LAB: Pisanie programów w Prologu

1. Interakcja z programem

Wypisywanie na wyjściu

Predykat write/1 wypisuje term na wyjście; nl/0 przechodzi do nowej linii.

Ćwiczenie

Przetestować działanie:

write('Ala ma '),write('kota'),nl,write('w ciapki!').

Programy interaktywne

Predykat read/1 pozwala na pobieranie danych od użytkownika.

Ćwiczenie

Proszę oglądnąć zastosowanie read/1 na przykładzie programu interac.pl

Po załadowaniu proszę wpisać:

?- go.

2. Wymuszanie nawrotów

Predykat fail/0 pozwala na wymuszanie nawrotów w procesie poszukiwania rozwiązania, co pozwala w szczególności na znalezienie wszystkich rozwiązań problemu.

Przypomnienie: Prolog używa strategii przeszukiwania wgłąb drzewa rozwiązań problemu i zatrzymuje sie po napotkaniu 1. poprawnego rozwiązania.

Ćwiczenie

Pobrać i wczytać program fam2.pl

Wyświetlić go przez listing.

Sprawdzić działanie:

?- kobieta(K),write(K),write(' to kobieta.'),nl.

Jak wymusić odnajdywanie kolejnych kobiet.

Sprawdzić działanie:

?- kobieta(K),write(K),write(' to kobieta.'),nl,fail.

Sprawdzić działanie:

?- kobieta(K),fail.

Dlaczego nic się nie pojawia?

Pobrać i wczytać program capitals.pl

Sprawdzić działanie:

?- capital_of(A,B), write(B), write(' to stolica '), write(A), nl.
?- capital_of(A,B), write(B), write(' to stolica '), write(A), nl, fail.

3. Dynamiczna bazy wiedzy

Modyfikacja bazy wiedzy

Predykaty assert/a/z /1, retract/a/z /1 pozwalają na dodawanie, usuwanie faktów do/z bazy wiedzy, na/do jej początku/końca.

Predykat abolish/1 pozwala usunąć predykat z bazy wiedzy. (np. abolish(kobieta/1).)

Predykat retractall/1 pozwala usunąć klauzule danego predykatu z bazy wiedzy. (np. retractall(kobieta(K)).)

Predykaty see/n, tell/told pozwalają na odczyt, zapis bazy wiedzy z/do pliku.

Ćwiczenie

Proszę napisać:

?- assert(kobieta(kopernik)).

jak zmieniła sie wiedza na temat kobiet?

?- listing(kobieta).

Proszę sprawdzić:

kobieta(K),write(K),write(' to kobieta.'),nl,fail.

Uwaga: niektóre kompilatory Prologu (np. SWI) wymagają wcześniejszego zadeklarowania predykatu jako takiego, który może być dynamicznie modyfikowany. Robi się to przez predykat dynamic/1, np. dla predykatu kobieta/1 deklaracja w pliku fam2.pl ma postać :- dynamic(kobieta/1)..

Proszę oglądnąć zastosowanie assert/retract na przykładzie programu learner.pl

Początkowa baza wiedzy jest w pliku learner_kb.pl

Należy uruchomić program przez start.

Jakie 3 przypadki odpowiedzi są brane pod uwagę? Co dzieje się przy wyjściu z programu i jak to wpływa na jego kolejne uruchamianie?

Uwaga: operator \+ oznacza negację.

Predykat dynamic/1 jest potrzebny w niektórych implementacjach Prologu (np. SWI) do umożliwienia wykonywania dynamicznych modyfikacji, t.j. assert i retract.

Modyfikacja reguł

assert/retract pozwala również dodawać/usuwać reguły:

:-dynamic(a/1), dynamic(b/2).
 
a(1). a(2).
 
addrule:- assert((b(X,Y):-a(X),a(Y))).
 
delrule:- retract((b(_,_):-_)).
 
start:-addrule, b(X,Y), write(X), write('  '), write(Y),nl,fail.
start.

W powyższym programie predykat addrule/0 dodaje (delrule/0 usuwa) dynamicznie regułę:

b(X,Y):-a(X),a(Y).

4. Zadawanie celu

Konstrukcja:

:- cos.

pozwala na podanie celu w programie, np.:

:- dynamic(capital_of/2).
:- go.
:- start.

Prolog przystąpi do zrealizowania celu po załadowaniu kodu.

Uruchomienie programu ze wskazanego pliku (plik.pl) z poziomu systemu operacyjnego można zrealizować za pomocą:

swipl -s program.pl -g go -t halt

5. Śledzenie pracy programu

Interpretery Prologu pozwalają na śledzenie pracy programu. W tym celu należy ustawić tzw. trace point.

Trace points:

  • trace/0 - ustawia trace point na wszystkich predykatach, w wersji swi-prolog używanej na laboratorium, trace/0 śledzi następny zadany cel, np.
?- trace,kobieta(K),rodzic(K,_).
  • trace/1 - ustawia trace point na wskazanym predykacie,
  • trace/2 - modyfikuje dla wskazanego predykatu śledzone zdarzenia (call, redo, exit, fail), np.:
    • trace(something/1,-all) - zdejmuje trace point ze wskazanego predykatu something/1,
    • trace(something,+call) - ustawia trace point śledzący jedynie wywołania na wskazane predykaty something o dowolnej arności.

Predykat debugging/0 wypisuje ustawione trace points. Predykat debug/0 wchodzi do trybu debug. Predykat nodebug/0 wychodzi z trybu debug.

Ćwiczenie

Pobrać i wczytać program fam2.pl

Sprawdzić działanie:

?- trace(matka).
[debug] ?- matka(kasia,robert).
[debug] ?- ojciec(tomek,robert).
[debug] ?- nodebug.
?- matka(kasia,robert).
?- debug.
[debug] ?- trace(matka,-all).
[debug] ?- matka(kasia,robert).
[debug] ?- trace(matka,+call).
[debug] ?- matka(kasia,robert).
[debug] ?- nodebug.
?- trace.
[debug] ?- matka(kasia,robert).
[debug] ?- nodebug.

W SWI Prologu można też skorzystać z dodatkowego pakietu XPCE, w którym jest też wizualny debugger.

Należy wyjść z bieżacej sesji SWI. Uruchomić interpreter z powłoki unixa przez przez polecenie xpce. Następnie uruchomić graficzny tracer przy użyciu predykatu guitracer/0.

6. Arytmetyka w Prologu

W Prologu nie można w sposób bezpośredni wykonywać obliczeń arytmetycznych. Służy do tego predykat is.

Ćwiczenie

1. Sprawdzić działanie:

?- X is 2 + 2.
?- Y is 2.5 + ( 4 / 2).
?- Z is 2 + 0.001.

Uwaga:

?- A is 3.
?- B is A + 4.
?- A is 3, B is A + 4.

Operacje arytmetyczne:

?- X is 2 + 2.
?- X is 2 * 3.
?- X is 4 / 2.
?- X is 4 / 3.
?- X is 4 // 3.

Uwaga na podstawianie:

?- X is 2 + 5.
?- X = 2 + 5.
?- 2 + 5 =:= 1 + 4.
?- 2 + 5 =:= 3 + 4.
?- 2 + 5 =:= 4 + 4.

Przećwiczyć użycie operatorów:

?- 2 < 3.
?- 2 > 3.
?- 3 > 3.
?- 3 >= 3.
?- 3 =< 3.

2. Napisz program obliczający wynik równania kwadratowego (Quadratic Equation) ax^2 + bx + c = 0 w dziedzinie liczb rzeczywistych. Zaimplementuj predykaty:

  • delta/4 – obliczający deltę, argumenty kolejno: a, b, c, wynik,
  • kwadrat/4 – obliczający wynik równania kwadratowego, argumenty kolejno: a, b, c, wynik.

Zwróć uwagę na niedeterminizm w predykacie kwadrat/4, który znajduje zero, jedno, albo dwa rozwiązania; mogą się przydać funkcje matematyczne, w szczególności do obliczenia pierwiastka używa się sqrt/1.

7. Rekurencja w Prologu

Typowym przykładem wykorzystania mechanizmu rekurencji jest obliczanie wartości funkcji silnia. Poniżej znajduje się kod realizujący tą funkcjonalność.

 factorial(0,1).
 factorial(Number,Result) :-
        Number > 0,
        NewNumber is  Number-1,
        factorial(NewNumber,NewResult),
        Result  is  Number*NewResult.

Ćwiczenie

Wpisz, przetestuj i przemyśl działanie programu rekurencyjnie liczącego silnię. Uruchom program w trybie śledzenia wykonywania (trace).

Ćwiczenie

Opierając się na silni napisz program wypisujący Ciąg Fibonacciego.

8 Wybrane problemy rozwiązane w Prologu

Świat klocków

Problem Blocks_world

Wczytaj blocks.pl

Narysuj na kartce zamodelowany świat. Jakie pytania można zadać?

above(b1,b2).
above(b3,b5).
left(b1,b7).
left(b3,b3).

Ćwiczenie

Opisz w programie taki świat:

a1
a2
a3     c1 c3
a4  a5 c2 c4

Wieże Hanoi

Problem http://pl.wikipedia.org/wiki/Wieże_Hanoi.

Problem Towers_of_hanoi

Ćwiczenie

Proszę pobrać program hanoi.pl. Przetestować i przemyśleć.

Predykat move/4 działa następująco:
np. move(3,left,right,center) przenosi 3 krążki ze stosu left na stos right przy pomocy stosu center.

Przykład:

?- move(3,left,right,center).
Move top disk from left to right
Move top disk from left to center
Move top disk from right to center
Move top disk from left to right
Move top disk from center to left
Move top disk from center to right
Move top disk from left to right

Analizując kod programu proszę zauważyć, że algorytm rozwiązania problemu opiera się na dekompozycji na podproblemy.

Kolorowanie Mapy

Problem: mamy mapę taką jak poniżej

                 |Bialorus
                 |------------
     Polska      |
  ---------------|
       |         | Ukraina
 Czechy| Slowacja|-----------
-----------------

Należy ja pokolorować 3 kolorami, tak aby żadne sąsiadujące państwa nie miały takiego samego koloru: Four_color_theorem

Ćwiczenie

Definiujemy 3 kolory:

kolor(czerwony).
kolor(zielony).
kolor(niebieski).

Należy zdefiniować predykat koloruj/5, tak aby zadając pytanie:

?- koloruj(Polska,Bialorus,Ukraina,Slowacja,Czechy).

dostać wszystkie możliwości pokolorowania tej konkretnej mapy.

Uwaga: predykat koloruj/5 definiuje zależności geograficzne.

Uwaga: w Prologu operator \= to nieidentyczność, czy też niemożliwość uzgodnienia termów.

Dla Zainteresowanych

Więcej ciekawych problemów na kolejnych zajęciach oraz w bibliotece programów.

Obserwacje

W Prologu negacja opiera się o Closed World Assumption!

W Prologu nie ma dualizmu „dane/kod” → w Prologu jest jedna baza wiedzy, zawierająca fakty i reguły, którą można dynamicznie modyfikować.

Komentarze

Z braku lepszego miejsca tutaj studenci wpisują komentarze natury ogólnej do tego lab. 8-)

Grzegorz J. Nalepa 2008/02/20 14:34

pl/prolog/prolog_lab/programy.txt · ostatnio zmienione: 2017/07/17 08:08 (edycja zewnętrzna)
www.chimeric.de Valid CSS Driven by DokuWiki do yourself a favour and use a real browser - get firefox!! Recent changes RSS feed Valid XHTML 1.0