LAB: Wprowadzenie do środowiska Prologu

1. Wprowadzenie do Prologu

Prolog to język programowania logicznego, lub dokładniej programowania w logice (PROgrammation en LOGique, PROgramming in LOGic).

Uwaga: nie należy za bardzo przejmować się hasłem o Prologu w Wikipedii – jest źle napisane!

Rozwój języka:

Więcej wskazówek związanych z uczeniem się Prologu można znaleźć na głównej stronie laboratorium.

2. SWI Prolog

Współcześnie jest dostępnych szereg implementacji Prologu, w tym swobodnie dostępne kompilatory Prologu:

W czasie zajęć będzie się pracować w środowisku SWI.

Podstawowym interfejsem w SWI jest powłoka. W powłoce pracuje się podobnie jak w powłoce unixowej, oczywiście z uwzględnieniem specyfiki Prologu.

Uruchamianie powłoki

Ćwiczenie

Unix/GNU/Linux: Proszę otworzyć okno terminala, np. xterm i uruchomić w nim powłokę SWI przez polecenie swipl (może też być dostępny przez polecenie pl).

Windows: uruchomić za pomoc ikony, menu, itp.

UWAGA: każda linia kodu w Prologu musi się kończyć kropką, podobnie linia, polecenie w powłoce!

Proszę sprawdzić działanie systemu pomocy, przez predykat help., a następnie przeczytać opis do predykatu consult/1.

Proszę wyjść z powłoki przez halt.

Proszę ponownie uruchomić powłokę SWI. Przy pomocy jakiej kombinacji klawiszy można wyjść z powłoki unixowej - analogiczenie w SWI?

Środowisko pracy

SWI dostarcza przede wszystkim zaawansowanej powłoki, wyposażonej w bibliotekę GNU ReadLine.

Cennym uzupełnieniem jest edytor GNU Emacs ze środowiskiem edycyjnym (trybem) prolog.el.

SWI w wersji rozszerzonej o środowisko XPCE dostarcza również narzędzi programistycznych, takich jak wbudowany edytor emacs. Aby z niego skorzystać należy zamiast swipl wywołać xpce a potem w powłoce Prologu emacs..

Ćwiczenie

Sprawdzić działanie systemu pracy z linią poleceń (GNU Readline): historia, dopełnianie, skrótu klawiaturowe. Przeglądnąć tryb pracy w GNU Emacs i edytor PCE Emacs (uruchomić SWI Prolog przez xpce).

3. Programowanie w Prologu

Programowanie nieklasyczne

Prolog NIE jest klasycznym językiem programowania.

Nie ma w nim:

  • słów kluczowych (typu IF THEN ELSE, DO WHILE, GOTO),
  • brak rozróżnienia we/wy w sensie klasycznego wywoływania funkcji,
  • brak funkcji, (można jednak prowadzić proste obliczenia; funkcje mogą być zastępowane predykatami),
  • brak instrukcji podstawienia/przypisania; inne rozumienie zmiennych,
  • brak jawnej sekwencyjności, czy iteracyjności (z małymi wyjątkami),
  • brak dualizmu dane/program!

Prolog dostarcza:

  • metody strukturalizowania informacji, termy,
  • programowania deklaratywnego,
  • rekurencji, jak metody przetwarzania informacji,
  • unifikacji - mechanizmy dopasowywania wzorców,
  • rezolucji - metody wnioskowani logicznego,
  • strategii sterowania wnioskowaniem.

Budowa programów

Elementy składniowe programu:

  • stałe: stałe znakowe a także liczby (atomy),
  • niewiadome/szukane (odpowiadają tzw. zmiennym logicznym, które nie mają zbyt wiele wspólnego ze zmiennymi w klasycznych językach programowania),
  • termy: symbole funkcyjne wraz z argumentami, obiekty strukturalnie złożone.

Program składa się z:

  • szeregu klauzul (ang. clause), wyróżniamy:
    • fakty (klauzule proste, formuły atomowe/atomiczne),
    • reguły (klauzule złożone),
  • oraz celu (ang. goal).

Prosty program

Ćwiczenie

Proszę przyjrzeć się poniższemu, prostemu programowi (klasyczny przykład Rodzina).

rodzic(kasia,robert).
rodzic(tomek,robert).
rodzic(tomek,eliza).
 
kobieta(kasia).
kobieta(eliza).
 
mezczyzna(tomek).
mezczyzna(robert).

Proszę uruchomić wybrany zewnętrzny edytor i wpisać w nim podobny program, dotyczący własnej (albo innej) rodziny. Mniej ambitni mogą po prostu przepisać… Program należy zapisać w pliku fam2.pl.

Uruchamianie programu

Do uruchomienia programu należy w powłoce załadować plik z kodem w Prologu przy pomocy predykatu consult/1 (skrót: [nazwa].)

Operację tę należy powtarzać po każdej modyfikacji kodu bazy wiedzy!

Ćwiczenie

W powłoce SWI należy wczytać powyższy program:

?- [fam2].

Program jest kompilowany, a zawarta w nim wiedza dodawana do bazy wiedzy dostępnej z powłoki SWI. Można to sprawdzić:

?- kobieta(X).

Po ukazaniu się 1. odpowiedzi należy wcisnąć klawisz średnika (;).

Wyświetlanie bazy wiedzy

Ćwiczenie

Sprawdzić działanie predykatu listing/0.

Sprawdzić działanie predykatu listing/1:

?- listing(rodzic).

W sytuacjach kiedy nie interesują nas wartości pewnych szukanych w predykacie, możemy użyć tzw. szukanych anonimowych. Na przykład: czy Robert ma rodziców?

?- rodzic(_,robert).

Zadawanie celu (pytań)

Ćwiczenie

Systemowi można teraz zadawać pytania, cele do zrealizowania.

Kto jest mężczyzną?

?- mezczyzna(X).

Czy tomek jest mężczyzną?

?- mezczyzna(tomek).

Czy reksio jest mężczyzną?

?- mezczyzna(reksio).

Czy kasia jest rodzicem roberta?

?- rodzic(kasia,robert).

Czyim rodzicem jest kasia?

?- rodzic(kasia,X).

Czy zamiast X można wpisać inny symbol? Jaki?

Kto jest rodzicem robert?

?- rodzic(Y,robert).

Czy zamiast Y można wpisać inny symbol?

Rozbudowa programu

Ćwiczenie

Proszę rozbudować program do poniższej, analogicznej (co do liczby osób i zależności) formy:

rodzic(kasia,robert).
rodzic(tomek,robert).
rodzic(tomek,eliza).
rodzic(robert,anna).
rodzic(robert,magda).
rodzic(magda,jan).
 
kobieta(kasia).
kobieta(eliza).
kobieta(magda).
kobieta(anna).
 
mezczyzna(tomek).
mezczyzna(robert).
mezczyzna(jan).

Czy kolejność wpisywania linii ma znaczenie?

UWAGA: aby dopisane fakty były dostępne dla Prologu, należy ponownie załadować plik!

Jeżeli koniunkcję celów oznaczamy przecinkiem, to jak zapytać kto jest matką, a kto ojcem roberta?

Czy Prolog jest po polsku?

Ćwiczenie

Proszę spróbować dopisać do programu takie linijki:

  famme(kasia).
  homme(krzys).
  parent(kasia,krzys).

Czy nazwa użytych symboli wpływa na działanie programu?

Jakie są ograniczenia na używane symbole?

Reguły wnioskowania

Ćwiczenie

Proszę dopisać poniższe reguły (klauzule złożone) i sprawdzić ich działanie.

matka(X,Y) :-
	rodzic(X,Y),
	kobieta(X).
 
ojciec(X,Y) :-
	rodzic(X,Y),
	mezczyzna(X).

Proszę zdefiniować reguły opisujące: brata, siostrę, dziadka i babcię. Proszę dokładnie sprawdzić ich działanie.

Jaki pojawia się problem przy bracie/siostrze? Uwaga na operator: \=

Proszę się zastanowić nad własnymi regułami opisującymi relacje w rodzinie.

Reguły rekurencyjne

Ćwiczenie

Rekurencja jest jednym z podstawowych mechanizmów programowania w Prologu. Proszę się przyjrzeć regułom opisującym przodka:

przodek(X,Y) :-
	rodzic(X,Y).
 
przodek(X,Z) :-
	rodzic(X,Y),
	przodek(Y,Z).

Te dwie klauzule, w tym przypadku reguły, opisują dokładnie jeden predykat: przodek/2.

Jak zdefiniować potomka, krewnego?

Obserwacje

Styl

Poprawny styl kodowania bardzo wpływa na przejrzystość programów w Prologu. Program w Prologu jest pewną reprezentacją wiedzy, powinien być zrozumiały dla osoby znającej jedynie notację (relacyjną) użytą w Prologu. Czytelnik kodu programu nie musi znać algorytmu czy modelu (np. obiektowego), żeby zrozumieć program. To sam program JEST algorytmem, modelem.

Alternatywa

Tak, w Prologu jest operator alternatywy (ang. OR), ale nie, nie jest niezbędny, ani nie powinno się go używać. W praktyce ten sam efekt uzyskujemy pisząc kolejne klauzule, a zyskujemy na przejrzystości.

Klasyczny program

Na zakończenie:

?- write('Hello world'), nl.

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/wprowadzenie.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