用于人工智能的Prolog语言课件

用于人工智能的Prolog语言归结原理与Prolog语言家庭关系程序示例TurboProlog程序结构表与递归Prolog程序分析本章主要内容：文件与数据库字符串处理回溯及控制输入与输出Prolog是一种逻辑程序设计语言，基于一阶谓词逻辑，是典型的叙述型语言（DeclarationLanguage）。Prolog语言的特点：(1)建立在一阶谓词逻辑和归结原理基础上，有自动推理功能。(2)用Prolog设计应用程序时，仅需指明领域中各对象间的关系和决策规则，而应用这些知识的推理由Prolog完成。(3)Prolog应用程序，由数据库和规则库组成。(4)Prolog程序设计要做三件事，即说明事实、定义规则、提出问题。4.1归结原理与Prolog语言Prolog有三种形式的语句：1. B:-A1,A2,…,An.含义是A1

A2...An

B，相当于~A1~A2…~An

B。可视作人工智能系统中的推理规则。也可将该句看作一个过程，B为过程头，是过程名，而{A1,A2,…,An}为过程体。2. A1,A2,…,An.含义是A1

A2...An

F，相当于~A1~A2…~An，可视作推理的目标，或称目标子句。3. B.含义是公式B无条件地为真。可视作已知的事实。x(M(x)R(x))M(“张三”)R(“张三”)如三段论：推理规则： R(X):-M(X).事实： M("张三").目标： R("张三").Prolog语句：用Prolog证明三段论：推理规则：R(X):-M(X).事实： M("张三").目标： R("张三"). M("张三").完整的Prolog程序：predicates M(symbol) R(symbol)clauses R(X):-M(X). M("zhsan").goal R("zhsan").运行4.2家庭关系程序示例下图是一个表示家庭关系的实例：PamTomAnnBobLizPatJim parent(pam,bob). parent(tom,bob). parent(tom,liz). parent(bob,ann). parent(bob,pat). parent(pat,jim).用Prolog语句表示为：完整的Prolog程序：predicates parent(symbol,symbol)clauses parent(pam,bob). parent(tom,bob). parent(tom,liz). parent(bob,ann). parent(bob,pat). parent(pat,jim).此程序可以回答的问题：1.bob是pat的父母吗？parent(bob,pat).2.liz是pat的父母吗？parent(liz,pat).3.谁是liz的父母？parent(X,liz).4.谁是谁的父母？parent(X,Y).1.系统回答2.系统回答3.系统回答4.系统回答5.谁是jim的祖父母？分析：程序中并没有直接的祖父母关系。此问题可分两步：(1)谁是jim的父母？假设是Y,(2)谁是Y的父母？假设是X,XjimYparentparentgrandparentProlog目标语句：parent(Y,jim),parent(X,Y).6.类似的问题可以是：“谁是tom的孙子？”prolog目标语句：parent(tom,X),parent(X,Y).5.系统回答6.系统回答parent(pam,bob).parent(tom,bob).parent(tom,liz).parent(bob,ann).parent(bob,pat).parent(pat,jim).clausesPredicates parent(symbol)clauses parent(pam,bob). parent(tom,bob). parent(tom,liz). parent(bob,ann). parent(bob,pat). parent(pat,jim).male(tom).male(bob).male(jim).female(pam).female(liz).female(pat).female(ann).在示例程序中，添加有关性别的信息：关于sister的规则定义：predicates parent(symbol,symbol) sister(symbol,symbol) female(symbol) male(symbol)

clauses parent(pam,bob). parent(tom,bob). parent(tom,liz). parent(bob,ann). parent(bob,pat). parent(pat,jim).

male(tom). male(bob). male(jim). female(pam). female(liz). female(ann). female(pat).

sister(X,Y):- parent(Z,X), parent(Z,Y), female(X).goal sister(X,pat).运行Pat的姐妹是谁？mother规则：对所有的X和Y，X是Y的母亲，如果X是Y的父母，并且，X为女性。用prolog规则表示为：mother(X,Y):- parent(X,Y), female(X).predicates parent(symbol,symbol)

mother(symbol,symbol) female(symbol) male(symbol)clauses parent(pam,bob). parent(tom,bob). parent(tom,liz). parent(bob,ann). parent(bob,pat). parent(pat,jim). mother(X,Y):- parent(X,Y), female(X).male(tom).male(bob).male(jim).female(pam).female(liz).female(ann).female(pat).goal mother(pat,X).Pat是谁的母亲？运行4.3TurboProlog程序结构一个TurboProlog程序通常包括5个部分。如下：/* 注释 */domains

域说明database 数据库说明predicates 谓词说明goal 目标说明clauses 子句说明/* 注释 */1.域说明部分，说明谓词对象的数据类型。2.数据库说明部分，包含一些数据库谓词的定义，是说明用于动态数据库管理的谓词。如果程序不需要动态数据库，该部分可省略。3.谓词说明部分，定义程序中除内部谓词以外的所有谓词。4.在目标部分，说明程序的目标。一个程序目标可以由多个字目标复合而成。5.子句部分，列出全部事实和规则，也可看作是程序的静态数据。/*程序名:Wordsmith文件名:*//*目标:查找并打印一单词的同义词或反义词。*/domains word,syn,ant=symbolpredicates synonym(word,syn) antonym(word,ant)goal synonym(brave,X), antonym(brave,Y), write("brave的同义词是:",X),nl, write("brave的反义词是:",Y),nl.clauses synonym(brave,daring). synonym(honest,truthful). synonym(modern,new). synonym(rare,uncommon). antonym(brave,cowardly). antonym(honest,dishonest). antonym(mordern,ancient). antonym(rare,common).4.4TurboProlog程序分析/*程序名:Thesaurus文件名:*//*目标:建立一个打印单词的同义词和反义词的小词典。*/domains word,syn1,syn2,syn3, ant1,ant2,ant3=symbolpredicates synonym(word,syn1,syn2,syn3) antonym(word,ant1,ant2,ant3)goal synonym(brave,S1,S2,S3), antonym(brave,A1,A2,A3), write("brave的同义词是:"),nl, write(S1,",",S2,",",S3,","), write("brave的反义词是:"),nl, write(A1,",",A2,",",A3,"."),nl.

clauses synonym(brave,daring,defiant,courageous). synonym(honest,truthful,open,sincere). synonym(modern,new,novel,recent). synonym(rare,uncommon,scrace,infrequent). antonym(brave,cowardly,fearful,timid). antonym(honest,dishonest,crooked,deceltful). antonym(mordern,ancient,old,obsolete). antonym(rare,common,ordinary,ubiquitous). 多元谓词、多元子句/*程序名:Presidents文件名:*//*目标:使用混合对象类型举例。*/domains name,party,state=symbol birth_year,year_in,year_out=integerpredicates president(name,party,state,birth_year,year_in,year_out)goal president(X,democrat,S,Yb,Yi,Yo),nl, write(X,"-democrat"),nl, write("State-",S),nl, write("Birth_year-",Yb),nl, write("Year_in-",Yi),nl, write("Year_out-",Yo),nl,nl.clauses president(elsenhower,republican,texas,1890,1953,1961). president(kennedy,democrat,massachusetts,1917,1961,1963). president(johnson,democrat,texas,1908,1963,1969). president(nixon,republican,california,1913,1969,1974). president(ford,republican,nebraska,1913,1974,1977). president(carter,democrat,georgia,1924,1977,1981). 混合域的使用domains man=symbolpredicates choice(man) short_height(man) medium_height(man) tall_height(man) black_hair(man) brown_hair(man) blond_hair(man) old_car(man) new_car(man) sports_car(man) kathy_choice(man) who_is_the_choicegoal who_is_the_choice.clauses /*事实*/ choice(bill). choice(jim). choice(mark). choice(robert). choice(willy).

/*规则*/who_is_the_choice:- kathy_choice(Choice), write("Kathy'schoiceis",Choice,"."), nl.

kathy_choice(Choice):- choice(Choice), tall_height(Choice), blond_hair(Choice), sports_car(Choice).choice(tom).choice(frank).short_height(mark).short_height(willy).medium_height(jim).medium_height(tom). tall_height(jim).tall_height(robert).tall_height(frank).black_hair(bill).black_hair(willy).brown_hair(jim).brown_hair(tom).blond_hair(mark).blond_hair(robert).blond_hair(frank).new_car(mark).new_car(willy).new_car(frank).old_car(mark).old_car(tom).sports_car(jim).sports_car(robert).简单数据库/*程序名:Europair文件名:*//*目标:否定谓词应用举例*/domains country=symbolpredicates euro_pair(country,country) border(country,country) find_non_border_pairgoal find_non_border_pair.clauses euro_pair("France","Germany"). euro_pair("France","Spain"). euro_pair("France","Italy"). euro_pair("Germany","Spain"). euro_pair("Germany","Italy"). euro_pair("Spain","Italy"). border("France","Germany"). border("France","Spain"). border("France","Italy"). find_non_border_pair:- euro_pair(X,Y), not(border(X,Y)), write(X,"--",Y),nl.

否定谓词的应用personal_librarybooktitleauthorpublisheryear域结构图域第0层(结构)第1层(对象)DomainStructureDiagramcollectioncollectorbooktitleauthorpublisheryear谓词结构图PredicateStructureDiagram谓词(主函子)函子第0层第1层第2层domains personal_library=book(title,author,publication) publication=publication(publisher,year) collector,title,author,publisher=symbol year=integerpredicates collection(collector,personal_library)clauses collection(kahn,book("TheComputerandtheBrain", "vonNeumann", publication("YaleUniversityPress",1958))). collection(kahn,book("SymbolicLogic", "LewisCarroll", publication("DoverPublications",1958))). collection(john,book("Database:APrimer", "C.J.Date", publication("Addison-Wesley",1983))). collection(john,book("Problem-SolvingMethodsinAI", "NilsNilsson", publication("McGraw-Hill",1971))). collection(smith,book("Alice,inWonderland", "LewisCarroll", publication("TheNewAmericanLibrary",1960))). collection(smith,book("FablesofAesop", "Aesop-Calder", publication("DoverPublications",1967))).三层域结构和四层谓词结构4.5表与递归表是含有任意数目的其他对象的一个对象。一个包含1,2,3的表可被写成：[1,2,3]表中的每个项被称为一个元素。在域说明中需要对表类型进行说明。如：domains integerlist=integer*predicates number(integerlist)表头：是表中的第一个元素。如：表[a,b,c]中a是表头。表尾：是表中除表头外的另一张表。如：表[a,b,c]中[b,c]是表尾。空表：没有元素的表[]。对于表[c],c是表头，[]是表尾。[a,b,c,d,]a[b,c,d,]b[c,d,]c[d]d[]Prolog提供一种使表头和表尾明确