Программирование на языке Пролог для искусственного интеллекта - Иван Братко

?- assеrt( p( a)), assertz( p( b) ), asserta( p( c) ).

yes

?- p( X).

X = с;

X = а;

X = b

Между consult и assertz существует связь. Обращение к файлу при помощи consult можно в терминах assertz определить так: считать все термы (предложения) файла и добавить их в конец базы данных.

Одним из полезных применений предиката asserta является накопление уже вычисленных ответов на вопросы. Пусть, например, в программе определен предикат

решить( Задача, Решение)

Мы можем теперь задать вопрос и потребовать, чтобы ответ на него был запомнен, с тем чтобы облегчить получение ответов на будущие вопросы:

?- решить( задача1, решение),

 asserta( решить( Задача1, Решение) ).

Если в первой из приведенных целей будет успех, ответ ( Решение) будет сохранен, а затем использован так же, как и любое другое предложение, при ответе на дальнейшие вопросы.

Преимущество такого "запоминания" состоит в том, что на дальнейшие вопросы, сопоставимые с добавленным фактом, ответ будет получен, как правило, значительно быстрее, чем в первый раз. Ответ будет теперь получен как факт, а не как результат вычислений, требующих, возможно, длительного времени.

Развитие этой идеи состоит в использовании assert для порождения всех решений в виде таблицы фактов. Например, создать таблицу произведений всех чисел от 0 до 9 можно так: породить пару чисел X и Y, вычислить Z, равное X * Y, добавить эти три числа в виде строки в таблицу произведений, а затем создать искусственно неуспех. Неуспех вызовет возврат, в результате которого будет найдена новая пара чисел, и в таблицу добавится новая строка и т.д. Эта идея реализована в процедуре

таблица :-

 L = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9],

 принадлежит( X, L), % Выбрать первый сомножитель

 принадлежит( Y, L), % Выбрать второй сомножитель

 Z is X*Y,

 assert( произв( X,Y,Z) ),

 fail.

Вопрос

?- таблица.

потерпит, конечно, неудачу, однако в качестве своего побочного эффекта приведет к добавлению в базу данных целой таблицы произведений. После этого можно, например, спросить, какие пары дают произведения, равные 8:

?- произв( А, В, 8).

А = 1

В = 8;

А = 2

В = 4;

...

Здесь следует сделать одно замечание, относящееся к стилю программирования. Приведенные примеры показали некоторые явно полезные применения assert и retract. Однако использование этих отношений требует особой внимательности. Не рекомендуется применять их слишком часто и без должной осторожности - это плохой стиль программирования. Ведь добавляя и удаляя предложения, мы фактически изменяем программу. Поэтому отношения, выполнявшиеся в некоторой ее точке, могут оказаться неверными в другой. В разные моменты времени ответы на одни и те же вопросы будут различными. Таким образом, большое количество обращений к assert и retract может затемнить смысл программы и станет трудно разобрать, что истинно, а что — нет. В результате поведение программы может стать непонятным, трудно объяснимым, и вряд ли можно будет ей доверять.

7.6.

 (а) Напишите вопрос к пролог-системе, который удаляет из базы данных всю таблицу произв.

 (b) Измените этот вопрос так, чтобы он удалил из таблицы только те строки, в которых произведение равно 0.

7.7. Определите отношение

копия( Терм, Копия)

которое порождает такую копию Терм'а Копия, в которой все переменные переименованы. Это легко сделать, используя assert и retract.

7.5. Средства управления

К настоящему моменту мы познакомились с большинством дополнительных средств управления, за исключением repeat (повторение). Здесь мы для полноты приводим список всех таких средств.

• отсечение, записывается как '!', предотвращает перебор, введено в гл. 5.

• fail — цель, которая всегда терпит неудачу.

• true — цель, которая всегда успешна.

• not( P) — вид отрицания, который всегда ведет себя в точном соответствии со следующим определением:

not( P) :- P, !, fail; true.

Некоторые проблемы, связанные с отсечением и not детально обсуждались в гл. 5.

• саll( P) активизирует цель P. Обращение к саll имеет успех, если имеет успех P.

• repeat — цель, которая всегда успешна. Ее особое свойство состоит в том, что она недетерминирована, поэтому всякий раз, как до нее доходит перебор, она порождает новую ветвь вычислений. Цель repeat ведет себя так, как если бы она была определена следующим образом:

repeat.

repeat :- repeat.

Стандартный способ применения repeat показан в процедуре квадраты, которая читает последовательность чисел и выдает их квадраты. Последовательность чисел заканчивается атомом стоп, который служит для процедуры сигналом окончания работы.

квадраты :-

 repeat,

 read( X),

 ( X = стоп, !;

   Y is X*X, write( Y), fail ).

7.6. bagof, setof и findall

При помощи механизма автоматического перебора можно получить одни за другим все объекты, удовлетворяющие некоторой цели. Всякий раз, как порождается новое решение, предыдущее пропадает и становится с этого момента недоступным. Однако у нас может возникнуть желание получить доступ ко всем порожденным объектам сразу, например собрав их в список. Встроенные предикаты bagof (набор) и setof (множество) обеспечивают такую возможность; вместо них иногда используют предикат findall (найти все).

Цель

bagof( X, P, L)

порождает список L всех объектов X, удовлетворяющих цели P. Обычно bagof имеет смысл применять только тогда, когда X и P содержат общие переменные. Например, допустим, что мы включили в программу следующую группу предложений для разбиения букв (из некоторого множества) на два класса — гласные и согласные:

класс( а, глас).

класс( b, согл).

класс( с, согл).

класс( d, согл).

класс( e, глас).

класс( f, согл).

Тогда мы можем получить список всех согласных, упомянутых в этих предложениях, при помощи цели:

?- bagof( Буква, класс( Буква, согл), Буквы).

Буквы = [d, c, d, f]

Если же мы в указанной цели оставим класс букв неопределенным, то, используя автоматический перебор, получим два списка букв, каждый из которых соответствует одному из классов:

?- bagof( Буква, класс( Буква, Класс), Буквы).

Класс = глас

Буквы = [а,e]

Класс = согл

Буквы = [b, c, d, f]

Если bagof( X, P, L) не находит ни одного решения для P, то цель bagof просто терпит неуспех. Если один и тот же X найден многократно, то все его экземпляры будут занесены в L, что приведет к появлению в L повторяющихся элементов.

Предикат setof работает аналогично предикату bagof. Цель

setof( X, P, L)

как и раньше, порождает список L объектов X, удовлетворяющих P. Только на этот раз список L будет упорядочен, а из всех повторяющихся элементов, если таковые есть, в него попадет только один. Упорядочение происходит по алфавиту или по отношению '<', если элементы списка — числа. Если элементы списка — структуры, то они упорядочиваются по своим главным функторам. Если же главные функторы совпадают, то решение о порядке таких термов принимается по их первым несовпадающим функторам, расположенным выше и левее других (по дереву). На вид объектов, собираемых в список, ограничения нет. Поэтому можно, например, составить список пар вида

Класс / Буква

при этом гласные будут расположены в списке первыми ("глас" по алфавиту раньше "согл"):

?- setof( Класс/Буква, класс( Буква, Класс), Спис).

Спис = [глас/а, глас/e, согл/b, согл/с, согл/d, согл/f]

Еще одним предикатом этого семейства, аналогичным bagof, является findall.

findall( X, P, L)

тоже порождает список объектов, удовлетворяющих P. Он отличается от bagof тем, что собирает в список все объекты X, не обращая внимание на (возможно) отличающиеся для них конкретизации тех переменных из P, которых нет в X. Это различие видно из следующего примера:

?- findall( Буква, класс( Буква, Класс), Буквы).

Буквы = [a, b, c, d, e, f]

Если не существует ни одного объекта X, удовлетворяющего P, то findall все равно имеет успех и выдает L = [].