Logic Programming With Prolog學習筆記（一）

第一章：getting start

1、hello world：

write(“hello world”),nl,write(“welcome to prolog”),nl.

以.号做結束，有一系列目标（goal）組成（一般也稱為查詢query），目标之間用,号隔開，這裡的write和nl其實是内建的io謂詞，總共4個目标按順序執行，nl是開始一個新行，所有目标達成，prolog系統會輸出yes。

2、halt也是bips，用于結束prolog系統，statistics用于系統統計（cpu、記憶體等）。bips都是會産生副作用的謂詞。比如write就是會産生輸出到使用者螢幕副作用的io謂詞。

3、第一個程式，寫入下列代碼并儲存為prog1.pl:

dog(fido).

cat(felix).

animal:-dog(x).

通過consult謂詞，将該程式導入資料庫（本質上，prolog系統就是一個全局資料庫）, 分析下代碼：

就是所謂事實（fact），dog和cat就是謂詞，而fido和felix是atom，這裡陳述了兩個事實：fido是一隻狗，felix是一隻貓。animal:-dog(x). 這句就是規則（rule），:-符号可以了解為如果(注：if)，x是變量，這裡描述的規則就是：如果x是狗，那麼x就是動物。是以，依據事實和規則，prolog的推理系統可以推論：fido是狗，是以fido是動物：

| ?- animal(fido).

yes

顯然，根據animal規則，felix不是動物，雖然它是：

| ?- animal(felix).

no

4、prolog的注釋 /* this is a comment */

5、查詢，dog(x)，查詢所有滿足謂詞dog的x，也就是找出所有的狗狗。

dog(x),cat(x).查詢所有是狗又是貓的“東西”。listing(dog)，列出所有定義了謂詞dog的語句。

6、prolog的資料類型：

1)數字,number，623,+3,-.245

包括：以小寫字母開頭的字母、數字、下劃線的組合，單引号括起來的字元序列,+-*/<>=@&#特殊字元組成的序列

read(x)

dog(henry)

likes(dog(henry),y)等

5）清單，如：

[dog,cat,mypred,[a,b,c],hello]

6)其他類型，某些 prolog方言可能會有字元串類型，用于處理字元串。

第二章 語句和謂詞

一個prolog程式就是由一系列語句（clause）組成的，語句可以多行，以引文句号結束。兩種基礎語句：事實和規則。

事實語句，是由atom或者組合term構成（兩者統稱為call terms），如：

chrismas.

likes(john,mary).

規則，形式如下：

head:-t1,t2,…,tk. (k>=1)

head成為規則的頭部，也必須是call term，:-稱為頸部操作符，讀作if，而t1,t2…tk就是語句的body，它們描述了頭部的結論所需要滿足的條件。body是由一個或者多個componet組成，compont就是目标，以逗号隔開，逗号表示and的關系。從另一個角度看，head可以成為目标，body是它的子目标，規則就是為了達到目标head，必須先達到子目标t1,t2…tk。

例子：

large_animal(x):-animal(x),large(x).

go:-write(‘hello world’),nl.

謂詞的遞歸定義，分為直接和間接遞歸，例子：

likes(john,x):-likes(x,y),dog(y). 描述的規則為:john喜歡的是那種至少喜歡一隻狗的人。

loading語句，包括兩個bips：consult/1和reconsult/1，用于産生将檔案中的語句導入資料庫的副作用，兩者的差別是，reconsult會覆寫之前定義的相同謂詞，而consult不會。consult[‘prog1.pl’]可以簡化為[‘prog1.pl’].同樣，reconslt[‘prog1.pl’]可以簡寫為[-‘prog1.pl’]

變量，一開始所有的變量都是未綁定的，當目标被執行時，變量可能被綁定或者解綁定。變量存在作用域，不同語句中的同名變量沒有任何關系。

量詞，

1）全稱量詞，出現在事實或者規則head部分的變量，表示事實或者規則的該變量的所有可能值，這樣的變量成為全稱量詞，如

large_animal(x):-animal(x),large(x). 中的x。

2）存在量詞，不在事實或者規則的head部分中存在，但是在body部分中出現的量詞，僅僅為了表示該變量至少存在一個值，這樣的變量稱為存在量詞。例如：

person(dennis,zane,male,25,programmer).

man(a):-person(a,b,male,c,d).

man謂詞body部分的b,c,d變量就是存在量詞

第三章

1、這一章主要将描述prolog系統是如何滿足目标的執行。

2、prolog系統是按照順序執行目标的，每個目标都是由call term組成，每個目标都與一個相應的謂詞相關聯，謂詞的名稱稱為functor，而參數個數就是元數（arity）。prolog系統是從上到下，依據語句的head部分來比對目标，如果比對，将輸出yes，否則就是no。對于使用者定義的目标，prolog沒有找到任何事實或者規則與之比對的話，那麼就是fail。這不是什麼未知或者不确定，這個其實就是所謂的封閉世界假設（closed world assumption）：任何結論如果無法從資料庫中的事實和規則中得到證明，那麼這個結論就是否定的，沒有什麼系統不确定或者未知這樣的中間位置。

3、prolog的比對算法——聯合（unification），

變量可以跟任何term聯合，其中包括了變量，其實就是變量的綁定。例如：

x=1将x與1聯合. dog(x)與dog(ferris)，将x與ferris聯合。

看call terms的聯合過程：

1)如果兩個call term都是atom，隻有當它們是一樣的時候才可以聯合，比如：

test跟test聯合成功

dennis跟'dennis'聯合成功

apple跟fuck聯合失敗

2)對于組合call term的聯合，要求兩個call term有一樣的functor和arity，并且參數也要成對地聯合成功。

聯合的詳細規則如下：

1）兩個atom當且僅當它們是一樣的時候才是聯合成功的。

2）兩個組合的term聯合成功，當且僅當兩者有一樣的functor和airty，并且參數也要從左到右兩兩成對地聯合成功。

3）兩個number聯合成功，當且僅當它們是一樣的時候，例如7與7聯合成功，而7與6.9就失敗

4）兩個未綁定的變量總是聯合成功的，兩者互相綁定

5）一個未綁定變量和一個不是變量的term也總是聯合成功的，将變量綁定為該term

6)一個綁定的變量可以被認為它所綁定的值。例如

pred(x,x,man)

與pred(landon,dog,a)聯合失敗，因為在第一個參數聯合成功後，x就被認為是landon，那麼在嘗試聯合第二個參數的時候，顯然landon與dog聯合失敗。

7）兩個清單聯合成功，當且僅當它們擁有相同數目的元素，并且元素間從左到右成對地聯合成功。

8）嵌套結構按照這些規則遞歸，其他情況下的聯合都是失敗的。

4、目标的求值，兩張圖描述：

5、回溯(backtracking)，回溯就是一個傳回前一個滿足的目标，尋找其他方式重新滿足該目标的過程。回溯，顧名思義就是退回去，再來過，當輸入;号，就強制prolog系統回溯以尋找更多的比對

6、目标求值的概覽：

第四章 操作符

1、通過op謂詞，可以将使用者自定義的謂詞轉成某種操作符，例如：

likes(dennis,catty).

我們更希望表達成：

dennis likes catty.

這在預設情況是不行的，通過op謂詞轉化likes謂詞成中綴操作符：

op(150,xfy,likes).

然後就可以這樣使用likes謂詞了：

op謂詞一般形式

op(操作符優先級，(xfy|xf|fy),謂詞名稱)

2、算術運算：通過内建的is/2謂詞來進行算術運算，is/2是一個内建的中綴運算符，例如：

x is 2.

x is 3,y is x+3.

出現在第二個參數的變量必須是已經綁定。+ - * /稱為算術運算符，還有一類稱為算術函數，它們并不是謂詞，例如abs/1 sqrt/1等，完整清單：

+ - * /

x//y 兩個整數的商

-x 一進制操作符

abs(x)

sqrt(x)

sin(x)

cos(x)

max(x,y)

is/2的第一個參數也可以是表達式或者數字，在此情況下，兩個參數都會被計算，如果相等，則succeeds，否則失敗。是以is/2謂詞也可以解釋為，求值看兩個參數是否可以聯合成功。如果第一個參數是變量，就将第二個參數的值綁定在該變量上，如果第一個參數是數值或者算術表達式，就比較兩個參數的值是否相等，相等則聯合成功，如果第一個參數是atom,term.list等，聯合的情況依賴于實作。永遠失敗的is/2:

x is x+1.總是失敗。

操作符的優先級與算術中的一樣，可以通過括号強制優先級。

算術比較操作符：=:=,=\=,>,>=,<,=<

3、等價操作符：

1）算術表達式比較：

e1=:=e2 成功當且僅當兩個表達式求值的結果一緻。

e1=\=e2 成功當且僅當兩個表達式求值的結果不一緻。

2）term相同比較：

term1==term2成功當且僅當trem1跟term2完全相同。

是以：

likes(x,prolog)==likes(x,prolog)相同

likes(y,prolog)==likes(y,prolog)失敗，x與y是不同的變量

3+7==6+4 失敗，兩個表達式不會被求值，顯然不同

term1 \==term2成功當且僅當trem1跟term2不同。

3）term聯合的比較：

=操作符與==類似，不同在于，term1=term2當且僅當term1和term2聯合成功的時候成功，也就是能找到某種方式綁定變量的值，來讓兩者相同。例如

6+x=6+3。成功，x綁定為3

6+4=3+7 仍然失敗

x=0,x=:=0. 成功，将x綁定為0，算術比較成功。

=的相反操作符就是\=

4、邏輯操作符：取反操作符not，表示or的;

例如：

x=0,not x is 0. 傳回no

6<3;7 is 2+5.傳回yes

文章轉自莊周夢蝶  ，原文釋出時間2008-05-28