Программирование на языке Пролог для искусственного интеллекта

Братко Иван

Сформулируем более общий вопрос к программе: "Существуют ли какие-либо вертикальные отрезки, начало которых лежит в точке (2,3)?"

?- верт( отр( точка( 2, 3), P) ).

P = точка( 2, Y)

Такой ответ означает: "Да, это любой отрезок, с концом в точке (2,Y), т.е. в произвольной точке вертикальной прямой x = 2". Следует заметить, что ответ пролог-системы возможно будет выглядеть не так красиво, как только что описано, а (в зависимости от реализации) приблизительно следующим образом:

P = точка( 2, _136)

Впрочем,

разница здесь чисто внешняя. В данном случае

_136

 — это неинициализированная переменная. Имя

_136

 — законное имя прологовской переменной, которое система построила сама во время вычислений. Ей приходится генерировать новые имена, для того чтобы переименовывать введенные пользователем переменные в программе. Это необходимо по двум причинам: первая — одинаковые имена обозначают в разных предложениях разные переменные; и вторая — при последовательном применении одного и того же предложения используется каждый раз его "копия" с новым набором переменных.

Другим содержательным вопросом к нашей программe является следующий: "Существует ли отрезок, который одновременно и горизонтален в вертикален?"

?- верт( S), гор( S).

S = отр( точка( X, Y), точка( X, Y) )

Такой ответ пролог-системы следует, понимать так: "да, любой отрезок, выродившийся в точку, обладает как свойством вертикальности, так и свойством горизонтальности одновременно". Этот ответ снова получен лишь из сопоставления. Как и раньше, в ответе вместо X и Y могут появиться некоторые имена, сгенерированные системой.

Упражнения

2.3. Будут ли следующие операции сопоставления успешными или неуспешными? Если они будут успешными, то какова будет результирующая конкретизация переменных?

(а) 

точка( А, В) = точка( 1, 2)

(b) 

точка( А, В) = точка( X, Y, Z)

(c) 

плюс( 2, 2) = 4

(d) 

+( 2, D)= +( E, 2)

(e) 

треугольник( точка( -1, 0), Р2, Р3) =

треугольник( P1, точка( 1, 0), точка( 0, Y)

Результирующая конкретизация определяет семейство треугольников. Как бы Вы описали это семейство?

2.4. Используя представление отрезков, применявшееся в данной разделе, напишите терм, соответствующий любому отрезку на вертикальной прямой x = 5.

2.5. Предположим, что прямоугольник представлен термом

прямоугольник( P1, P2, P3, Р4)

, где

P

 — вершины прямоугольника, положительно упорядоченные. Определите отношение

регулярный( R)

которое имеет место, если R — прямоугольник с вертикальными и горизонтальными сторонами.

2.3. Декларативный смысл пролог-программ

В главе 1 мы уже видели, что пролог-программу можно понимать по-разному: с декларативной и процедурной точек зрения. В этом и следующем разделах

мы рассмотрим более формальное определение декларативного и процедурного смыслов программ базисного Пролога. Но сначала давайте еще раз взглянем на различия между этими двумя семантиками.

Рассмотрим предложение

P :- Q, R.

где P, Q и R имеют синтаксис термов. Приведем некоторые способы декларативной интерпретации этого предложения:

 P — истинно, если Q и R истинны.

 Из Q и R следует P.

А вот два варианта его "процедурного" прочтения:

 Чтобы решить задачу P, сначала реши подзадачу Q, а затем — подзадачу R.

 Чтобы достичь P, сначала достигни Q, а затем R.

Таким образом, различие между "декларативным" и "процедурным" прочтениями заключается в том, что последнее определяет не только логические связи между головой предложения и целями в его теле, но еще и порядок, в котором эти цели обрабатываются.

Формализуем теперь декларативный смысл.

Декларативный смысл программы определяет, является ли данная цель истинной (достижимой) и, если да, при каких значениях переменных она достигается. Для точного определения декларативного смысла нам потребуется понятие конкретизации предложения. Конкретизацией предложения С называется результат подстановки в него на место каждой переменной некоторого терма. Вариантом предложения С называется такая конкретизация С, при которой каждая переменная заменена на другую переменную. Например, рассмотрим предложение:

имеетребенка( X) :- родитель( X, Y).

Приведем два варианта этого предложения:

имеетребенка( А) :- родитель( А, В).

имеетребенка( X1) :- родитель( X1, Х2).

Примеры конкретизаций этого же предложения:

имеетребенка( питер) :- родитель( питер, Z).

имеетребенка( барри) :- родитель( барри,

маленькая( каролина) ).

Пусть дана некоторая программа и цель G, тогда, в соответствии с декларативной семантикой, можно утверждать, что

Цель G истинна (т.е. достижима или логически следует из программы) тогда и только тогда, когда

(1) в программе существует предложение С, такое, что

(2) существует такая его (С) конкретизация I, что

(a) голова I совпадает с G и

(б) все цели в теле I истинны.

Это определение можно распространить на вопросы следующим образом. В общем случае вопрос к пролог-системе представляет собой список целей, разделенных запятыми. Список целей называется истинным (достижимым), если все цели в этом списке истинны (достижимы) при одинаковых конкретизациях переменных. Значения переменных получаются из наиболее общей конкретизации.