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Logic Programming With Prolog學習筆記（一）

1、hello world：

write(“Hello World”),nl,write(“Welcome to Prolog”),nl.

以.號做結束，有一係列目標（goal）組成（一般也稱為查詢query），目標之間用,號隔開，這裏的write和nl其實是內建的IO謂詞，總共4個目標按順序執行，nl是開始一個新行，所有目標達成，Prolog係統會輸出yes。

2、halt也是BIPs，用於結束Prolog係統，statistics用於係統統計（cpu、內存等）。BIPs都是會產生副作用的謂詞。比如write就是會產生輸出到用戶屏幕副作用的IO謂詞。

3、第一個程序，寫入下列代碼並保存為prog1.pl:

dog(fido).

cat(felix).

animal:-dog(X).

通過consult謂詞，將該程序導入數據庫（本質上，Prolog係統就是一個全局數據庫）, 分析下代碼：

dog(fido).

cat(felix).

就是所謂事實（fact），dog和cat就是謂詞，而fido和felix是atom，這裏陳述了兩個事實：fido是一隻狗，felix是一隻貓。animal:-dog(X). 這句就是規則（rule），:-符號可以理解為如果(注：if)，X是變量，這裏描述的規則就是：如果X是狗，那麼X就是動物。因此，依據事實和規則，Prolog的推理係統可以推論：fido是狗，所以fido是動物：

| ?- animal(fido).

yes

顯然，根據animal規則，felix不是動物，雖然它是：

| ?- animal(felix).

no

4、Prolog的注釋 /* this is a comment */

5、查詢，dog(X)，查詢所有滿足謂詞dog的X，也就是找出所有的狗狗。

dog(X),cat(X).查詢所有是狗又是貓的“東西”。Listing(dog)，列出所有定義了謂詞dog的語句。

6、Prolog的數據類型：

1)數字,Number，623,+3,-.245

2)Atom，所有的不包括數值在內的常量，這與Erlang中的atom概念是一脈相承

包括：以小寫字母開頭的字母、數字、下劃線的組合，單引號括起來的字符序列,+-*/<>=@&#特殊字符組成的序列

3）變量：在查詢中代表未決的term，以大寫字母或者下劃線開頭，跟Erlang一樣，_表示啞元

4）組合Term,類似其他語言中的記錄結構，以一個atom開頭，後接一個參數列表，參數也都是term，參數的個數就是它的arity（Erlang也是如此），例如：

read(X)

dog(henry)

likes(dog(henry),Y)等

5）列表，如：

[dog,cat,mypred,[a,b,c],hello]

6)其他類型，某些 Prolog方言可能會有字符串類型，用於處理字符串。

第二章 語句和謂詞

1. 一個Prolog程序就是由一係列語句（clause）組成的，語句可以多行，以引文句號結束。兩種基礎語句：事實和規則。

2. 事實語句，是由atom或者組合term構成（兩者統稱為call terms），如：

chrismas.

likes(john,mary).

1. 規則，形式如下：

head:-t1,t2,…,tk. (k>=1)

head成為規則的頭部，也必須是call term，:-稱為頸部操作符，讀作if，而t1,t2…tk就是語句的body，它們描述了頭部的結論所需要滿足的條件。Body是由一個或者多個componet組成，compont就是目標，以逗號隔開，逗號表示and的關係。從另一個角度看，head可以成為目標，body是它的子目標，規則就是為了達到目標head，必須先達到子目標t1,t2…tk。

例子：

large_animal(X):-animal(X),large(X).

go:-write(‘hello world’),nl.

1. 謂詞，所有語句的頭部都包括了一個謂詞定義，不同參數的同名謂詞是不同的謂詞，參數數目就是所謂元數（arity）。謂詞可以記錄為pred/n，比如parent/1,表示謂詞名為parent,而參數個數是一個，這個與Erlang相同。謂詞可分為用戶自定義的維持和built-in謂詞（BIPs）。IO謂詞如write,nl就是BIPs，它們都是總會成功的謂詞，並帶來相應的IO副作用（輸出和換行）。用戶不能重定義BIPs。

2. 謂詞的遞歸定義，分為直接和間接遞歸，例子：

likes(john,X):-likes(X,Y),dog(Y). 描述的規則為:john喜歡的是那種至少喜歡一隻狗的人。

1. loading語句，包括兩個BIPs：consult/1和reconsult/1，用於產生將文件中的語句導入數據庫的副作用，兩者的區別是，reconsult會覆蓋之前定義的相同謂詞，而consult不會。consult[‘prog1.pl’]可以簡化為[‘prog1.pl’].同樣，reconslt[‘prog1.pl’]可以簡寫為[-‘prog1.pl’]

2. 變量，一開始所有的變量都是未綁定的，當目標被執行時，變量可能被綁定或者解綁定。變量存在作用域，不同語句中的同名變量沒有任何關係。

3. 量詞，

1）全稱量詞，出現在事實或者規則head部分的變量，表示事實或者規則的該變量的所有可能值，這樣的變量成為全稱量詞，如

large_animal(X):-animal(X),large(X). 中的X。

2）存在量詞，不在事實或者規則的head部分中存在，但是在body部分中出現的量詞，僅僅為了表示該變量至少存在一個值，這樣的變量稱為存在量詞。例如：

person(dennis,zane,male,25,programmer).

man(A):-person(A,B,male,C,D).

man謂詞body部分的B,C,D變量就是存在量詞

9.匿名變量，就是所謂啞元，下劃線_表示，表示你並不care這個變量的值是什麼，僅僅為了占位，用以表示任意值，與Erlang中的意義一致。

第三章

1、這一章主要將描述Prolog係統是如何滿足目標的執行。

2、Prolog係統是按照順序執行目標的，每個目標都是由call term組成，每個目標都與一個相應的謂詞相關聯，謂詞的名稱稱為functor，而參數個數就是元數（arity）。Prolog係統是從上到下，依據語句的head部分來匹配目標，如果匹配，將輸出yes，否則就是no。對於用戶定義的目標，Prolog沒有找到任何事實或者規則與之匹配的話，那麼就是fail。這不是什麼未知或者不確定，這個其實就是所謂的封閉世界假設（closed world assumption）：任何結論如果無法從數據庫中的事實和規則中得到證明，那麼這個結論就是否定的，沒有什麼係統不確定或者未知這樣的中間位置。

3、Prolog的匹配算法——聯合（unification），

變量可以跟任何term聯合，其中包括了變量，其實就是變量的綁定。例如：

X=1將X與1聯合. dog(X)與dog(ferris)，將X與ferris聯合。

看call terms的聯合過程：

1)如果兩個call term都是atom，隻有當它們是一樣的時候才可以聯合，比如：

test跟test聯合成功

dennis跟'dennis'聯合成功

apple跟fuck聯合失敗

2)對於組合call term的聯合，要求兩個call term有一樣的functor和arity，並且參數也要成對地聯合成功。

聯合的詳細規則如下：

1）兩個atom當且僅當它們是一樣的時候才是聯合成功的。

2）兩個組合的term聯合成功，當且僅當兩者有一樣的functor和airty，並且參數也要從左到右兩兩成對地聯合成功。

3）兩個number聯合成功，當且僅當它們是一樣的時候，例如7與7聯合成功，而7與6.9就失敗

4）兩個未綁定的變量總是聯合成功的，兩者互相綁定

5）一個未綁定變量和一個不是變量的term也總是聯合成功的，將變量綁定為該term

6)一個綁定的變量可以被認為它所綁定的值。例如

pred(X,X,man)

與pred(landon,dog,A)聯合失敗，因為在第一個參數聯合成功後，X就被認為是landon，那麼在嚐試聯合第二個參數的時候，顯然landon與dog聯合失敗。

7）兩個列表聯合成功，當且僅當它們擁有相同數目的元素，並且元素間從左到右成對地聯合成功。

8）嵌套結構按照這些規則遞歸，其他情況下的聯合都是失敗的。

4、目標的求值，兩張圖描述：

5、回溯(backtracking)，回溯就是一個返回前一個滿足的目標，尋找其他方式重新滿足該目標的過程。回溯，顧名思義就是退回去，再來過，當輸入;號，就強製Prolog係統回溯以尋找更多的匹配

6、目標求值的概覽：

第四章 操作符

1、通過op謂詞，可以將用戶自定義的謂詞轉成某種操作符，例如：

likes(dennis,catty).

我們更希望表達成：

dennis likes catty.

這在默認情況是不行的，通過op謂詞轉化likes謂詞成中綴操作符：

op(150,xfy,likes).

然後就可以這樣使用likes謂詞了：

dennis likes catty.

op謂詞一般形式

op(操作符優先級，(xfy|xf|fy),謂詞名稱)

2、算術運算：通過內建的is/2謂詞來進行算術運算，is/2是一個內建的中綴運算符，例如：

X is 2.

X is 3,Y is X+3.

出現在第二個參數的變量必須是已經綁定。+ - * /稱為算術運算符，還有一類稱為算術函數，它們並不是謂詞，例如abs/1 sqrt/1等，完整列表：

+ - * /

X//Y 兩個整數的商

X^Y 表示X的Y次方，在gnu prolog上是**，與ruby一樣。

-X 一元操作符

abs(X)

sqrt(X)

sin(X)

cos(X)

max(X,Y)

is/2的第一個參數也可以是表達式或者數字，在此情況下，兩個參數都會被計算，如果相等，則succeeds，否則失敗。因此is/2謂詞也可以解釋為，求值看兩個參數是否可以聯合成功。如果第一個參數是變量，就將第二個參數的值綁定在該變量上，如果第一個參數是數值或者算術表達式，就比較兩個參數的值是否相等，相等則聯合成功，如果第一個參數是atom,term.list等，聯合的情況依賴於實現。永遠失敗的is/2:

X is X+1.總是失敗。

操作符的優先級與算術中的一樣，可以通過括號強製優先級。

算術比較操作符：=:=,=\=,>,>=,<,=<

3、等價操作符：

1）算術表達式比較：

E1=:=E2 成功當且僅當兩個表達式求值的結果一致。

E1=\=E2 成功當且僅當兩個表達式求值的結果不一致。

2）Term相同比較：

Term1==Term2成功當且僅當Trem1跟Term2完全相同。

因此：

likes(X,prolog)==likes(X,prolog)相同

likes(Y,prolog)==likes(Y,prolog)失敗，X與Y是不同的變量

3+7==6+4 失敗，兩個表達式不會被求值，顯然不同

Term1 \==Term2成功當且僅當Trem1跟Term2不同。

3）Term聯合的比較：

=操作符與==類似，不同在於，Term1=Term2當且僅當Term1和Term2聯合成功的時候成功，也就是能找到某種方式綁定變量的值，來讓兩者相同。例如

6+X=6+3。成功，X綁定為3

6+4=3+7 仍然失敗

X=0,X=:=0. 成功，將X綁定為0，算術比較成功。

=的相反操作符就是\=

4、邏輯操作符：取反操作符not，表示or的;

例如：

X=0,not X is 0. 返回no

6<3;7 is 2+5.返回yes

文章轉自莊周夢蝶  ，原文發布時間2008-05-28

最後更新：2017-05-17 18:01:49

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