人工智能邏輯程式設計（python）

在本章中，我們将重點介紹邏輯程式設計以及它在人工智能中的作用。

我們已經知道邏輯是對正确推理原則的研究，或者簡單地說就是研究什麼是什麼。 例如，如果兩個陳述是真的，那麼我們可以從中推斷出任何第三個陳述。

概念

邏輯程式設計是兩個字，邏輯和程式設計的組合。 邏輯程式設計是一種程式設計模式，其中問題通過程式語句表達為事實和規則，但在形式邏輯系統中。 就像面向對象，函數式，聲明式和程式式等其他程式設計模式一樣，它也是程式設計方法的一種特殊方式。

如何用邏輯程式設計解決問題

邏輯程式設計使用事實和規則來解決問題。 這就是為什麼他們被稱為邏輯程式設計的基石。 在邏輯程式設計中需要為每個程式指定一個目标。要了解在邏輯程式設計中如何解決問題，我們需要了解建構塊 - 事實和規則 -

事實

實際上，每個邏輯程式都需要事實來處理，以達到既定目标。 事實上基本上是關于計劃和資料的真實陳述。 例如，北京是中國的首都。

規則

實際上，規則是允許我們對問題域做出結論的限制條件。 規則基本上寫成邏輯條款來表達各種事實。 例如，如果建構遊戲，那麼必須定義所有規則。

規則對于解決邏輯程式設計中的任何問題都非常重要。 規則基本上是可以表達事實的合乎邏輯的結論。 以下是規則的文法 -

1	​ ​A∶− B1,B2,...,Bn.​

在這裡，A是頭部，B1，B2，… Bn是主體。

例如 - ​

​ancestor(X，Y): - father(X，Y)​

​。

​ancestor(X，Z): - father(X，Y)，ancestor(Y，Z)​

對于每一個​

​X​

​和​

​Y​

​，如果​

​X​

​是​

​Y​

​的父親，​

​Y​

​Z​

​的祖先，那麼​

​X​

​Z​

​的祖先。對于每個​

​X​

​Y​

​，​

​X​

​Z​

​的祖先，如果​

​X​

​是 ​

​Y​

​Y​

​的父親是​

​Z​

​的祖先。

安裝必需的包

為了在Python中開始邏輯程式設計，需要安裝以下兩個包 -

Kanren

它為我們提供了一種簡化業務邏輯編寫代碼的方式。 它讓我們用規則和事實來表達邏輯。 以下指令來安裝​

​kanren​

​ -

​pip install kanren​

SymPy

SymPy是符号數學的Python庫。 它旨在成為一個全功能的計算機代數系統(CAS)，同時保持代碼盡可能簡單，以便易于了解和擴充。 以下指令是用來安裝SymPy -

​pip install sympy​

邏輯程式設計的例子

以下是一些可以通過邏輯程式設計解決的例子 -

比對數學表達式

實際上，我們可以通過使用邏輯程式設計以非常有效的方式找到未知值。 以下Python代碼用于比對數學表達式 -

考慮先導入下列軟體包 -

2 3	​from kanren import run, var, fact​ ​from kanren.assoccomm import eq_assoccomm ​ ​​ ​as​ ​ ​ ​eq​ ​from kanren.assoccomm import commutative, associative​

需要定義要使用的數學運算 -

​add = ​ ​'add'​ ​mul = ​ ​'mul'​

加法和乘法都是互動程序。 是以，我們需要指定它，這可以按照以下方式完成 -

4	​fact(commutative, mul)​ ​fact(commutative, add)​ ​fact(associative, mul)​ ​fact(associative, add)​

定義變量是強制性的; 這可以如下完成 -

​a, b = var(​ ​'a'​ ​), var(​ ​'b'​ ​)​

需要将表達式與原始模式相比對。有以下原始模式，基礎是​

​(5 + a)* b​

​-

​Original_pattern = (mul, (add, 5, a), b)​

有以下兩個表達式來比對原始模式 -

​exp1 = (mul, 2, (add, 3, 1))​ ​exp2 = (add,5,(mul,8,1))​

輸出可以使用以下指令列印 -

​print(run(0, (a,b), eq(original_pattern, exp1)))​ ​print(run(0, (a,b), eq(original_pattern, exp2)))​

運作此代碼後，将得到以下輸出 -

​((3,2))​ ​()​

第一個輸出表示​

​a​

​b​

​的值。 第一個表達式比對原始模式并傳回​

​a​

​b​

​的值，但第二個表達式與原始模式不比對，是以沒有傳回任何内容。

查找素數

在邏輯程式設計的幫助下，可以從數字清單中出素數，也可以生成素數。 下面給出的Python代碼将從數字清單中找到素數，并且還會生成前​

​10​

​個素數。

首先導入以下軟體包 -

​from kanren import isvar, run, membero​ ​from kanren.core import success, fail, goaleval, condeseq, eq, var​ ​from sympy.ntheory.generate import prime, isprime​ ​import itertools ​ ​as​ ​it​

現在，我們将定義一個名為​

​prime_check​

​的函數，它将根據給定的數字檢查素數作為資料。

5	​def prime_check(x):​ ​if​ ​isvar(x):​ ​return​ ​condeseq([(eq,x,p)] ​ ​for​ ​p ​ ​in​ ​map(prime, it.count(1)))​ ​else​ ​:​ ​return​ ​success ​ ​if​ ​isprime(x) ​ ​else​ ​fail​

現在，聲明一個變量 -

​x = var()​ ​print((​ ​set​ ​(run(0,x,(membero,x,(12,14,15,19,20,21,22,23,29,30,41,44,52,62,65,85)),​ ​(prime_check,x)))))​ ​print((run(10,x,prime_check(x))))​

上述代碼的輸出如下 -

​{19, 23, 29, 41}​ ​(2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 29)​

解決難題

參考 ：http://www.zyiz.net/tutorial/detail-7864.html

邏輯程式設計可用于解決許多問題，如8拼圖，斑馬拼圖，數獨，N皇後等。在這裡，舉例說明斑馬拼圖的變體如下 -

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

​有五間房子。​ ​英國人住在紅房子裡。​ ​瑞典人有一隻狗。​ ​丹麥人喝茶。​ ​綠房子在白房子的左邊。​ ​他們在綠房子裡喝咖啡。​ ​吸Pall Mall的人有鳥。​ ​吸Dunhill在的人黃色房子裡。​ ​在中間的房子裡，他們喝牛奶。​ ​挪威人住在第一宮。​ ​那個抽Blend的男人住在貓屋旁邊的房子裡。​ ​在他們有一匹馬的房子旁邊的房子裡，他們吸Dunhill煙。​ ​抽Blue Master的人喝啤酒。​ ​德國人吸Prince煙。​ ​挪威人住在藍房子旁邊。​ ​他們在房子旁邊的房子裡喝水，在那裡吸Blend煙。​

在Python的幫助下解決誰有斑馬的問題。

導入必要的軟體包 -

​from kanren import *​ ​from kanren.core import lall​ ​import time​

現在，我們需要定義兩個函數 - ​

​left()​

​next()​

​來查找哪個房屋左邊或接近誰的房子 -

​def left(q, p, list):​ ​return​ ​membero((q,p), zip(list, list[1:]))​ ​def next(q, p, list):​ ​return​ ​conde([left(q, p, list)], [left(p, q, list)])​

現在，聲明一個變量:​

​houses​

​，如下 -

​houses = var()​

需要在​

​lall​

​包的幫助下定義規則如下。

有​

​5​

​間房子 -

17 18 19 20 21 22 23 24 25

​rules_zebraproblem = lall(​ ​(eq, (var(), var(), var(), var(), var()), houses),​ ​(membero,(​ ​'Englishman'​ ​, var(), var(), var(), ​ ​'red'​ ​), houses),​ ​(membero,(​ ​'Swede'​ ​, var(), var(), ​ ​'dog'​ ​, var()), houses),​ ​(membero,(​ ​'Dane'​ ​, var(), ​ ​'tea'​ ​, var(), var()), houses),​ ​(left,(var(), var(), var(), var(), ​ ​'green'​ ​),​ ​(var(), var(), var(), var(), ​ ​'white'​ ​), houses),​ ​(membero,(var(), var(), ​ ​'coffee'​ ​, var(), ​ ​'green'​ ​), houses),​ ​(membero,(var(), ​ ​'Pall Mall'​ ​, var(), ​ ​'birds'​ ​, var()), houses),​ ​(membero,(var(), ​ ​'Dunhill'​ ​, var(), var(), ​ ​'yellow'​ ​), houses),​ ​(eq,(var(), var(), (var(), var(), ​ ​'milk'​ ​, var(), var()), var(), var()), houses),​ ​(eq,((​ ​'Norwegian'​ ​, var(), var(), var(), var()), var(), var(), var(), var()), houses),​ ​(next,(var(), ​ ​'Blend'​ ​, var(), var(), var()),​ ​(var(), var(), var(), ​ ​'cats'​ ​, var()), houses),​ ​(next,(var(), ​ ​'Dunhill'​ ​, var(), var(), var()),​ ​(var(), var(), var(), ​ ​'horse'​ ​, var()), houses),​ ​(membero,(var(), ​ ​'Blue Master'​ ​, ​ ​'beer'​ ​, var(), var()), houses),​ ​(membero,(​ ​'German'​ ​, ​ ​'Prince'​ ​, var(), var(), var()), houses),​ ​(next,(​ ​'Norwegian'​ ​, var(), var(), var(), var()),​ ​(var(), var(), var(), var(), ​ ​'blue'​ ​), houses),​ ​(next,(var(), ​ ​'Blend'​ ​, var(), var(), var()),​ ​(var(), var(), ​ ​'water'​ ​, var(), var()), houses),​ ​(membero,(var(), var(), var(), ​ ​'zebra'​ ​, var()), houses)​ ​)​

現在，用前面的限制運作解算器 -

​solutions = run(0, houses, rules_zebraproblem)​

借助以下代碼，可以提取解算器的輸出 -

​output_zebra = [house ​ ​for​ ​house ​ ​in​ ​solutions[0] ​ ​if​ ​'zebra'​ ​in​ ​house][0][0]​

以下代碼将列印解決方案 -

​print (​ ​'\n'​ ​+ output_zebra + ​ ​'owns zebra.'​ ​)​

​German owns zebra.​

作者：沐雪