Загальні відомості про мову Пролог
Пролог – машинна мова п'ятого покоління, що застосовується при побудові експертних систем, природно-мовних інтерфейсів та інтелектуальних систем керування. Теоретичною основою Прологу є розділ символьної логіки, що називається численням предикатів. Предикат – це логічна функція, що виражає деяке відношення між своїми аргументами і приймає значення "істина", якщо це відношення існує або "неправда", якщо воно відсутнє.
На відміну від Паскаля, Бейсика й інших традиційних процедурних мов програмування, де програміст повинний описати процедуру рішення крок за кроком, наказуючи комп'ютерові, як вирішувати проблему, при використанні Прологу програмістові досить описати задачу й основні правила її рішення, а Пролог сам визначить, як прийти до рішення. Прологові властивий ряд властивостей, якими не володіють процедурні мови програмування, що робить його могутнім засобом логічного програмування. До таких властивостей відносяться:
1) механізм висновку з пошуком і поверненням,
2) убудований механізм зіставлення зі зразком,
3) проста, але виразна структура даних з можливістю її зміни.
Пролог відрізняється однаковістю програм і даних. Дані і програми лише дві різні точки зору на об'єкти Прологу. У єдиній базі даних можна вільно створювати і знищувати окремі елементи. Оскільки не існує розходження між програмою і даними, то можна змінювати програму під час її роботи. Природним методом програмування є рекурсія.
Пролог є декларативною мовою. Це означає, що маючи, необхідні факти і правила, він може використовувати дедуктивні висновки для рішення задач програмування. Пролог – мова описів і замість серії кроків, що визначають, як комп'ютер повинний вирішувати проблему, програма на Пролозі містить опис проблеми, що містить у собі:
1) імена і структури об'єктів, використовуваних у задачі;
2) імена відношень (предикатів), що існують між об'єктами;
3) основну мету (задачу), розв'язувану даною програмою;
4) факти і правила, що описують відношення між об'єктами.
Такий опис використовується для специфікації бажаних відносин між наявними вхідними даними і вихідними даними, що генеруються на підставі вхідних. Перші дві області описів аналогічні секції оголошень програм на Паскалі. Третя описує формулювання основної мети програми. Четверта містить список логічних тверджень у формі фактів, таких як, наприклад,
Іван любить Марію
Петро любить пиво
або у формі правил, наприклад,
Іван любить X, якщо Петро любить Х
(Іван любить те, що любить Петро).
На основі наявних правил і фактів Пролог робить висновки. Маючи два вищенаведені факти й одне правило, Пролог прийде до висновку, що
Іван любить пиво.
А якщо задати Прологові задачу, Наприклад,
Знайти усіх, хто любить пиво ,
то він знайде всі розв’язки цієї задачі. При цьому він автоматично керує рішенням задачі, намагаючись під час виконання програми знайти всі можливі набори значень, що задовольняють поставленій задачі. При цьому пошук здійснюється по всій базі даних, що введена в систему (термін база даних використовується при об'єднанні набору фактів для спільного їхнього використання при рішенні деякої конкретної задачі).
У Пролозі використовується метод пошуку з поверненням, що дозволяє у випадку знаходження одного рішення переглянути всі зроблені припущення ще раз, щоб визначити, чи не приводить нове значення змінної до ще одного рішення. Синтаксис Прологу дуже короткий і простий.
Елементи мови Пролог
Програма на Пролозі складається з множини пропозицій (фраз). Кожна пропозиція – це або факт, або правило. Факт – це твердження про те, що дотримується деяке відношення. Він записується як ім'я, за яким слідує список аргументів у дужках. Наприклад:
likes(“Іван", "Марія").
Правило – це факт, істинне значення якого залежить від істинності інших фактів. Наприклад:
likes("Іван",X) if likes("Петро",X).
Аргументи пропозицій Пролог-програми називаються термами, а саму Пролог-програму можна розглядати як мережу відношень, що існують між термами. Кожен терм позначає деякий об'єкт предметної області і записується як послідовність літер, що поділяються на чотири категорії: прописні букви, малі літери, цифри і спеціальні знаки. Існує три типи термів: константа, змінна або структура (складений терм).
Константами є пойменовані конкретні об'єкти або конкретні відношення. Існує два види констант – атоми і числа. Атом – це або послідовність латинських букв, цифр і знака підкреслення, що починається з рядкової латинської букви, або довільна група символів у лапках. Наприклад: ivan, “Iвaн", invoice_n, "іван", "n_рахунку".
Змінна в Пролозі повинна мати ім'я, що починається з прописної букви або знака підкреслення і складається з латинських літер. Наприклад: Name, X, Invoice_n. Змінна називається зв'язаною, якщо є об'єкт, який вона позначає. При відсутності такого об'єкта змінна називається вільною. Для позначення змінної, на яку немає посилання в програмі, використовується анонімна змінна – одиночний знак підкреслення (_).
Структура (або складений терм) – об'єкт, що складається із сукупності інших об'єктів, що називаються компонентами. Структура записується на Пролозі за допомогою функтора і компонент, взятих у круглі дужки і розділених комами. Компоненти самі є термами. Наприклад, у факт likes входить структура book:
likes("Іван", book("назва", "автор"))
Складені терми аналогічні записам Паскаля або структурам С, тобто – це обумовлені програмістом об'єкти довільної складності. За цією аналогією – функтор і кількість компонентів складеного терма показують тип запису, а компоненти складеного терма відповідають полям запису.
Структура програм Пролога
Програма на Пролозі складається з декількох секцій, кожна з яких ідентифікується ключовим словом і має таку узагальнену структуру:
сonstans
/* секція оголошення констант */
domains
/* секція оголошення доменiв */
database
/* секція оголошення динамічних баз даних */
predicates
/* секція оголошення предикатів */
goal
/* підціль_1, підціль_2, і т.д. */
clauses
/* пропозиції (факти і правила) */
Обов'язковим у програмі є наявність двох секцій з іменами predicates і clauses. У першій з них описуються структури використовуваних у програмі відношень, а в другий ці відношення визначаються. Для набору фактів і правил, розглянутих вище, один з можливих прикладів програми на Пролозі матиме вигляд:
/* програма 1.1 */
predicates
likes(string,string)/* опис предиката */
clauses
likes ("Іван","Марія"). /* факт */
likes ("Петро","пиво")./* факт */
likes ("Іван",X) if likes ("Петро",X)./* */
goal
likes(Who,"пиво").
У цій програмі предикат likes описує структуру, відношення, домени якого мають тип рядка символів. Факти і правила записані у вигляді пропозиції Пролог-програми, кожна з них закінчується крапкою, а текст у /* ... */ – це коментарі. При запиті про пошук всіх любителів пива, мета повинна бути сформульована в секції goal. У відповідь на цей запит Пролог виведе всіх тих, хто любить пиво, зв'язуючи їх з змінною Who.
Однак використання в Пролог-програмах тільки двох секцій, тобто predicates і clauses, є достатнім тільки для найпростіших програм, що не використовують опис даних і їхніх структур, не працюють з динамічними базами даних.
У програмі можуть бути присутнім ще два розділи, що забезпечують визначення глобальних доменів і предикатів.
–Global domains - розташовується після розділу domains.
– Global predicates – слідує за розділом predicates.
Визначення типів даних і предикатів у цих розділах дозволяє забезпечити міжмодульний інтерфейс.
Розглянемо більш докладно призначення кожної із секцій програми.