--- pl:miw:2009:piw09_des [2009/09/08 02:12]
piw09
+++ pl:miw:2009:piw09_des [2019/06/27 15:50] (aktualna)
@@ Linia 1: / Linia 1: @@
 ===== 1. Wstęp =====
-Celem tego dokumentu jest omówienie implementacji dedukcyjnego systemu bazodanowego DES, bazującego na języku Datalog. Największa część uwagi zostanie skupiona na praktycznych cechach narzędzia, jakkolwiek zawarte zostaną także uwagi o charakterze bardziej teoretycznym.
+Celem tego dokumentu jest omówienie implementacji dedukcyjnego systemu bazodanowego DES, opierającego się na języku Datalog. Największa część uwagi zostanie skupiona na praktycznych cechach narzędzia, jakkolwiek zawarte zostaną także uwagi o charakterze bardziej teoretycznym.
 ===== 2. Informacje wstępne =====
@@ Linia 31: / Linia 31: @@
 Tego typu komendy pozwalają na permanentne (do czasu kolejnego wpisania kolejnej tego typu komendy) przełączenie się na dany język.
-Jeśli natomiast chcemy wpisać tylko jedne polecenie w danym języku, odmiennym od aktualnie używanego, należy wykonać nastepujące komendy:
+Jeśli natomiast chcemy wpisać tylko jedne polecenie w danym języku, odmiennym od aktualnie używanego, należy wykonać następujące komendy:
 ''/datalog polecenie\\
@@ Linia 40: / Linia 40: @@
 Taki sposób operowania na trzech językach jednocześnie jest bardzo wygodny i pozwala na wykonywanie różnych czynności w sposób wyjątkowo szybki i wydajny, pozwalając na maksymalną elastyczność w osiągnięciu zamierzonego celu bądź rozwiązaniu jakiegoś problemu, jako że języki SQL oraz Datalog / Prolog cechują się większą elastycznością w trochę innych obszarach, uzupełniając się wzajemnie.
+Co więcej, dzięki łatwości w przełączaniu się można bardzo szybko poznać wszystkie trzy języki używane w DES.
 === 2.3. Pomoc ===
@@ Linia 81: / Linia 83: @@
 == 3.1.1. Wnioski ==
-Jak widać, język Datalog oferuje maksymalny wachlarz możliwości programowania logicznego, od najprostszych i najpopularniejszych elementów do znacznie bardziej wyrafinowanych i rzadziej stosowanych.
+Jak widać, język Datalog oferuje maksymalny wachlarz możliwości programowania logicznego, od najprostszych i najpopularniejszych elementów do znacznie bardziej wyrafinowanych i rzadziej stosowanych. Nie ustępuje tutaj znacznie takim implementacjom jak chociażby SWI.
 === 3.2. SQL ===
@@ Linia 125: / Linia 127: @@
 Różnica wynika z faktu, iż w językach Datalog i Prolog operator ten należy odróżnić od operatora implikacji (<=), a skoro w SQL nie istnieje taki operator, to bardziej naturalne wydaje się zapisanie operatora "mniejszy lub równy" dla tego języka w sposób zgodny z nazwą (<=).
-== 3.4.1. Operatory relacji ==
+== 3.4.1. Operatory porównania ==
 Operatory dostarczane przez system DES są standardowym zestawem spotykanym w każdym z języków programowania. Należą do nich:
@@ Linia 136: / Linia 138: @@
   * ''X <= Y'' - testuje czy X jest mniejszy lub równy Y
-== 3.4.1. Funkcje ==
+== 3.4.2. Funkcje ==
 Należą do nich:
@@ Linia 165: / Linia 167: @@
     * ''floor(X)'' - zwraca największą wartość całkowitą mniejszą lub równą X
     * ''ceiling(X)'' - zwraca najmniejszą wartość całkowitą większą lub równą X
+== 3.4.3. Operatory arytmetyczne ==
+Również tutaj, podobnie jak w przypadku operatorów porównania, mamy do czynienia ze standardowym zestawem. Jakkolwiek, niektóre z operatorów są oznaczone dość niestandardowymi symbolami, dlatego dla porządku wypunktujmy je wszystkie:
+  * ''\X'' - negacja bitowa
+  * ''-X'' - wartość przeciwna do X
+  * ''X ^ Y'' - operator potęgowania
+  * ''X * Y'' - mnożenie
+  * ''X / Y'' - dzielenie
+  * ''X + Y'' - dodawanie
+  * ''X - Y'' - odejmowanie
+  * ''X // Y'' - dzielenie całkowite X przez Y
+  * ''X rem Y'' - reszta z dzielenie X przez Y
+  * ''X \/ Y'' - operacja OR w sensie bitowym
+  * ''X /\ Y'' - operacja AND w sensie bitowym
+  * ''X # Y'' - operacja XOR w sensie bitowym
+  * ''X << Y'' - przesunięcie bitowe w lewo X o Y bitów
+  * ''X >> Y'' - przesunięcie bitowe w prawo X o Y bitów
+== 3.4.4. Stałe arytmetyczne ==
+  * **pi**
+  * **e**
+== 3.4.5. Wykonywanie operacji arytmetycznych ==
+Po wypunktowaniu poszczególnych elementów arytmetycznych (funkcji, operatorów i stałych) nadszedł czas na praktyczne omówienie ich stosowania. W języku Datalog używamy zapożyczonego z Prologu wyrażenia **is**, postaci:
+<code>X is expression</code>
+Istotne są trzy ograniczenia - zasady:
+  * X musi być zmienną lub wartością liczbową
+  * expression musi być wyrażeniem arytmetycznym zbudowanym z liczb, zmiennych, stałych arytmetycznych, funkcji bądź operatorów arytmetycznych
+  * zmienne używane w expression muszą być zunifikowane z jakimś wartościami na etapie wyliczania wartości expression.
+Poniżej podajmy prawidłowe i błędne przykłady stosowania omawianego wyrażenia:
+Najpierw dla języka Datalog. Jak widać poniżej, poza oczywistymi wnioskami dotyczącymi używania obliczeń arytmetycznych, w Datalogu wyniki zapytań przetwarzane są jako **krotki**. Jest to jedna z tych subtelnych różnic pomiędzy Datalogiem i Prologiem.
+{{:pl:miw:2009:3_4_5_1.png|}}
+Następnie prezentujemy analogiczne zapytania dla interpretera Prologu
+{{:pl:miw:2009:3_4_5_2.png|}}
+=== 3.5. Różnice między Datalogiem i Prologiem ===
+Jest tylko jedna różnica - dotyczy sposobu traktowania wyników zapytań w każdym z tych języków.
+W Datalogu informacja wyjściowa jest traktowana, podobnie jak w SQL, jako zbiór krotek.
+W Prologu podejście jest zupełnie inne, podobnego do tego, które znamy z innych implementacji tego języka (np. SWI-Prolog).
+=== 3.6. Wnioski ===
+Elementy wspólne w naturalny sposób unifikują używanie trzech języków w systemie DES, pozwalając na szybkie i intuicyjne korzystanie z systemu.
 ===== 4. Porównanie na przykładach =====
-Po teoretycznych rozważaniach prezentuję kilka praktycznych przykładów programów dla każdego z 3 opisanych językow.
+Po teoretycznych rozważaniach prezentuję kilka praktycznych przykładów programów dla każdego z 3 opisanych języków.
 === 4.1. Rodzina ===
-Rozpoczynamy od klasycznego dla programowania deklaratywnego, przykładu rodziny.
+Rozpoczynamy od klasycznego dla programowania deklaratywnego, przykładu rodziny. W tym przykładzie, wykonamy analogiczne zadanie najpierw w języku Datalog, a następnie w SQL.
 == Przykład w języku Datalog / Prolog ==
-''father(tom,amy). \\
+<code>father(tom,amy).
-father(jack,fred). \\
+father(jack,fred).
-father(tony,carolII). \\
+father(tony,carolII).
-father(fred,carolIII). \\
+father(fred,carolIII).
-mother(graceI,amy). \\
+mother(graceI,amy).
-mother(amy,fred). \\
+mother(amy,fred).
-mother(carolI,carolII). \\
+mother(carolI,carolII).
-mother(carolII,carolIII). \\ \\
+mother(carolII,carolIII).
-parent(X,Y) :- \\
+parent(X,Y) :-
-  father(X,Y) \\
+  father(X,Y)
-  ; \\
+  ;
-  mother(X,Y). \\ \\
+  mother(X,Y).
-% The above clause for parent is equivalent to:  \\
+% Powyzsze jest rownowazne z zapisem:
-% parent(X,Y) :- \\
+% parent(X,Y) :-
-%   father(X,Y). \\
+%   father(X,Y).
-% parent(X,Y) :- \\
+% parent(X,Y) :-
-%   mother(X,Y). \\ \\
+%   mother(X,Y).
-ancestor(X,Y) :- \\
+ancestor(X,Y) :-
-  parent(X,Y). \\
+  parent(X,Y).
-ancestor(X,Y) :- \\
+ancestor(X,Y) :-
-  parent(X,Z), \\
+  parent(X,Z),
-  ancestor(Z,Y). ''
+  ancestor(Z,Y). </code>
@@ Linia 205: / Linia 265: @@
 DES pozwala na zapis alternatywy w jednej regule – jest to równoważne z klasycznym zapisem za pomocą dwóch reguł.
+Wykorzystajmy jakoś nasz powyższy kod. Zapiszmy go w pliku family.dl:
+Najpierw wczytajmy plik z kodem:
+<code> /c family</code>
+Następnie znajdźmy wszystkie osoby, których przodkiem jest tom:
+<code>ancestor(tom,X)</code>
+{{:pl:miw:2009:4_1_1.png|}}
+Widzimy po raz kolejny, że Datalog operuje na **krotkach**.
+== Przykład w języku Prolog ==
+Jako że składnia Prologu jest taka sama jak Datalogu, podajmy od razu rozwiązanie problemu:
+{{:pl:miw:2009:4_1_2.png|}}
+Widać wyraźnie, że Prolog różni się od Datalogu sposobem operowania na rezultatach działania.
 == Przykład w języku SQL: ==
-''/sql \\
+<code>/sql
-create table father(father,child); \\
+create table father(father,child);
-insert into father values('tom','amy'); \\
+insert into father values('tom','amy');
-insert into father values('jack','fred'); \\
+insert into father values('jack','fred');
-insert into father values('tony','carolII'); \\
+insert into father values('tony','carolII');
-insert into father values('fred','carolIII'); \\
+insert into father values('fred','carolIII');
-create table mother(mother,child); \\
+create table mother(mother,child);
-insert into mother values('graceI','amy'); \\
+insert into mother values('graceI','amy');
-insert into mother values('amy','fred'); \\
+insert into mother values('amy','fred');
-insert into mother values('carolI','carolII'); \\
+insert into mother values('carolI','carolII');
-insert into mother values('carolII','carolIII'); \\
+insert into mother values('carolII','carolIII');
-create view parent(parent,child) as select * from father union select * from mother; \\
+create view parent(parent,child) as select * from father union select * from mother;
-create or replace view ancestor(ancestor,descendant) as select parent,child from parent union select parent,descendant from parent,ancestor where parent.child=ancestor.ancestor; \\
+create or replace view ancestor(ancestor,descendant) as select parent,child from parent union select parent,descendant from parent,ancestor where parent.child=ancestor.ancestor;
-select * from ancestor where ancestor='tom'; \\
+select * from ancestor where ancestor='tom';
-select child,father,mother from father,mother where father.child=mother.child;''
+select child,father,mother from father,mother where father.child=mother.child;</code>
+Także i tutaj sprawdźmy działanie kodu w praktyce. Najpierw załadujmy plik z kodem sql:
+<code>/process family.sql</code>
+A potem:
+{{:pl:miw:2009:4_1_3.png|}}
+=== 4.2. Gramatyki ===
+Kolejny problem będzie bardzo odmienny od poprzedniego - spróbujemy zapisać w Datalogu, z użyciem systemu DES, prosty parser działający od lewej do prawej rekursywnie wedle formuły:
+''A -> a \\
+A -> Ab \\
+A -> Aa''
+Pierwszym zagadnieniem do rozwiązania jest sposób zapisu łańcucha wejściowego tak, by móc odczytać z niego każdy token z osobna razem z jego pozycją początkową i końcową. Pod pojęciem **token** rozumiemy tutaj dowolny podłańcuch łańcucha wejściowego.
+Rozwiązaniem jest relacja
+''t(F,T,L)''
+gdzie:
+F - pozycja początkowa tokenu,
+T - token
+L - pozycja końcowa tokenu
+Ustalmy, że łańcuch wejściowy ma postać "ababa". Zakodujmy go z użyciem powyższego:
+<code>t(1,a,2).
+t(2,b,3).
+t(3,a,4).
+t(4,b,5).
+t(5,a,6).</code>
+Następnie zapiszmy formułę parsera dla powyższego łańcucha:
+<code>a(F,L) :- t(F,a,L).
+a(F,L) :- a(F,M), t(M,b,L).
+a(F,L) :- a(F,M), t(M,a,L).</code>
+=== 4.3. Ciąg Fibonacciego ===
+W następnym przykładzie przyjrzymy się sposobowi rozwiązania ciągu Fibonacciego.
+Najpierw zdefiniowanie początkowych wartości ciągu:
+<code>fib(0,1).
+fib(1,1).</code>
+Następnie formuła wyznaczająca kolejne:
+<code>fib(N,F) :-
+  N > 1,
+  N2 is N - 2,
+  fib(N2, F2),
+  N1 is N - 1,
+  fib(N1, F1),
+  F is F2 + F1.</code>
+Na sam koniec przykład działania:
+{{:pl:miw:2009:4_3_1.png|}}
+=== 4.4. Wieże Hanoi oraz tablice rozszerzeń DES===
+Rozwiążmy problem wież hanoi. Będzie to jednocześnie pokazanie działania **tablicy rozszerzeń** systemu DES, przechowującej poszczególne etapy rozwiązywania danego zagadnienia.
+Najpierw kod w Datalogu:
+<code>hanoi(1,A,B,C).
+hanoi(N,A,B,C) :-
+  N > 1,
+  N1 is N - 1,
+  hanoi(N1,A,C,B),
+  hanoi(N1,C,B,A).</code>
+Przykład działania dla 10 dysków:
+{{:pl:miw:2009:4_4_1.png|}}
+Okazuje się, że wynik nie odzwierciedla ilości przełożeń. Aby zobaczyć faktyczną drogę do wyniku końcowego, należy wywołać DES'ową **tablicę rozszerzeń**:
+część pierwsza, dotycząca odpowiedzi z systemu DES:
+{{:pl:miw:2009:4_4_2.png|}}
+część druga, dotycząca wywołań systemu DES:
+{{:pl:miw:2009:4_4_3.png|}}
+=== 4.5. Relacje ===
+Zanalizujmy bardziej złożony przykład, pokazujący jak imitować polecenia SQL za pomocą Datalogu. Będzie to
+przyklad testujący możliwości DES pod kątem współdziałania różnego rodzaju języków, oraz tego, czy faktycznie
+można je stosować mniej więcej wymiennie.
+Przedstawmy polecenia SQL razem z analogami w Datalogu:
+== Tworzenie tabel i wstawianie wartości ==
+<code>% Najpierw tworzymy tabele
+create or replace table a(a);
+create or replace table b(b);
+create or replace table c(a,b);
+% Listujemy powyższe zależności
+/dbschema
+% Dodajemy rekordy do tabeli
+insert into a values ('a1');
+insert into a values ('a2');
+insert into a values ('a3');
+insert into b values ('b1');
+insert into b values ('b2');
+insert into b values ('a1');
+insert into c values ('a1','b2');
+insert into c values ('a1','a1');
+insert into c values ('a2','b2');</code>
+Odpowiednik w Datalogu, łączący tworzenie tabel oraz wstawianie rekordów:
+<code>a(a1).
+a(a2).
+a(a3).
+b(b1).
+b(b2).
+b(a1).
+c(a1,b2).
+c(a1,a1).
+c(a2,b2).</code>
+== Projekcja ==
+Kod SQL:
+<code>
+% Testujemy operację projekcji
+select a from c;</code>
+Kod Datalog:
+<code>projection(X) :- c(X,Y).</code>
+== Selekcja z kryterium ==
+Kod SQL:
+<code>% Selekcja z pewnym kryterium
+select a from a where a='a2';</code>
+Kod Datalog:
+<code>selection(X) :- a(X), X=a2.</code>
+== Iloczyn kartezjański ==
+Kod SQL:
+<code>% Iloczyn kartezjański
+select * from a,b;</code>
+Kod Datalog:
+<code>cartesian(X,Y) :- a(X), b(Y).</code>
+== Inner Join ==
+Kod SQL:
+<code>% złączenie typu inner join
+select a from a inner join b on a.a=b.b;</code>
+Kod Datalog:
+<code>inner_join(X) :- a(X), b(X).</code>
+== Left Join ==
+Kod SQL:
+<code>% złączenie typu left join
+select * from a left join b on a.a=b.b;</code>
+Kod Datalog:
+<code>left_join(X,Y) :- lj(a(X), b(Y), X=Y).</code>
+== Right Join==
+Kod SQL:
+<code>% złączenie typu right join
+select * from a right join b on a.a=b.b;</code>
+Kod Datalog:
+<code>right_join(X,Y) :- rj(a(X), b(Y), X=Y).</code>
+== Full join ==
+Kod SQL:
+<code>% złączenie typu full foin
+select * from a full join b on a.a=b.b;</code>
+Kod Datalog:
+<code>full_join(X,Y) :- fj(a(X), b(Y), X=Y).</code>
+== Union ==
+Kod SQL:
+<code>% złączenie typu unia
+select * from a union select * from b;</code>
+Kod Datalog:
+<code>union(X) :- a(X) ; b(X).</code>
+== Różnica ==
+Kod SQL:
+<code>% Testujemy operację select z kryterium różnicy
+select * from a except select * from b;</code>
+Kod Datalog:
+<code>difference(X) :- a(X), not(b(X)).</code>
+== Relacje w Datalog i SQL ==
+Ważnym aspektem systemu DES jest fakt, iż mimo że polecenia w SQL i Datalog można stosowac wymiennie i przeplatać
+je ze sobą, to jednak relacji utworzonych w Datalog nie można używać od razu jako tabeli w SQL.
+Przyjrzyjm się powyższemu kodowi. Załóżmy, że utworzyliśmy w Datalogu relacje:
+<code>a(a1).
+a(a2).
+a(a3)</code>
+Nie możemy po prostu użyć jej w SQL za pomocą, np., polecenia:
+<code>/sql select * from a;</code>
+**Musimy WPIERW utworzyć analogiczną tabelę w SQL:**
+<code>/sql
+create table a(a)</code>
+I dopiero teraz spróbować powyższej operacji. Całość obrazuje poniższy przykład.
+Zakładamy, że wczytaliśmy już całość powyższego kodu do systemu DES.
+{{:pl:miw:2009:4_5_1.png|}}
+===== 5. Wnioski końcowe =====
+System DES jest bardzo skutecznym systemem edukacyjnym, posiadającym liczne walory. Zaliczamy do nich:
+  * Efektywny sposób poznania trzech języków: Datalogu, Prologu i SQL, poprzez możliwość rozwiązywania problemów niemal natychmiast w każdym z trzech języków
+  * Prostota użytkowania
+  * Szeroki wachlarz możliwości w przypadku języka Datalog / Prolog
+Nawet limitowana implementacja SQL ma swoje zalety - DES ma służyć jako system edukacyjny, a nie typowy transakcyjny DBMS, czyli przede wszystkim powinien być mały i szybki, co byłoby niemożliwe w przypadku pełnej implementacji całego standardu SQL.

pl/miw/2009/piw09_des.1252368734.txt.gz · ostatnio zmienione: 2019/06/27 15:58 (edycja zewnętrzna)

Pokaż stronę Poprzednie wersje

Menadżer multimediów Do góry

AIwiki

Menu

Dla Studentów

Old specialized AI courses

SMaDA/SMaIDA/AIDA

Informatyka (EAIiIB)

Studia Dr

Inne materialy dydaktyczne

Archiwum

Dyplomanci

Geist Season of Code

HeKatE

Public

Różnice