Презентация "Введение в Пролог" – проект, доклад

Введение в Пролог

В октябре 1981 года Японское министерство международной торговли и промышленности объявило о создании исследовательской организации — Института по разработке методов создания компьютеров нового поколения (Institute for New Generation Computer Technology Research Center). Целью данного проекта было создание систем обработки информации, базирующихся на знаниях. Предполагалось, что эти системы будут обеспечивать простоту управления за счет возможности общения с пользователями при помощи естественного языка. Эти системы должны были самообучаться, использовать накапливаемые в памяти знания для решения различного рода задач, предоставлять пользователям экспертные консультации, причем от пользователя не требовалось быть специалистом в информатике. Предполагалось, что человек сможет использовать ЭВМ пятого поколения так же легко, как любые бытовые электроприборы типа телевизора, магнитофона и пылесоса. Вскоре вслед за японским стартовали американский и европейский проекты.

Появление таких систем могло бы изменить технологии за счет использования баз знаний и экспертных систем. Основная суть качественного перехода к пятому поколению ЭВМ заключалась в переходе от обработки данных к обработке знаний. Японцы надеялись, что им удастся не подстраивать мышление человека под принципы функционирования компьютеров, а приблизить работу компьютера к тому, как мыслит человек, отойдя при этом от фон неймановской архитектуры компьютеров. В 1991 году предполагалось создать первый прототип компьютеров пятого поколения

В качестве основной методологии разработки программных средств для проекта ЭВМ пятого поколения было избрано логическое программирование, ярким представителем которого является язык Пролог. В настоящее время Пролог остается наиболее популярным языком искусственного интеллекта в Японии и Европе (в США, традиционно, более распространен другой язык искусственного интеллекта —язык функционального программирования Лисп).

Название языка "Пролог"происходит от слов ЛОГическое ПРОграммирование (PROgrammation en LOGique во французском варианте и PROgramming in LOGic — в английском). Пролог основывается на таком разделе математической логики, как исчисление предикатов.

Традиционно под программой понимают последовательность операторов (команд, выполняемых компьютером). Этот стиль программирования принято называть императивным. Программируя в императивном стиле, программист должен объяснить компьютеру, как нужно решать задачу. Противоположный ему стиль программирования — так называемый декларативный стиль, в котором программа представляет собой совокупность утверждений, описывающих фрагмент предметной области или сложившуюся ситуацию. Программируя в декларативном стиле, программист должен описать, что нужно решать.

Соответственно и языки программирования делят на императивные и декларативные. Императивные языки основаны на фон неймановской модели вычислений компьютера. Решая задачу, императивный программист вначале создает модель в некоторой формальной системе, а затем переписывает решение на императивный язык программирования в терминах компьютера. Но, во-первых, для человека рассуждать в терминах компьютера довольно неестественно. Во-вторых, последний этап этой деятельности (переписывание решения на язык программирования) по сути дела не имеет отношения к решению исходной задачи. Очень часто императивные программисты даже разделяют работу в соответствии с двумя описанными выше этапами. Одни люди, постановщики задач, придумывают решение задачи, а другие, кодировщики, переводят это решение на язык программирования.

В основе декларативных языков лежит формализованная человеческая логика. Человек лишь описывает решаемую задачу, а поиском решения занимается императивная система программирования. В итоге получаем значительно большую скорость разработки приложений, значительно меньший размер исходного кода, легкость записи знаний на декларативных языках, более понятные, по сравнению с императивными языками, программы.

Основные области применения Пролога:

быстрая разработка прототипов прикладных программ; автоматический перевод с одного языка на другой; создание естественно-языковых интерфейсов для существующих систем; символьные вычисления для решения уравнений, дифференцирования и интегрирования; проектирование динамических реляционных баз данных; экспертные системы и оболочки экспертных систем; автоматизированное управление производственными процессами; автоматическое доказательство теорем; полуавтоматическое составление расписаний; системы автоматизированного проектирования; базирующееся на знаниях программное обеспечение; организация сервера данных или, точнее, сервера знаний, к которому может обращаться клиентское приложение, написанное на каком-либо языке программирования

Области, для которых Пролог не предназначен: большой объем арифметических вычислений (обработка аудио, видео и т.д.); написание драйверов.

Имена конкретных объектов, отношений, свойств образуются по определенным правилам, зависящим от версии языка Пролог, и называются символическими именами. Символическое имя (атом) – это неразрывная цепочка букв, цифр и символа подчеркивания, начинающаяся со строчной латинской (русской) буквы. Для именования объектов и их свойств могут использоваться строки – последовательности любых символов, заключенные в двойные кавычки. Например: стол, студент,table_1, «группа 408». Для описания в программе некоторого объекта, принадлежащего определенному классу, используется переменная. Переменная в программе представляется своим именем. Имя переменной в Прологе – это латинских букв или цифр, начинающихся с прописной латинской буквы или символа подчеркивания. Примеры имен переменных: D, X,Y,_P, Leda

Чтобы описать отношение, необходимо указать его имя и перечислить либо классы объектов, либо конкретные объекты, связываемые этим отношением (, , …,) Для описания отношений в программе на Прологе используются предикаты. Предикат – это логическая функция от n аргументов, имеющая только два значения «истина» или «ложь»: , , …,)

Знания о предметной области выражаются на языке Пролог в виде предложений, называемых утверждениями (СLAUSES). . /*факт*/ или :-. /*правило*/ где заголовок является предикатом и полностью характеризует описываемое отношение. Тело утверждения состоит либо из одного предиката либо из списка предикатов, разделенных знаками “,” “;”, “not”, соответствующими логическим операциям И, ИЛИ, НЕ .

DOMAINS /*описание типов данных*/ name = string FACTS /*описание динамической базы данных*/ закуска (name) мясо (name) рыба (name) десерт (name) СLAUSES /*утверждения (факты и правила) БЗ*/ закуска («артишоки_в_белом_соусе»). закуска («трюфели_в_шампанском»). закуска («салат_с_яйцом»). мясо («говяжье_жаркое»). мясо («цыпленок_в_соусе»). рыба («окунь_во_фритюре»). рыба(«фаршированный_судак»). десерт(«грушевое_мороженое»).

Программа начинает выполняться, если в неё ввести те вопросы, ответы на которые хочет получить пользователь. Для этого предназначен раздел GOAL (Цель). В нем записываются необходимые вопросы – третий тип утверждений в программе на Прологе GOAL рыба (*окунь_во_фритюре*). yes

GOAL закуска (Х). Х= артишоки_в_белом_соусе Х= трюфели_в_шампанском Х= салат_с_тунцом

PREDICATES /*Определение предиката блюдо*/ блюдо (name) СLAUSES блюдо(Y):-мясо(Y) блюдо(Y):-рыба (Y)

GOAL блюдо(Y). Y= говяжье_жаркое Y= цыпленок_в_соусе Y= окунь_во_фритюре Y= фаршированный_судак

/*Определение отношения «обед»*/ обед (X,Y,Z):- закуска (X), блюдо(Y), десерт(Z). обед (X,Y, Z). программа выдаст список всех возможных комбинаций из трех блюд: X = артишоки_в_белом_соусе, Y = говяжье_жаркое, Z= грушевое_мороженое … GOAL обед (X,Y, Z), рыба (Y).

GOAL

Примеры правил:

любит (X, «баскетбол»):- любит (X, «бег»). можно купить (X) :-есть в магазине(X,V),V V2.

Варианты студентов

Нравится(Х, "пироженое»):-любит (Х, «сладкое) Выше (Х1,Х2):-рост(Х1,У1), рост (Х2,У2),У1>У2 Нужно закупать(х):-есть на складе(х),хУ2

Нравится(Х, “Mercedes”):-нравится(Х,” немецкий автопром”) Опытнее(Х1,Х2):-стаж(Х1,V1), стаж(X2, V2), V1>V2

DOMAINS /*описание типов данных*/ kol_vo = integer FACTS /*описание динамической базы данных*/ калории (name, kol_vo ) СLAUSES /*утверждения (факты и правила) БЗ*/ калории(«артишоки_в_белом_соусе», 150). калории («трюфели_в_шампанском», 212 ). калории («салат_с_яйцом», 202). калории («говяжье_жаркое», 532). калории («цыпленок_в_соусе», 400). калории («окунь_во_фритюре», 270). калории(«фаршированный_судак», 254). калории(«грушевое_мороженое», 223). калории («земляника _со_сливками», 289).

закуска (Х), калории(X,Y).

PREDICATES значение (name, name, name, kol_vo) сбалансированный_обед(name, name, name) СLAUSES /*Определение отношения «калорийность обеда»*/ значение (X,Y,Z,V):- калории(X,E), калории(Y, P), калории(Z,D), V=E+P+D сбалансированный_обед (X,Y,Z):-обед (X,Y, Z), значение (X,Y,Z,V),V

PREDICATES /*Определение предикатов*/ СLAUSES /*утверждения (факты и правила) БЗ*/ GOAL

DOMAINS /*описание типов данных*/ FACTS ( DATABASE) /*описание динамической базы данных*/

Структура раздела утверждений программы

База знаний (программа на языке Пролог)

Определение отношения 1

Утверждение 1 Утверждение 2 Утверждение n факт Правило

Определение отношения 2

Определение отношения n

symbol – символическое имя string - строка char - отдельный символ, заключенный в апострофы Integer целое число в диапазоне от -32768 до 32767 byte - целое число в диапазоне от 0 до 255 word целое число в диапазоне от 0 до 65535 real- любое число

Пять основных операций определяют реляционную алгебру:

Объединение Симметрическая разность Декартово произведение Проекция Выборка

Объединение

r_unon_s(X1,X2,…, Xn) :- r(X1,X2,…, Xn). r_unon_s(X1,X2,…, Xn) :- s(X1,X2,…, Xn). Пример: блюдо(Y):-мясо(Y). блюдо(Y):-рыба (Y).

Симметрическая разность

r_diff_s( X1,X2,…, Xn) :- r(X1,X2,…, Xn), not s(X1,X2,…, Xn). r_diff_s(X1,X2,…, Xn) :- s(X1,X2,…, Xn), not r(X1,X2,…, Xn). Пример: футболист_либо_волейболист(X) :- футболист(X), not волейболист(X). футболист_либо_волейболист() :- волейболист(X), not футболист(X)

Декартово произведение

r_x_s(X1,X2,…,Xn, Y1,Y2,…,Yn):- r(X1,X2,…Xn), s(Y1,Y2,…,Yn). Пример: /*Определение отношения «обед»*/ обед (X,Y,Z):- закуска (X), блюдо(Y), десерт(Z).

Проекция

r7(X1, X3):- r(X1,X2, …, Xn). Пример: аптека( 6, «Цвиллинга, 6», «264-67-66»). телефон_аптеки(NomApt,TelApt):- аптека(NomApt, _, TelApt).

Выборка

rv(X1, X3):- r(X1,X2,X3), X2>X1 Пример: аптека( 6, «Цвиллинга, 6», «264-67-66»). телефон_аптеки(NomApt,TelApt):- аптека(NomApt, _, TelApt), NomApt

name, child, grandchild – string Parent(name, child) nondetermed Grandparent(name, grandchild) Parent(Pam,Bob) Parent(Tom,Bob) Parent(Tom,Liz) Parent(Bob,Ann) Parent(Bob,Pat) Parent(Pat,Jim) Grandparent(Pam, Ann) Grandparent(Tom, Ann) Grandparent(Bob, Jim) Grandparent(Pam, Pat) Grandparent(Tom,Pat )

Рассмотрим следующие предложения на естественном языке:

«Маше нравятся цветы» «Аня любит сына» Сын Ани любит Машу «Оля любит всех, кого любит Аня» «Нам нравится всё, что нравится человеку, которого мы любим» Как можно записать эти предложения в виде фактов ?

нравится (маша, цветы) любит (аня, сын(аня)) любит (сын(аня), маша)

Четвертое предложение задает правило: «Для любого Х, если любит (аня, Х), то из этого следует, что любит (оля, Х)» Запишем это правило в виде импликации: любит (оля, Х)  любит (аня, Х),

Антон, Миша и Женя – члены альпинклуба. Каждый член альпинклуба или горнолыжник, или скалолаз или и то, и другое. Никто из скалолазов не любит дождь. Все горнолыжники любят снег. Миша любит всё, что не любит Антон, и не любит всё, что любит Антон. Антон любит снег и дождь. Есть ли член альпинклуба, который является скалолазом и не является горнолыжником? И Кто он?

Вариант Ивана Пименова

DOMAINS Name string PREDICATES Горнолыжник (Name) Скалолаз (Name) Любит_дождь (Name) Любит_снег (Name) FACTS горнолыжник (Name):-любит_снег (Name) скалолаз (Name):- not любит_дождь (Name) CLAUSES Любит_снег(Антон) Любит_дождь(Антон) Любит_снег(Миша):- not Любит_снег(Антон) Любит_дождь(Миша):- not Любит_дождь(Антон) Not Любит_снег(Миша):- Любит_снег(Антон) Not Любит_дождь(Миша):- Любит_дождь(Антон) GOAL ? Скалолаз(Name), not горнолыжник(name)

DOMAINS /*задание областей данных*/ Name = anton;misha;jenia /*Область Name это или anton или misha или jenia */ Weather = rain;snow /*Определение области Weather */ Spec = skalolaz;gornolysnik /*Определение области Spec */

PREDICATES /*Определение предикатов*/ club (Name) /* Name является членом клуба*/ nlike (Name, Weater) /* Name не нравится Weater */ like (Name, Weater) /* Name нравится Weater */ is (Name, Spec) /* Name по специализации Spec */ question /*Теорема, которую нужно доказать*/

Факты и правила

CLAUSES club(anton). club(misha). club(jenia). like(anton, snow). like(anton, rain). like(misha,X) :- not(like(anton,X)). nlike(X,Y):-not(like(X,Y)). nlike(misha,Y):-like(anton,Y). is (X, gornolysnik):- club(X), like(X,snow). is (X, skalolaz):-club(X), not(like(X,rain)).

Выясняем имя того, кто является скалолазом и не является горнолыжником. Предикат неудачи – fail , заставляет перейти к следующему определению question

question:- readchar(), nl, is(Name, skalolas),not(is(Name,gornolysnik)), cursor(10,20), write(“Скалолаз,но не горнолыжник), wrute (Name), readchar(),nl,fail.

Выясняем имя того, кто является и скалолазом и горнолыжником.

question:- nl, is(Name, skalolas),is(Name,gornolysnik), cursor(12,20), write(“Скалолаз и горнолыжник: “), wrute (Name), readchar(),nl,fail. Какая специализация у Антона question:- nl, is(anton, Spec), cursor(14,20), write(“anton -“, Spec), readchar(),nl,fail.

question:- nl, is(Name, gornolysnik), not (is(Name,skalolas)), cursor(16,20), write(“Не скалолаз, но горнолыжник: “), wrute (Name), readchar(),nl,fail. GOAL question.

Король думает, что королева думает, что она не в своем уме. В своем ли уме король?

DOMAINS /*Описание областей данных*/ Name = KL; KWA Swoystwo = wume;newume /* Swoystwo может принимать значение wume или newume* / Mysly = imeet_mesto(Swoystwo, Swoystwo) /* Mysly - это то, о чем можно думать*/

PREDICATES /*Описание предикатов*/ mojetbyt (Swoystwo) /* mojetbyt - cвойство, принимающее значение из области Swoystwo */ imeet_mesto(Swoystwo, Swoystwo) dumaet (Swoystwo, Mysly) wopros

CLAUSES /*Описание предметной области*/ mojetbyt (wume). mojetbyt (newume). /*можно быть или « в своем уме» или «не в своем уме»*/

dumaet (wume, imeet_mesto(X,Y)):- imeet_mesto(X,Y). /*»в своем уме» думает то, что есть на самом деле*/

dumaet(newume, imeet_mesto(X,Y)):-not imeet_mesto(X,Y)). /*» не в своем уме» думает то, чего нет на самом деле*/

imeet_mesto(X,Y). /*на самом деле, есть то, что есть*/

wopros:- mojetbyt(KL), mojetbyt(KWA), dumaet (KL, dumaet(KWA, imeet_mesto(KWA, newume))), nl, write («Королева -», KWA, «король - », KL), nl, fail.

GOAL /*Запрос или теорема, которую нужно доказать*/ wopros