Prolog
Шрифт:
Существует несколько общих соображений, помогающих реализовать вышеупомянутые критерии на практике. Одно важное правило состоит в том, чтобы сначала продумать задачу, подлежащую решению, и лишь затем приступать к написанию текста программы на конкретном языке программирования. Как только мы хорошо поймем задачу, и способ ее решения будет нами полностью и во всех деталях продуман, само программирование окажется быстрым и легким делом и появится неплохой шанс за короткое время получить правильную программу.
Распространенной ошибкой является попытка начать писать программу даже до того, как была уяснена полная постановка задачи. Главная причина, по которой следует воздерживаться
Исходная формулировка способа решения задачи должна быть затем трансформирована в программу, но этот процесс трансформации может оказаться нелегким. Неплохим подходом к его осуществлению является применение принципа пошаговой детализации. Исходная формулировка рассматривается как "решение верхнего уровня", а окончательная программа - как "решение низшего уровня".
В соответствии с принципом пошаговой детализации окончательная программа получается после серии трансформаций или "детализаций" решения. Мы начинаем с первого решения - решения верхнего уровня, а затем последовательно проходим по цепочке решений; все эти решения эквивалентны, но каждое следующее решение выражено более детально, чей предыдущее. На каждом шагу детализации понятия, использовавшиеся в предыдущих формулировках, прорабатываются более подробно, а их представление все более приближается к языку программирования. Следует отдавать себе отчет в том, что детализация касается не только процедур, но и структур данных. На начальных шагах работают обычно с более абстрактными, более крупными информационными единицами, детальная структура которых уточняется впоследствии.
Стратегия нисходящей пошаговой детализации имеет следующие преимущества:
она позволяет сформулировать грубое решение в терминах, наиболее адекватных решаемой задаче;
в терминах таких мощных понятий решение будет сжатым и простым, а потому скорее всего правильным;
каждый шаг детализации должен быть достаточно малым, чтобы не представлять больших интеллектуальных трудностей, если это удалось - трансформация решения в новое, более детальное представление скорее всего будет выполнена правильно, а следовательно, таким же правильным окажется и полученное решение следующего шага детализации.
В случае Пролога мы можем говорить о пошаговой детализации отношений. Если существо задачи требует мышления в алгоритмических терминах, то мы можем также говорить и о детализации алгоритмов, приняв процедурную точку зрения на Пролог.
Для того, чтобы удачно сформулировать решение на некотором уровне детализации и придумать полезные понятия для следующего, более низкого уровня, нужны идеи. Поэтому программирование - это творческий процесс, что верно в особенности, когда речь идет о начинающих программистах. По мере накопления опыта работа программиста постепенно становится все менее искусством и все более ремеслом. И все же главным остается вопрос: как возникают идеи? Большинство идей приходит из опыта, из тех задач, решения которых уже известны. Если мы не знаем прямого решения задачи, то нам может помочь уже решенная задача, похожая на нашу. Другим источником идей является повседневная жизнь. Например, если необходимо запрограммировать сортировку списка, то можно догадаться, как это сделать, если задать себе вопрос: "А как бы я сам стал действовать, чтобы расположить экзаменационные листы студентов по их фамилиям в алфавитном порядке?"
Общие принципы, изложенные в данном разделе,
Назад | Содержание | Вперёд
Назад | Содержание | Вперёд
8. 2. Как представлять себе программы на Прологе
Одной из характерных особенностей Пролога является то, что в нем допускается как процедурный, так и декларативный стиль мышления при составлении программы. Эти два подхода детально обсуждались в гл. 2 и затем многократно иллюстрировались на примерах. Какой из этих подходов окажется более эффективным и практичным, зависит от конкретной задачи. Обычно построение декларативного решения задачи требует меньших усилий, но может привести к неэффективной программе. В процессе построения решения мы должны сводить задачу к одной или нескольким более легким подзадачам. Возникает важный вопрос: как находить эти подзадачи? Существует несколько общих принципов, которые часто применяются при программировании на Прологе. Они будут обсуждаться в следующих разделах.
8. 2. 1. Использование рекурсии
Этот принцип состоит в том, чтобы разбить задачу на случаи, относящиеся к двум группам:
(1) тривиальные, или "граничные" случаи;
(2) "общие" случаи, в которых решение получается из решений для (более простых) вариантов самой исходной задачи.
Этот метод мы использовали в Прологе постоянно. Рассмотрим еще один пример: обработка списка элементов, при которой каждый элемент преобразуется по одному и тому же правилу. Пусть это будет процедура
преобрспис( Спис, F, НовСпиc)
где Спис– исходный список, F– правило преобразования (бинарное отношение), а НовСпиc– список всех преобразованных элементов. Задачу преобразования списка Спис можно разбить на два случая:
(1) Граничный случай: Спис = [ ]
Если Спис = [ ], то НовСпиc = [ ], независимо от F
(2) Общий случай: Спис = [X | Хвост]
Чтобы преобразовать список вида [X | Хвост], необходимо:
преобразовать список Хвост; результат - НовХвост;
преобразовать элемент Х по правилу F; результат - НовХ;
результат преобразования всего списка - [НовХ | НовХвост].
Тот же алгоритм, изложенный на Прологе:
преобрспис( [ ], _, [ ]).
преобрспис( [Х | Хвост], F, [НовХ | НовХвост] :-
G =.. [F, X, НовХ],
саll( G),
пpeoбpcпиc( Хвост, F, НовХвост).
Одна из причин того, что рекурсия так естественна для определения отношений на Прологе, состоит в том, что объекты данных часто сами имеют рекурсивную структуру. К таким объектам относятся списки и деревья. Список либо пуст (граничный случай), либо имеет голову и хвост, который сам является списком (общий случай). Двоичное дерево либо пусто (граничный случай), либо у него есть корень и два поддерева, которые сами являются двоичными деревьями (общий случай). Поэтому для обработки всего непустого дерева необходимо сначала что-то сделать с его корнем, а затем обработать поддеревья.