Программирование на языке Пролог для искусственного интеллекта

• Понятия, введенные в данной главе:

 список, голова списка, хвост списка

 списковая нотация

 операторы, операторная нотация

 инфиксные, префиксные и постфиксные операторы

 приоритет операторов

 арифметические встроенные процедуры 

Глава 4 Использование структур: примеры

Структуры данных вместе с сопоставлением, автоматическими возвратами и арифметикой представляют собой мощный инструмент программирования. В этой главе мы расширим навыки использования этого инструмента при помощи следующих учебных программных примеров: получение структурированной информации из базы данных, моделирование недетерминированного автомата, планирование маршрута поездки и решение задачи о расстановке восьми ферзей на шахматной доске. Мы увидим также, как в Прологе реализуется принцип абстракции данных.

4.1. Получение структурированной информации из базы данных

Это упражнение развивает навыки представления структурных объектов данных и управления ими. Оно показывает также, что Пролог является естественным языком запросов к базе данных.

База данных может быть представлена на Прологе в виде множества фактов. Например, в базе данных о семьях каждая семья может описываться одним предложением. На рис. 4.1 показано, как информацию о каждой семье можно представить в виде структуры. Каждая семья состоит из трех компонент: мужа, жены и детей. Поскольку количество детей в разных семьях может быть разным, то их целесообразно представить в виде списка, состоящего из произвольного числа элементов. Каждого члена семьи в свою очередь можно представить структурой, состоящей из четырех компонент: имени, фамилии, даты рождения и работы. Информация о работе — это либо "не работает", либо указание места работа и оклада (дохода). Информацию о семье, изображенной на рис. 4.1, можно занести в базу данных с помощью предложения:

семья( членсемьи( том, фокс, дата( 7, май, 1950),

 работает( bbс, 15200) ),

 членсемьи( энн, фокс, дата( 9, май, 1951), неработает),

 [членсемьи( пат, фокс, дата( 5, май, 1973), неработает),

 членсемьи( джим, фокс, дата( 5, май, 1973), неработает) ] ).

Рис. 4.1. Структурированная информация о семье.

Тогда база данных будет состоять из последовательности фактов, подобных этому, и описывать все семьи, представляющие интерес для нашей программы.

В действительности Пролог очень удобен для извлечения необходимой информации из такой базы данных. Здесь хорошо то, что можно ссылаться на объекты, не указывая в деталях всех их компонент. Можно задавать только структуру интересующих нас объектов и оставлять конкретные компоненты без точного описания или лишь с частичным описанием. На рис. 4.2 приведено несколько примеров. Так, а запросах к базе данных можно ссылаться на всех Армстронгов с помощью терма

семья( членсемьи( _, армстронг, _, _ ), _, _ )

Символы подчеркивания обозначают различные анонимные переменные, значения которых нас не заботят. Далее можно сослаться на все семьи с тремя детьми при помощи терма:

семья( _, _, [ _, _, _ ])

Чтобы найти всех замужних женщин, имеющих по крайней мере троих детей, можно задать вопрос:

 ?-  семья( _, членсемьи( Имя, Фамилия, _, _ ), [ _, _, _ | _ ]).

Главным моментом в этих примерах является то, что указывать интересующие нас объекты можно не только по их содержимому, но и по их структуре. Мы задаем одну структуру и оставляем ее аргументы в виде слотов (пропусков).

Рис. 4.2. Описания объектов по их структурным свойствам: (а) любая семья Армстронгов; (b) любая семья, имеющая ровно трех детей; (с) любая семья, имеющая по крайней мере три ребенка. Структура (с) дает возможность получить имя и фамилию жены конкретизацией переменных Имя и Фамилия.

Можно создать набор процедур, который служил бы утилитой, делающей взаимодействие с нашей базой данных более удобным. Такие процедуры являлись бы частью пользовательского интерфейса. Вот некоторые полезные процедуры для нашей базы данных:

муж( X) :-     % X - муж

 семья( X, _, _ ).

жена( X) :-    % X - жена

 семья( _, X, _ ).

ребенок( X) :- % X - ребенок

 семья( _, _, Дети),

 принадлежит( X, Дети).

принадлежит( X, [X | L ]).

принадлежит( X, [Y | L ]) :-

 принадлежит( X, L).

существует( Членсемьи) :-

 % Любой член семьи в базе данных

 муж( Членсемьи);

 жена( Членсемьи);

 ребенок( Членсемьи).