126 lines
5.1 KiB
Markdown
126 lines
5.1 KiB
Markdown
|
||
|
||
因收到Google相关通知，网站将会择期关闭。相关通知内容
|
||
|
||
|
||
039 编程范式游记（10）- 逻辑编程范式
|
||
这篇文章重点介绍 Prolog 语言。Prolog（Programming in Logic 的缩写）是一种逻辑编程语言。它创建在逻辑学的理论基础之上，最初被运用于自然语言等研究领域。现在它已被广泛地应用在人工智能的研究中，可以用来建造专家系统、自然语言理解、智能知识库等。
|
||
|
||
Prolog 语言最早由艾克斯马赛大学（Aix-Marseille University）的 Alain Colmerauer 与 Philippe Roussel 等人于 20 年代 60 年代末研究开发的。1972 年被公认为是 Prolog 语言正式诞生的年份，自 1972 年以后，分支出多种 Prolog 的方言。
|
||
|
||
最主要的两种方言为 Edinburgh 和 Aix-Marseille。最早的 Prolog 解释器由 Roussel 建造，而第一个 Prolog 编译器则是 David Warren 编写的。
|
||
|
||
Prolog 一直在北美和欧洲被广泛使用。日本政府曾经为了建造智能计算机而用 Prolog 来开发 ICOT 第五代计算机系统。在早期的机器智能研究领域，Prolog 曾经是主要的开发工具。
|
||
|
||
20 世纪 80 年代 Borland 开发的 Turbo Prolog，进一步普及了 Prolog 的使用。1995 年确定了 ISO Prolog 标准。
|
||
|
||
有别于一般的函数式语言，Prolog 的程序是基于谓词逻辑的理论。最基本的写法是定立对象与对象之间的关系，之后可以用询问目标的方式来查询各种对象之间的关系。系统会自动进行匹配及回溯，找出所询问的答案。
|
||
|
||
Prolog 代码中以大写字母开头的元素是变量，字符串、数字或以小写字母开头的元素是常量。下划线（_）被称为匿名变量。
|
||
|
||
Prolog 的语言特征
|
||
|
||
逻辑编程是靠推理，比如下面的示例：
|
||
|
||
program mortal(X) :- philosopher(X).
|
||
|
||
philosopher(Socrates).
|
||
philosopher(Plato).
|
||
philosopher(Aristotle).
|
||
|
||
mortal_report:-
|
||
write('Known mortals are:'), nl, mortal(X),
|
||
write(X),nl,
|
||
fail.
|
||
|
||
|
||
我们可以看到下面的几个步骤。
|
||
|
||
|
||
先定义一个规则：哲学家是人类。
|
||
然后陈述事实：苏格拉底、亚里士多德、柏拉图都是哲学家。
|
||
然后，我们问，谁是人类？于是就会输出苏格拉底、亚里士多德、柏拉图。
|
||
|
||
|
||
下面是逻辑编程范式的几个特征。
|
||
|
||
|
||
逻辑编程的要点是将正规的逻辑风格带入计算机程序设计之中。
|
||
逻辑编程建立了描述一个问题里的世界的逻辑模型。
|
||
逻辑编程的目标是对它的模型建立新的陈述。
|
||
通过陈述事实——因果关系。
|
||
程序自动推导出相关的逻辑。
|
||
|
||
|
||
经典问题：地图着色问题
|
||
|
||
我们再来看一个经典的四色地图问题。任何一个地图，相邻区域不能用相同颜色，只要用四种不同的颜色就够了。
|
||
|
||
|
||
|
||
首先，定义四种颜色。
|
||
|
||
color(red).
|
||
color(green).
|
||
color(blue).
|
||
color(yellow).
|
||
|
||
|
||
然后，定义一个规则：相邻的两个地区不能用相同的颜色。
|
||
|
||
neighbor(StateAColor, StateBColor) :- color(StateAColor), color(StateBColor),
|
||
StateAColor \= StateBColor. /* \= is the not equal operator */
|
||
|
||
|
||
最前面的两个条件：color(StateAColor) 和 color(StateBColor) 表明了两个变量 StateAColor 和 StateBColor。然后，第三个条件： StateAColor \= StateBColor 表示颜色不能相同。
|
||
|
||
接下来的事就比较简单了。我们描述事实就好了，描述哪些区域是相邻的事实。
|
||
|
||
比如，下面描述了 BW 和 BY 是相邻的。
|
||
|
||
germany(BW, BY) :- neighbor(BW, BY).
|
||
|
||
|
||
下面则描述多个区 BW、 BY、 SL、 RP、 和 ND 的相邻关系：
|
||
|
||
germany(BW, BY, SL, RP, HE) :- neighbor(BW, BY), neighbor(BW, RP), neighbor(BW, HE).
|
||
|
||
|
||
于是，我们就可以描述整个德国地图的相邻关系了。
|
||
|
||
germany(SH, MV, HH, HB, NI, ST, BE, BB, SN, NW, HE, TH, RP, SL, BW, BY) :-
|
||
neighbor(SH, NI), neighbor(SH, HH), neighbor(SH, MV),
|
||
neighbor(HH, NI),
|
||
neighbor(MV, NI), neighbor(MV, BB),
|
||
neighbor(NI, HB), neighbor(NI, BB), neighbor(NI, ST), neighbor(NI, TH),
|
||
neighbor(NI, HE), neighbor(NI, NW),
|
||
neighbor(ST, BB), neighbor(ST, SN), neighbor(ST, TH),
|
||
neighbor(BB, BE), neighbor(BB, SN),
|
||
neighbor(NW, HE), neighbor(NW, RP),
|
||
neighbor(SN, TH), neighbor(SN, BY),
|
||
neighbor(RP, SL), neighbor(RP, HE), neighbor(RP, BW),
|
||
neighbor(HE, BW), neighbor(HE, TH), neighbor(HE, BY),
|
||
neighbor(TH, BY),
|
||
neighbor(BW, BY).
|
||
|
||
|
||
最后，我们使用如下语句，就可以让 Prolog 推导到各个地区的颜色。
|
||
|
||
?- germany(SH, MV, HH, HB, NI, ST, BE, BB, SN, NW, HE, TH, RP, SL, BW, BY).
|
||
|
||
|
||
|
||
小结
|
||
|
||
Prolog 这种逻辑编程，把业务逻辑或是说算法抽象成只关心规则、事实和问题的推导这样的标准方式，不需要关心程序控制，也不需要关心具体的实现算法。只需要给出可以用于推导的规则和相关的事实，问题就可以被通过逻辑推导来解决掉。是不是很有意思，也很好玩？
|
||
|
||
如果有兴趣，你可以学习一下，这里推荐两个学习资源：
|
||
|
||
|
||
Prolog Tutorial
|
||
Learn Prolog Now!
|
||
|
||
|
||
|
||
|
||
|