PIE允許任意層次的

10、嵌套）。,5.4 Prolog是一種編程語言,Prolog可以作為專家系統(tǒng)來使用，但它本身卻是作為一種程序語言而設(shè)計(jì)出來的。 我們遺漏了把Horn子句邏輯變?yōu)橐环N程序設(shè)計(jì)語言的兩個(gè)重要因素： 1)嚴(yán)格的搜索順序或程序控制 2)副效應(yīng),5.5 程序控制,當(dāng)試圖為如下目標(biāo)尋找一個(gè)解時(shí)： ?- father(X, Y). 可以有許多實(shí)現(xiàn)方式。例如，如果只考慮定理中的第二個(gè)事實(shí)，那么，就可得到一個(gè)解。 但是Prolog不使用隨機(jī)搜索策略，而總是使用同一種策略。系統(tǒng)保持一個(gè)當(dāng)前目標(biāo)，始終從左到右進(jìn)行求解。 例如，如果當(dāng)前目標(biāo)是： ?- grandFather(X, Y), mother(Y, Z) 那么

11、，系統(tǒng)就會(huì)嘗試在求解子目標(biāo)mother(Y, Z)之前，首先求解子目標(biāo)grandFather(X, Y )。如果第一個(gè)（即最左面的）子目標(biāo)不能被求解，則全部問題就沒有解，第二個(gè)子目標(biāo)根本就不用再嘗試求解。,5.5 程序控制,當(dāng)求解一個(gè)特定子目標(biāo)時(shí)，事實(shí)和規(guī)則將被自上而下進(jìn)行嘗試。 當(dāng)使用規(guī)則求解了一個(gè)子目標(biāo)時(shí)，當(dāng)前目標(biāo)中待求解的那個(gè)子目標(biāo)將被其規(guī)則右邊的那些子目標(biāo)所代替。 例如，如果當(dāng)前目標(biāo)是： ?- grandFather(X, Y), mother(Y, Z). 而我們使用規(guī)則 grandFather(Person, GrandFather) :- father(Person, Fathe

12、r), father(Father, GrandFather). 去求解第一個(gè)子目標(biāo)，則作為結(jié)果的當(dāng)前目標(biāo)是 ?- father(X, Father), father(Father, Y), mother(Y, Z).,5.5 程序控制,注意，規(guī)則中的某些變量已經(jīng)被子目標(biāo)中的變量替換，我們將在后面詳細(xì)解釋這一點(diǎn)。 給定這種評(píng)價(jià)策略，就可以更多地從程序上解釋子句的控制過程。 考慮這個(gè)規(guī)則： grandFather(Person, GrandFather) :- father(Person, Father), father(Father, GrandFather). 給定嚴(yán)格的評(píng)價(jià)策略，我們可以這

13、樣解讀這個(gè)規(guī)則：為了求解grandFather(Person, GrandFather)，首先要求解father(Person, Father)，然后再求解father(Father, GrandFather)。或者這樣理解：當(dāng)調(diào)用grandFather(Person, GrandFather) 時(shí)，首先要調(diào)用father(Person, Father)，然后再調(diào)用father(Father, GrandFather)。 有了這種程序上的解讀，我們就可以理解，所謂的謂詞實(shí)際上就相當(dāng)于其他編程語言中的過程或子例程。它們之間主要的區(qū)別在于一個(gè)Prolog謂詞對(duì)于一個(gè)單個(gè)提問可以返回多個(gè)結(jié)果或沒有結(jié)

14、果（即失?。＿@一點(diǎn)將在下一節(jié)詳細(xì)進(jìn)行討論。,5.5.1 失敗,在定理中，一個(gè)謂詞提問可能沒有任何一個(gè)解。例如調(diào)用parent(Hans, X)，因?yàn)椴淮嬖谶m用于Hans的雙親關(guān)系的事實(shí)或規(guī)則，所以沒有一個(gè)解。我們就說這個(gè)謂詞調(diào)用失?。╢ail）。如果目標(biāo)失敗了，則說明定理中完全不存在針對(duì)該目標(biāo)的解。下一節(jié)將解釋在通常情況下，即當(dāng)它不是一個(gè)失敗的目標(biāo)時(shí)，如何處理失敗。,5.5.2 回溯,在Prolog程序的過程性解釋中，“或（or）”以相當(dāng)特殊的方式進(jìn)行處理?？紤]下面的子句： parent(Person, Parent) :- mother(Person, Parent); father(Pe

15、rson, Parent). 從邏輯上解讀，我們這樣解釋這個(gè)子句：如果Parent是Person的母親，或（or）Parent是Person的父親，則Parent是Person的雙親。,5.5.2 回溯,對(duì)于Parent謂詞的提問，“或（or）”引出了兩個(gè)可能的解。Prolog處理這種多項(xiàng)選擇時(shí)，往往首先嘗試第一個(gè)選擇，隨后根據(jù)需要，再回溯到下一個(gè)備份的選擇，等等。 在程序執(zhí)行期間，來自早期謂詞調(diào)用的許多備份的選擇（稱為回溯點(diǎn)）可能繼續(xù)存在。如果有的謂詞調(diào)用失敗了，那我們將回到上一個(gè)回溯點(diǎn)嘗試另一個(gè)選擇性的解。如果沒有回溯點(diǎn)存在了，則整個(gè)目標(biāo)就失敗了，也意味著沒有一個(gè)解存在。 這樣，我們就可以

16、這樣解釋上面的子句：當(dāng)parent(Person, Parent)被調(diào)用時(shí)，首先給第二個(gè)選擇性的解（即對(duì)于調(diào)用father(Person, Parent)）記錄一個(gè)回溯點(diǎn)，接著再調(diào)用mother(Person, Parent)。,5.5.2 回溯,例 為闡明程序如何執(zhí)行，我們來詳細(xì)考察一個(gè)例子。考慮下面這些子句： mother(Bill, Lisa). father(Bill, John). father(Pam, Bill). father(Jack, Bill). parent(Person, Parent) :- mother(Person, Parent); father(Person

17、, Parent). 然后考慮目標(biāo)： ?- father(AA, BB), parent(BB, CC).,5.5.3 改進(jìn)家庭定理,如果繼續(xù)處理上述家庭關(guān)系，就可能會(huì)發(fā)現(xiàn)難于處理諸如兄弟、姐妹這樣的關(guān)系，這是因?yàn)橐_定一個(gè)人的性別是相當(dāng)困難的，除非這個(gè)人是一位父親或母親。 問題是我們選擇了一個(gè)不好的方式來形式化這個(gè)定理。原因在于，我們從考慮實(shí)體間的關(guān)系開始。如果我們首先考慮實(shí)體本身，那結(jié)果就會(huì)不同。 我們的主要實(shí)體是人，人都有名字（在這個(gè)簡單的例子中，我們?nèi)匀挥妹謥順?biāo)識(shí)人。而在一個(gè)真正有規(guī)模的程序中，這一點(diǎn)未必成立。）。人有性別。人還有許多其他的特性，但與我們的興趣無關(guān)，所以沒有出現(xiàn)在我們

18、的上下文中。,5.5.3 改進(jìn)家庭定理,由此我們這樣定義一個(gè)person謂詞： person(Bill, male). person(John, male). person(Pam, female). person謂詞的第一個(gè)參數(shù)是名字，第二個(gè)參數(shù)是性別。 我們不是使用mother和father作為事實(shí)，而是選擇parent作為事實(shí)，將mother和father作為規(guī)則： parent(Bill, John). parent(Pam, Bill). father(Person, Father) :- parent(Person, Father), person(Father, male). 注

19、意，當(dāng)father是一個(gè)“導(dǎo)出”關(guān)系時(shí)，不可能有女性的父親。所以這個(gè)定理在內(nèi)部要保持一致，在這一點(diǎn)上不能有其他的形式。,5.5.4 遞歸,利用上面給出的原則，大多數(shù)家庭關(guān)系是容易建立的。但當(dāng)它涉及到像祖先這樣的“無窮”關(guān)系時(shí)，我們將需要更多的規(guī)則。如果我們遵循上述原則，就應(yīng)該這樣定義祖先： ancestor(Person, Ancestor) :- parent(Person, Ancestor). ancestor(Person, Ancestor) :- parent(Person, P1), parent(P1, Ancestor). ancestor(Person, Ancestor)

20、 :- parent(Person, P1), parent(P1, P2), parent(P2, Ancestor). . 主要問題是子句的排列永遠(yuǎn)不會(huì)完結(jié)?？朔@一問題的方法是使用一個(gè)遞歸定義，即像下面這樣，根據(jù)它自身進(jìn)行的定義：,5.5.4 遞歸,ancestor(Person, Ancestor) :- parent(Person, Ancestor). ancestor(Person, Ancestor) :- parent(Person, P1), ancestor(P1, Ancestor). 這一聲明是說，雙親是一個(gè)祖先，雙親的祖先還是祖先。 如果還沒有熟悉這種遞歸的概念，就

21、可能會(huì)覺得遞歸很難處理。遞歸是Prolog 程序的基礎(chǔ)，需要反復(fù)加以使用，然后才會(huì)習(xí)慣。 讓我們?cè)囍鴪?zhí)行一個(gè)祖先ancestor目標(biāo)： ?- ancestor(Pam, AA). 我們?yōu)榈诙€(gè)ancestor子句設(shè)置一個(gè)回溯點(diǎn)，然后執(zhí)行第一個(gè)子句。這時(shí)，新的目標(biāo)為： ?- parent(Pam, AA).,5.5.4 遞歸,這樣很快找到一個(gè)解： AA=Bill. 然后，我們?cè)噲D通過使用第二個(gè)ancestor子句的回溯點(diǎn)來找尋另一個(gè)解。這時(shí)，新的目標(biāo)為： ?- parent(Pam, P1), ancestor(P1, AA). 由于Bill是Pam的雙親，所以我們找到P1= Bill。接著，目

22、標(biāo)為： ?- ancestor(Bill, AA). 為了求解這個(gè)目標(biāo)，我們首先為第二個(gè)ancestor子句設(shè)置一個(gè)回溯點(diǎn)，然后執(zhí)行第一個(gè)子句。這時(shí)給出下列目標(biāo)： ?- parent(Bill, AA). 這個(gè)目標(biāo)又給出一個(gè)解： AA = John. 所以我們找到Pam的兩個(gè)祖先：Bill和John。,5.5.4 遞歸,如果我們使用第二個(gè)ancestor子句的回溯點(diǎn)，將得到下列目標(biāo)： ?- parent(Bill, P1), ancestor(P1, AA). 在這里，我們將再一次發(fā)現(xiàn)John是Bill的雙親，因此P1為John。這又給出了目標(biāo)： ?- ancestor(John, AA).

23、如果我們繼續(xù)求解這個(gè)目標(biāo)，將發(fā)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)沒有任何一個(gè)解存在。所以，歸根到底我們只可能找到Pam的兩個(gè)祖先。,5.5.4 遞歸,遞歸是一種非常強(qiáng)大的功能，但它也有一點(diǎn)難于控制。使用遞歸時(shí)，切記以下兩個(gè)要點(diǎn)： 遞歸必須能夠前進(jìn)； 遞歸必須能夠終止。 在上面的代碼中，第一個(gè)子句確保該遞歸能夠終止，這是因?yàn)檫@個(gè)子句不是遞歸的，即它沒有對(duì)該謂詞本身進(jìn)行調(diào)用。第二個(gè)子句是遞歸的。在第二個(gè)子句中，我們保證在進(jìn)行遞歸調(diào)用之前，更深一層地回退一個(gè)祖先步。也就是說，我們確保在問題求解過程中將不斷取得一些進(jìn)展。,5.5.5 副效應(yīng),除了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算順序以外，Prolog也有一些副效應(yīng)。例如，Prolog有一些用于讀、

24、寫操作的預(yù)定義謂詞。 下面的目標(biāo)將輸出找到的Pam的祖先： ?- ancestor(Pam, AA), write(Ancestor of Pam : , AA), nl(). ancestor調(diào)用將找到Pam的一個(gè)祖先，并放在AA中。 write調(diào)用將輸出字符串Ancestor of Pam : ，然后輸出AA的值。 nl調(diào)用將會(huì)使輸出轉(zhuǎn)入到一個(gè)新行。 當(dāng)在PIE中運(yùn)行程序時(shí)，PIE自己會(huì)給出結(jié)果。所以會(huì)造成你的結(jié)果和PIE的結(jié)果混在一起，所得出的結(jié)果可能并不是想要的。,5.5.5 副效應(yīng),避免PIE本身輸出結(jié)果的一個(gè)非常簡單的方法就是確保該目標(biāo)沒有解?？紤]下面的目標(biāo)： ?- ancesto

25、r(Pam, AA), write(Ancestor of Pam : , AA), nl(), fail. fail是一個(gè)預(yù)先定義的謂詞，它總是失敗，即不會(huì)有解。 前三個(gè)謂詞調(diào)用和上面的效果完全相同：若一個(gè)祖先被找到（如果存在的話），則把它寫出來。接著調(diào)用fail，程序失敗。因此如果可能，我們應(yīng)追尋一個(gè)回溯點(diǎn)。 在追尋該回溯點(diǎn)時(shí)，找到另一個(gè)祖先（如果存在的話），把它寫出來，然后再失敗，如此反復(fù)。 于是，我們將找到并且輸出所有的祖先，直到最后不再有回溯點(diǎn)，目標(biāo)執(zhí)行失敗。,5.5.5 副效應(yīng),這里有以下要點(diǎn)需要加以注意： 1）目標(biāo)本身不存在一個(gè)單一的解，從而使我們所想要的全部解都作為副效應(yīng)形式給

26、出； 2）副效應(yīng)在失敗計(jì)算中也存在。 這些情形是一個(gè)事物的兩個(gè)方面，但他們代表了不同階層的觀點(diǎn)。第一個(gè)階層樂觀地表明可以利用的一些可能性，而第二個(gè)階層比較悲觀，提醒要注意利用副效應(yīng)，因?yàn)榧词巩?dāng)前目標(biāo)不產(chǎn)生任何解，它們照樣也會(huì)完成。 任何人學(xué)習(xí)Prolog時(shí)，遲早都會(huì)經(jīng)歷來自部分失敗程序的意外輸出的情況。也許下面這個(gè)建議可以對(duì)此有所幫助：將計(jì)算性代碼與執(zhí)行輸入輸出的代碼分開來。 在我們上面的例子中，所有的謂詞都是計(jì)算謂詞。它們會(huì)計(jì)算出一些家庭關(guān)系。如果需要把解（例如“雙親”）寫出來的話，就構(gòu)造另外一個(gè)謂詞來寫出雙親，而讓這個(gè)謂詞調(diào)用計(jì)算雙親的謂詞。,5.5.6 小結(jié),在這一節(jié)中，我們學(xué)習(xí)了Pro

27、log的一些基本特性，我們學(xué)習(xí)了事實(shí)、規(guī)則和目標(biāo)，學(xué)習(xí)了Prolog的執(zhí)行策略，包括失敗和回溯，同樣發(fā)現(xiàn)回溯可以給出多個(gè)結(jié)果，最后學(xué)習(xí)了副效應(yīng)。,5.6 Prolog算符,本節(jié)繼續(xù)介紹Prolog編程的基本思想。在本節(jié)，我們主要關(guān)心Prolog中的數(shù)據(jù)在被操作之前，是怎樣被模型化的。因此，并沒有太多關(guān)于代碼執(zhí)行的例子。我們假定讀者已經(jīng)熟悉了執(zhí)行策略（execution strategy）對(duì)結(jié)果的影響和副效應(yīng)（side effects）是怎樣把一個(gè)Prolog程序的邏輯轉(zhuǎn)化為所需結(jié)果的。 與上一節(jié)一樣，我們將繼續(xù)使用PIE環(huán)境來學(xué)習(xí)Prolog，只有在本書的后部分內(nèi)容才有必要進(jìn)入Visual P

28、rolog 6可視化開發(fā)環(huán)境VDE。 本節(jié)主要內(nèi)容包括：,5.6 Prolog算符,算符 深入理解算符 算符與謂詞 算符作為參數(shù) 算符遞歸 算符使用策略 小結(jié),5.6.1 算符,在上一節(jié)，所有的人都用名字Bill、John和Pam等表示。現(xiàn)在，Bill、John和Pam惟一代表各個(gè)人的名字。這些名字的值是簡單數(shù)據(jù)類型或簡單論域（simple domains）。作為人名時(shí)，這種簡單論域的類型是字符串，其它的簡單論域可以是數(shù)（如：123或3.14）、符號(hào)（如：xyz或chi1_10）和字符（如：5或c）。 然而，人是由包含名字在內(nèi)的更多特性所表示的，當(dāng)我們需要表達(dá)所有特性而不僅僅是名字時(shí)怎么辦？也

29、就是說，我們需要某些機(jī)制來表示復(fù)合論域（compound domains），它是更為簡單論域的一個(gè)集合。 在上一節(jié)，我們?cè)囍ㄟ^向PIE系統(tǒng)加入集中于實(shí)體（entities）而不是關(guān)系的事實(shí)把個(gè)人的多種特征放在一塊兒，比如名字name和性別gender，從而給出了如下事實(shí)： person(Bill, male). person(John, male). person(Pam, female).,5.6.1 算符,然而，有一個(gè)更優(yōu)雅的方法可以讓我們把注意力集中在被表示的實(shí)體上。 我們可以將姓名和性別用被稱為復(fù)合論域的形式封裝在一個(gè)包中，然后整個(gè)封裝可以用一個(gè)Prolog子句中的一個(gè)邏輯變量來表

30、示，像其它任意變量一樣。例如，上述事實(shí)可以被一般地表示為： person(Name,Gender) 注意，上面的句子既不是一個(gè)事實(shí)也不是一個(gè)謂詞。邏輯上，它表示程序中的名為person的復(fù)合論域，每個(gè)person有兩個(gè)特征，由邏輯變?cè)狽ame和Gender表示。單詞person就是所謂的算符，變?cè)狽ame和Gender就是它的參數(shù)。以后應(yīng)用這些算符來封裝我們的事實(shí)。 由于復(fù)合論域總有算符，從此我們將用算符來代表各種復(fù)合論域。,5.6.1 算符,現(xiàn)在，讓我們用新定義的算符person改變上節(jié)的第一個(gè)例子，參見圖5.5。 注意，在我們使用的PIE（Prolog推理機(jī)）中，我們可以直接使用復(fù)合論域而

31、不必事先聲明（比如說，我們不必為了讓代碼運(yùn)行而定義一個(gè)名為person的謂詞或事實(shí)）。,圖5.5 person算符,5.6.1 算符,觀察表示father關(guān)系的兩個(gè)事實(shí)，可以發(fā)現(xiàn)人的定義比以前更豐富了（原來的代碼已經(jīng)被注釋掉了在/*和*/之間）。這時(shí)，每一個(gè)人使用person算符描述他們的名字和性別，而在上一節(jié)，我們只使用了人的名字。 更改代碼后，使用Engine - Reset，確保PIE已經(jīng)復(fù)位。然后，用Engine - Reconsult重新求解。 以前，在對(duì)話窗口中的空白行上輸入一個(gè)目標(biāo)（前面不帶“？”號(hào)）。如圖5.6所示的那樣。,5.6.1 算符,圖5.6 目標(biāo)代碼,5.6.1 算符

32、,在行尾輸入完句號(hào)后，按鍵盤上的回車鍵，PIE將把行首到句號(hào)的文本當(dāng)作目標(biāo)來執(zhí)行，然后就可以看到如圖5.7所示的結(jié)果。,圖5.7 目標(biāo)代碼結(jié)果,5.6.2 深入理解算符,看一下謂詞grandfather，就會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)微妙的問題，一個(gè)人應(yīng)該有兩個(gè)祖父：一個(gè)來自爸爸那邊，一個(gè)來自媽媽那邊，但按前面定義的謂詞grandfather，只能得到從爸爸那邊來的祖父。 因此，謂詞grandfather應(yīng)該重寫為： grandFather(Person,TheGrandFather):- parent(Person,ParentOfPerson), father(ParentOfPerson,TheGrand

33、Father). 這個(gè)謂詞邏輯考慮到了任一雙親的父親都是祖父的常識(shí)。 為了讓它工作，需要再定義一個(gè)用到算符person的謂詞father。這個(gè)謂詞將遍歷系統(tǒng)中定義的parents事實(shí)數(shù)據(jù)庫。對(duì)于找到父親們來講，這是一個(gè)比把他們作為事實(shí)列出來（如前所示）更為明智的做法。因?yàn)橥ㄟ^后者可以用類似的形式來擴(kuò)展概念，找出母親。,5.6.2 深入理解算符,可以寫成下面兩種形式中的任意一種： /*1st version */ father(P, F) :- parent(P, F), F = person(_, male). %Line 2 或者 /* 2nd version */ father(P, pe

34、rson(Name, male) :- parent(P, person(Name, male).,5.6.2 深入理解算符,以上兩個(gè)版本的邏輯是相同的，但交給Prolog推理機(jī)的方法不同。第一個(gè)版本中，Prolog依次檢查代碼中的parent事實(shí)，并看其是否與從謂詞頭傳遞來的第一個(gè)邏輯變量(p) 匹配。如果該變量確實(shí)匹配，則檢查第二個(gè)參數(shù)是不是person算符，且person算符的第二個(gè)參數(shù)是不是字符串male。 這個(gè)例子體現(xiàn)了算符的一個(gè)重要特性：一個(gè)算符的多個(gè)參數(shù)可以通過常見的Prolog變量和綁定值被分離和檢查(就像本例中的字符串精確匹配)。在第二行（第一個(gè)版本中用“%Line 2”注釋

35、的地方），我們會(huì)發(fā)現(xiàn)仍用了一個(gè)匿名變量（下劃線）作為person算符的第一個(gè)參數(shù)，因?yàn)槲覀儾魂P(guān)心father具體叫什么名字。,5.6.2 深入理解算符,第二個(gè)版本與第一個(gè)版本功能相同。但在這里，檢查雙親事實(shí)集合的同時(shí)，找到正確的P值，就停下來并返回正確的算符給謂詞頭，倘若該謂詞的第二個(gè)參數(shù)是字符串“male”，則該算符不再綁定到任何Prolog中間變量，但在第一個(gè)版本不是這樣。 第二個(gè)版本比第一個(gè)要簡潔，但有時(shí)這種寫法對(duì)初學(xué)者來說可能更難讀一些。 現(xiàn)在，讓我們?cè)谝粋€(gè)具有person事實(shí)的完整例子中使用這些代碼，如圖5.8所示。,5.6.2 深入理解算符,圖5.8 目標(biāo)代碼結(jié)果,5.6.2 深入

36、理解算符,把上面的代碼輸入PIE中，并給出如下目標(biāo)： grandFather(person(Pam,female),W) 結(jié)果如圖5.9所示。,圖5.9 目標(biāo)代碼結(jié)果,5.6.3 算符與謂詞,從技術(shù)角度講，一個(gè)算符代表一個(gè)將多個(gè)論域綁定到一塊兒的邏輯功能。簡言之，算符是一種使Prolog推理機(jī)把數(shù)據(jù)的各個(gè)部分放在一起的一種機(jī)制，它有效地把數(shù)據(jù)的各部分放在一個(gè)通用的盒子中。在需要時(shí)，像前面的例子，也可以獲得其成分。它看起來也許像一個(gè)Prolog事實(shí)或一個(gè)謂詞調(diào)用，但它不是，它只是一份數(shù)據(jù)，一個(gè)在很大程度上可以像一個(gè)字符串或數(shù)一樣操作的數(shù)據(jù)。 請(qǐng)注意，算符與其它編程語言中的函數(shù)毫無關(guān)系。它不能夠進(jìn)

37、行運(yùn)算。它只不過簡單地代表復(fù)合論域并把自身的參數(shù)集成在一起。,5.6.3 算符與謂詞,從通過研究上面的例子，你會(huì)發(fā)現(xiàn)用邏輯變量代表由算符表示的數(shù)據(jù)時(shí)無需做特別的操作。表示這些數(shù)據(jù)的變量可以像其它任何變量一樣書寫：以大寫字母開頭。因此，看一下本節(jié)例子中的grandFather謂詞，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)它與前面一節(jié)中定義的同一謂詞完全一樣，畢竟該謂詞的邏輯沒有改變。所以，該謂詞中所用的變量也就沒有任何變化。 使用算符的最大好處在于，修改代碼時(shí)，可以自由地改變算符的內(nèi)部參數(shù)而對(duì)使用該算符的謂詞無需做大的改動(dòng)。 也就是說，如果想讓person（在后續(xù)版本中）有更多的參數(shù)，我們?nèi)匀粺o需對(duì)謂詞grandFather

38、做任何改動(dòng)。,5.6.4 算符作為參數(shù),上一節(jié)中，算符person有兩個(gè)參數(shù)：Name和Gender。兩者正好都是像常量“Bill”和“Male”這樣的簡單論域。然而，我們也可以把一個(gè)算符作為另一個(gè)算符的參數(shù)。 假定我們想對(duì)一對(duì)夫婦（丈夫和妻子）定義一個(gè)算符，就可以使用這樣一個(gè)算符。 myPredicate(ACouple):- ACouple=couple(person(Husband,male), person(Wife,female) ), . 本例中，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)算符用另外兩個(gè)算符來定義，每一個(gè)算符都是變量和常量的混合體。這正好反映了數(shù)據(jù)被描述的邏輯。這里所用的邏輯是丈夫總是Male而

39、妻子總是Female，一對(duì)夫婦由一個(gè)丈夫和一個(gè)妻子組成。所有這些都與通常的夫婦概念相一致。,5.6.4 算符作為參數(shù),盡管在PIE中，我們無法預(yù)定義算符的實(shí)際語法類型，但在Visual Prolog中可以這樣定義。這樣定義一個(gè)算符的好處在于，當(dāng)我們用實(shí)際數(shù)據(jù)將算符實(shí)例化時(shí)，Prolog推理機(jī)將總是檢查其類型的一致性。 這引出了算符的另一重要特性：算符couple由兩個(gè)參數(shù)定義且參數(shù)的位置反映了他們的邏輯結(jié)合關(guān)系。第一部分中已經(jīng)解釋過了，謂詞參數(shù)的位置由設(shè)計(jì)代碼的程序員給出。一經(jīng)給出，就必須總是采用這樣的位置形式。 該法則同樣適用于算符的構(gòu)造：例如算符couple，我們恰好把husband作為第

40、一個(gè)參數(shù)，wife作為第二個(gè)參數(shù)。一旦這樣做，以后無論何時(shí)用到此算符，就必須保證husband總在前面，而wife總在后面。,5.6.4 算符作為參數(shù),現(xiàn)在回頭看一下算符couple，有人會(huì)說，如果不能保證第一個(gè)參數(shù)總是一個(gè)丈夫（總是男性），且第二個(gè)總是一個(gè)妻子（女性），那應(yīng)該怎樣定義它的參數(shù)？這時(shí)，可定義一個(gè)更簡化的couple算符如下： myPredicate(ACouple):- ACouple=couple(Husband,Wife), . 因此，讓我們把husband和wife顛倒過來用，但這一次我們是在不知道哪個(gè)是husband的位置，哪個(gè)是wife的位置的情況下使用的。,5.6.

41、4 算符作為參數(shù),myPredicate(Couple):- Couple=couple(person(PersonsName,PersonsGender), person(SpouseName,SpouseGender) ),. 上面的算符中，下面的兩個(gè)例子都具有邏輯意義： myPredicate(C1):- C1=couple(person(Bill, male),person(Pam, female),. /* or */ myPredicate(C2):- C2=couple(person(Pam, female),person(Bill, male),.,5.6.4 算符作為參數(shù),需

42、要指出的是，在PIE（和其它許多Prolog推理機(jī)）中，通過算符的定義，無法看出該算符是接受簡單論域還是復(fù)合論域。這是由于在PIE中，復(fù)合論域可以不經(jīng)聲明而直接使用，這與程序員的想法不同。 例如，我們想用下面的復(fù)合論域： person(Name,Gender) 那么PIE將很容易接受像下面這樣的邏輯變量： regardingAPerson(Somebody):- Somebody=person(Pam, person(Pam, person(Pam, person(Pam,female) ) ) ), . 實(shí)際上，這在當(dāng)前上下文中沒有任何邏輯意義。幸運(yùn)的是，Visual Prolog在區(qū)分簡單

43、論域和復(fù)合論域方面作了許多很好的工作，所以，看了后面的教程，讀者就不會(huì)有這些問題了。,5.6.5 算符遞歸,使用算符描述數(shù)據(jù)時(shí)，可以像其它任何數(shù)據(jù)一樣操作。例如，讓我們簡短地回顧前面用到的謂詞ancestor。 為了確定某人是否是另一個(gè)人的先輩，我們使用遞歸定義了該謂詞，也就是說，引用了自身的定義。就像這樣： ancestor(Person, Ancestor) :- parent(Person, Ancestor). ancestor(Person, Ancestor) :- parent(Person, P1), ancestor(P1, Ancestor). 這個(gè)定義表示，父母是先輩，并

44、且父母的先輩也是先輩。我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，上面的變量可以很好地代表簡單論域或復(fù)合論域。,5.6.5 算符遞歸,因而我們這樣定義數(shù)據(jù)： parent(person(Bill,male),person(John,male). parent(person(pam,female),person(Bill,male). 如果現(xiàn)在讓PIE求解如下目標(biāo)： P=person(pam,female),ancestor(P,Who) 將得到如圖5.10所示的結(jié)果。,5.6.5 算符遞歸,PIE推理機(jī)循環(huán)檢查parent事實(shí)來找到可能的答案。順便說一下，在上面的求解中，你會(huì)發(fā)現(xiàn)我們?cè)诮oPIE指定目標(biāo)時(shí)將復(fù)合論域person綁定到變量P。其目的是用來讓代碼更易讀，但同時(shí)也演示了我們可以將一份數(shù)據(jù)指定為復(fù)合論域賦給任何Prolog變量。,圖5.10 目標(biāo)代碼結(jié)果,5.6.6 算符使用策略,有了模型化的數(shù)據(jù)，軟件才會(huì)盡可能的好。建模的意思，就是建立外部真實(shí)世界和軟件內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的關(guān)系。如果數(shù)據(jù)模型很差，軟件一般來說也很差；或者最多也是沒有效率。這對(duì)于任何的編程語言和任何軟件都是成立的。這也正是在前面的內(nèi)容中，我們努力把注意力集中在實(shí)體上并盡量不使用更多事實(shí)的原因。類似地，在本節(jié)，我們介紹了算符的概念，以使被模型化的實(shí)體的數(shù)據(jù)更清晰。 Prolog的好處在于，它可以用一種內(nèi)部代碼能夠高效使用的形式