Особенности машинной реализации языка предикатов первого порядка.

Машинная реализация языка предиката первого порядка имеет ряд серьезных проблем, которые связаны с универсальностью аппарата логического вывода. 1-я проблема — монотонность рассуждений (в процессе логического вывода нельзя отказаться от промежуточного заключения, если становятся известными дополнительные факты, которые свидетельствуют о том, что полученные на основе этого заключения решения не приводят к желаемому результату. 2-я проблема — комбинаторный взрыв ( в процессе логического вывода невозможно применять оценочные критерии для выбора очередного правила. Безсистемное применение правил в рассчете на случайное доказательство приводит к тому, что возникает много лишних цепочек ППФ, активных в определенный момент времени. Это чаще всего приводит к переполнению рабочей памяти.

В процессе исследований по отысканию эффективных процедур машинной реализации языка предиката наметилось 2 основных подхода(кон. 60-х гг.):

1 — Отбрасывается принцип универсальности языка предиката и производится поиск конкретных процедур, эффективных для конкретной предметной области. В этом случае в БЗ вводились обширные знания предметной области. Наиболее типичный представитель — LISP

2 — развивался в рамках традиционной логики и был направлен на сохранение универсальности, свойственной языку- предикату путем разработки эффективных процедур логического вывода универсальных по своему характеру, но позволяющих нейтрализовать монотонность и комбинаторный взрыв.

Наиболее эффективной разработкой этого подхода явл. язык PROLOG. В нем принята обратная стратегия вывода. Полностью реализованы все средства описания знаний языка-предиката, в т.ч. и кванторами для порождения новых высказываний используется операция резолюции.В качестве процедуры поиска решения, позволяющей устранить монотонность и комбинаторный взрыв используют поиск в иерархически упорядоченном пространстве состояний.

 

PROLOG. Реализация на ПЭВМ

1. Интегрировання Среда языка Turbo Prolog.

2. Структура программы

3. Стандартные типы доменов

4. Прототипы предиката

5. Утверждения и цели

6. Арифметические выражения.

7. Встроенные прдикаты языка

 

Интегрировання Среда языка Turbo Prolog.

Функционирование Т.Р. требует наличие следующих стандартных каталогов:

· корневой Prolog, в котором должны находится следующие файлы:

· prolog.exe

· prolog.ovl для создания exe файла

· prolog.r тексты сообщения об ошибках

· prolog.hlp файл помощи

· prolog.sys конфигурация среды

· prolog.lib библиотеки

· prolog.obj вспомагательный файл для создания пользов-их exe файлов

· подкаталог PRO для пользовательских исходных файлов (расширение.pro)

· подкаталог OBJ для пользовательских обьктных и prg файлов

· подкаталог EXE для хранения пользовательских exe файлов

· подкаталог DOS для команд ОС в том случае, если предполагается их     использование из пользовательских программ. (min command.com)

 

Структура программы на TURBO PROLOG

1.Domains

2.predicates

3.clauses

 

1 Для определения типов доменов или данных, используемых в программе

2 описание прототипов пользовательских предикатов

3 “утверждения” включает описание фактов в виде предикатов и правил, т.е. декларативных и процедурных знаний

4 содержит цель решения задач, при его отсутствии система запрашивает цель решения задачи в окне диалога и в этом-же окне получаем ответ, при его присутствии в нем помещаем пользовательский интерфейс.

 

Место для печатания

 

-35--36--37-

readint (< целое> )

(integer): (0) - читает целое число, чтение заканчивается нажатием < Enter>

readreal (< вещественное> )

(real): (0) - вещ.

readchar(< знак> )

 (char): (0) - читает единичный символ

readln (< строка> ) (string): (0) - читает строку символов

inkey (< знак> ) (char): (0) - заканчивается истиной, если после предыдущей операции была нажата клавиша, возвращается её код. Если не была нажата, то предикат оканчивается неудачей

nl - код двух клавиш - переход на новую строку

write (x₁, x₂, ...)

(переменные и константы): (i, i, ...) - выдает на текущее устройство записи констант и содержание переменных

writef (< формат>, x₁, x₂, ...)

(string, < переменные и константы> ): (i, i, ...)

Структура формата:

“ % - m.pw “, где % - признак форматного вывода

если задан “-”, то знаки должны выравниваться по левому краю, если не задан - по правому

m - длина поля вывода

p - кол-во цифр после точки

w - тип числа, вместо w записывается f, если выводится число в десятичном виде, e - в экспотенциальной форме, q - в самом коротком формате.

Предикаты работы с символьными данными.

str_lon (< строка>, < длина> )

(string, integer): (i, i) (i, 0)

если задано (i, i), проверяется длина строки, если (i, 0) - возвращается длина строки

Преобразование типов

Все предикатные преобразования действуют в обе стороны. Случай (i, i) проверяет истинность для всех типов, кроме real. Преобразование между типами string, symbol и real, integer пр-ся (? ) автоматически.

char_int (< знак>, < целое> )

 (сhar, integer): (i, 0) (0, i) (i, i)

str_char (< знак как строка>, < знак> )

(string, сhar): (i, 0) (0, i) (i, i)

str_int (< строка>, < вещ.> )

(string, real): (i, 0) (0, i)

и т. д.

Работа с командами операционной системы

Необходимым условием для работы с предикатами этой группы есть наличие подкаталога DOS, в котором бы был записан минимум command.com

system (< команда OS> )

(string): (i) - передает команду OS

date (< год>, < месяц>, < день> )

(integer, integer, integer): (i, i, i) (0, 0, 0) - устанавливает, если (i, i, i), или возвращает, если (0, 0, 0) системную дату

time... - то же

dir (< маршрут>, < спецификатор файла>, < имя файла> )

(string, string, string): (i, i, 0) - выдаются на экран специфицированные файлы из каталога по маршруту. Возможно выбрать из каталога имя одного файла с помощью стрелок управления курсором, при нажатии < Enter> имя этого файла присваивается третьему аргументу предиката

 

Специальные предикаты языка Turbo Prolog

bouncl (< переменная> ) - “истина, если переменная является конкретизированной

free (< переменная> ) - “истина, если переменная не является конкретизированной

fail - всегда ложн. вызывает возврат для проверки базы в правилах

! - (cat) - предикат отсечения, ограничивает возврат

exit - останавливает выполнение пользовательской программы и передает управление меню Turbo Prolog

trace - общее включение режима отладки. Указывается в начале исходной программы

trace (< статус> )

(symbol): (i) (0) - устанавливает, если i, или возвращает, если 0, текущий режим отладки. В качестве статуса можно использовать on/off. Использование этого предиката предполагает наличие trace в начале программы

diagnostics - позволяет выдать анализ программы в процессе компиляции. Анализ включает имена используемых предикатов. Для каждого имени определяется, являются ли аргументы конкретного предиката фактами или указывается конкретность предиката.

nowarnings - отключает предупреждения в процессе компиляции

project “имя файла” - данная программа является частью проекта

include “имя файла” - в компиляцию включается файл с указанным именем

 

Управление ходом выполнения программ на языке ТР.

1. Рекурсия.

2. Возврат и отсечение.

 

Рекурсия.

В механизм обработки программ на языке ТР заложена рекурсия, то есть вычисление значения функции с помощью той же функции, но с измененными параметрами. Рекурсия в ТР реализуется в 2 этапа:

1) исходная задача разбивается на более мелкие частные задачи и формируются частные решения и на основе которых затем будет получено общее решение задачи.

Процесс разбиения задачи на подзадачи наз-ся редукцией. Редукция завершается в том случае, если сформирована подзадача, которая может быть решена непосредственно.

2) сборка решения, начиная от самого (? ) последнего к самому общему. Для использования рекурсии в программах необходимо использовать следующий формат правила рекурсии:

< имя правила рекурсии с аргументами или без них> if

< список предикатов> (1)

< предикат условия выхода из рекурсии> (2)

< список предикатов> (3)

< имя правила рекурсии с аргументами или без них > (4)

< список предикатов> (5)

В структуре правила компоненты (1), (3), (5) могут присутствовать или отсутствовать с учетом специфики решаемой задачи. Компоненты (2), (4) обязательны, так как они организуют аппарат активизации правила рекурсии. Обычно компонента (1) - это предикаты, которые не влияют на рекурсию. Компонента (3) содержит предикаты, с помощью которых формируются новые значения аргументов, участвующих в рекурсии, а (5) включает предикаты, которые формируют с помощью аппарата рекурсии искомые значения. (5) - сборка решения. (2) - используется для останова рекурсии, а (4) - реализует повторный вызов рекурсивного правила для новых значений аргумента. В зависимости от заданных граничных условий различают нисходящую и восходящую рекурсию.

Пример.

Определение n-го терма последовательности 1, 1, 2, 6, 24, ...

N 0 1 2 3 4...

0 терм=1         3 терм=2*3

1 терм=1*1     4 терм=6*4

2 терм=1*2     5 терм=24*5

Для обозначения того факта, что n-й член последовательности равен V, вводится предикат следующего вида: posl (N, V)

Фрагмент программы:

domains

N, V = integer

predicates

posl = (N, V)

clauses

posl (0, 1)

posl (N, V) if

    1) N> 0

    2) M=N-1

    3) posl (M, U)

    4) V=U*N

goal

posl (3, x)

Решение задачи производится в 2 этапа:

I этап.

1. Производится попытка удовлетворить запрос пользователя, используя первое утверждение в разделе clauses (posl (3, x) сопоставляется с posl (0, 1)). Так как 0 не сопоставляется с 3, то попытка завершается неудачей. После этого posl (3, x) сопоставляется с заголовком 2-го утверждения posl (N, V). Отсюда N получает значение 3, а V связывается с х и система переходит к доказательству подцели в теле правила:

1) N> 0 согласуется при N₁=3

2) M₁=N₁-3 согласуется при N₁=3 и M₁=2

3) posl (2, U₁) приводит ко второму рекурсивному обращению и так как это обращение не согласовано с первым, то последнее утверждение (V=U*N) откладывается.

2. Согласование posl (2, U₁) с posl (0, 1) приводит к неудаче. Происходит сопоставление с заголовком 2-го утверждения, что заканчивается удачей, при этом N₂=2 и V=U₁. происходит доказательство по цели этого утверждения:

1) согласуется при N₂=2

2) согласуется при N₂=2 и М₂=1

3) posl (1, U₂) приводит к повторному рекурсивному обращению

4) откладывается

3. Согласование posl (1, U₂) с posl (0, 1) приводит к неудаче. Сопоставление с заголовком 2-го утверждения заканчивается неудачей, при N₃=1 и V=U₂. Происходит доказательство по цели этого утверждения:

1) согласуется при N₃=1

2) согласуется при N₃=1 и М₃=0

3) posl (0, N₃) приводит к повторному рекурсивному обращению.

Полученное целевое утверждение сопоставляется с первым целевым утверждением posl (0, 1), при этом U₃ получает заначение 1.

На этом этап разбиения заканчивается.

II. Этап сборки решения.

Производится попытка согласования самого последнего из отложенных целевых утверждений, если это удается, то производится согласование предпоследнего целевого утверждения, и так до самого первого из отложенных, то есть запроса.

1) U₂=U₃*1, так как U₃=1 то U₂=1

2) U₁=U₂*2             U₁=2

3) X=U₁*3               X=6

 

Возврат и отсечение.

В процессе реализации запроса интерпретатору языка необходимо анализировать множество фактов и правил, к-рые извлекаются в процессе нескольких просмотров соответственных баз фактов. При этом в процессе одного просмотра формируется частичное решение. Процесс в PROLOGе выполняется автоматически путем пометки или заполнения тех модулей, к-рые анализировались перед текущей целью, с тем, чтобы исключить полученное частное решение из дальнейнего рассмотрения. Этот механизм в PROLOGе наз-ся возвратом и реализуется через использование стандартного предиката fail, к-рый всегда имеет значение “ложь”. Этот предикат заставляет интерпретатор проанализировать ещё раз базу фактов, чтобы выполнить более целевое утверждение для других значений переменных. Он позволяет получить в базе все возможные решения.

ПРИМЕР:

domains

p, T=symbo L

predicat s

like (P, T)

poleg (T)

dauses

like (“Иванов”, ” пиво”).

like (“Иванов”, ” сок”).

poleg(“cok”)...

otv if

like (P, T) and

poleg (T), nl,

write (P),

fail.

goal

otv.

Для управления процессом выполнения программ в PROLOG имеется встроенный предикей cut, кот. кодируется в turbo-PROLOG как!. Основное назначение — остановка процесса возврата, т.е. приостановка выработки дальнейших решений.

Этот процесс в Прологе наз. ОТСЕЧЕНИЕМ. Чаще всего предикей cut используется совместно с fail.

ПРИМЕР

…

goal

like (P, T)

T= “кефир”,

nl,

write ( “любитель кефира найден”)

!.

fail

Отсечение используется для устранения бесконечных циклов (см. пред. пример):

clauses

posl (0, 1) if!

posl(N, V) if

         M=N-1

posl (M, U)

         V=U*N

 

Отсечение также используется для устр. взаимоисключающих утверждений.

ПРИМЕР

ball (M, ’A”) if M> so,!

ball(M, “B”) if M< so an M> 60,!.

 

ТЕМА: АГРЕГАТЫ ФАКТОВ

1.Списки

2.Динамическая база фактов

3.Структуры

 

Списки.

 Если в пр-ме необходимо организовать с переменными или заранее неопределенным количеством объектов, то испол. списки.

СПИСОК — упорядоченная последовательность эл-в одного типа неопределенной длины, кот м. состоять из 0 и более эл-в.

Константы, попавшие в список, записываются в [ ] и отделяются друг от друга запятыми.

Исходя из определения списка, два списка, сост. из одних и тех же

эл-в, но расположенных в разном порядке считаются разными. В разделе domains эл-ты списка обяз-но д.б. сопоставлены с определенным типом домена (Sp=integer*).

Список в domains м.б. опосредствован через имя переменной, эл-ты кот. собираются в список.

domains

k_fms = string, kol = integer,

Sp = kol*

predicates

fms ( k_fms, kd, ...)

 

Списки состоят из заголовка ( начала списка) и захвата (окончания списка). К заголовку относится только 1-й эл-т списка, остальное — хвост.

Список с нулевым количеством эл-в определяется как пустой список, он не имеет ни заголовка ни хвоста.

Для работы со списками в языке имеется ряд встроенных предикатов.

MEMO (< имя эл-та>, < список> ) — где < список> м.б. задан либо именем Sp, либо непосредственно константами, входящими в этот список.

Предикат определяет принадлежность эл-та к списку.

I — деление списка на голову и хвост [ Head I Tail] или [H I T]

H — или переменной для обозначения заголовка

T — — “ — хвоста

ПРИМЕР

domains

list=char*

predicates

test (List)

clouses

test ( [‘A’, ‘B’, ‘C’, ‘D’] ).

goal

test ([H/T]),

nl,

write (H)

APPEND ( [ эл-ты старого списка ], [ эл-ты нового списка ], < имя нового списка > )

— из 2-х списков, старого и нового, создают III список.

REVERS ( [ эл-ты стар. списка], < имя нового списка > )

— меняет последовательность эл-в на противоположную

FINDALL (< имя переменной >, < формат предиката >, < имя списка > )

ПРИМЕР

domains

post = string

Kol, Cena, Sum = integer

Sp = integer* ( Sp = Kol*)

Kod = string

predicates

tmc ( P, Kol, Cena)

sum ( Sp, Sum)

goal

write ( “ Введите код”),

readln ( Kod),

nl,

findall ( Kol, tmc ( Pos1, Kod, Kol, Cena), Sp),

sum (Sp, Sum),

write ( “Количество =”, Sum)

clauses

tmc ( “ 001”, “001”, 45, 80)

…

sum ( [ ], 0).

sum ( [ H/T ], Sum) if

         sum ( T, Sum1).

         Sum = H + Sum1.

 

В языке имеется возможность работы с динамической базой фактов, в которой м. объединяться как однородные, так и разнородные предикаты-факторы.

База фактов — нечто среднее м-у реляционной СУБД и массивом. В момент активизации все факты базы переносятся в ОЗУ с внешнего зап. устройства. Для работы с БД создается новый раздел программы, в кот. определяются прототипы предикатов-фактов, объедененных в базу.

DATABASE

прототипы в этом разделе описываются по тем же правилам, что и в predicates.

Раздел database записывается перед разделом predicates и предикаты, кот. в нем описываются не могут описываться в разделе predicates, а ис-ся в разделах clouses и goal. Активизация базы происходит в области ОЗУ, кот. по умолчанию имеет тип домена dbasedom. Этот тип программист не указывает явно в программе в разделе domains, но м. его использовать в качестве аргументов встроенных предикатов языка, что позволяет сократить текст программы при работе с базой.

 

domains

dbasedom = tms(Post, Kod, Kol, Cena)

…

database

…

         tmc (Post, Kod, Kol, Cena)

 

Возможно дополнение базы новыми фактами, удаление устаревших, корректировка отдельных фактов. Все операции в базе фактов производятся с помощью стандартных встроенных предикатов:

asserta

         ( < факт > ) ( dbasedom): (i)

assertz

— используется для добавления нового факта в базу. Факт д.б. обязательно определен и относится к области dbasedom. При использовании предиката asserta факт добавляется перед остальными фактами имеющегося предиката.

assertz — добавление после — “ —

retraсt(< факт> )( dbasedom): (i) — удаление из БД первого факта, кот. сопоставляется с указанным в retraсt фактом. Возможно удаление группы. При этом в факте указывается общее для удаления фактов значение, а на месте всех остальных переменных записываются те переменные, кот. нет в этом предикате.

SAVE(< имя файла > ) — сокращает все факты дин. базы из ОЗУ на магн. диск под именем

string: (i)        заданным в предикате save/

CONSULT(< имя файла > ) — добавляет в опер. дин. базу все факты из файла на диске с string: (i)               указанным именем.

 

⇐ Предыдущая123456

Поделиться: