知识表示及Prolog语言 “与或”图表示法及其应用
Prolog语言(耐心看完-你就入门了)剖析
Prolog的求解过程：
第一步：问题 uncle(a，U) 与事实逐个匹配， 不成功
2024/8/13
father(a, b). father(c, d). brother(a, c).
uncle(a，U) uncle(X, Y) :- brother(X, Z) , father(Z, Y). 第二步：与规则头（左部）匹配，即寻找合一者， 有 {a/X, U/Y} 转化为两个子问题：brother(a, Z)和father（Z, U）
人工智能
Artificial Intelligence (AI)
2024/8/13
Prolog 语言简介 Prolog语言是一种以一阶谓词为基础的逻辑性语 言（Programming in Logic）
2024/8/13
Prolog语言的特点 Prolog语言的基本内容 简单的例子
2024/8/13
例： P（[the, cat, sat, down]）.
?- P([ X | Y ]). 答案：X=the, Y=[cat, sat, down]
?-P([ X , Y | Z ]). 答案：X=the, Y=cat，Z＝[sat, down]
2024/8/13
4 Prolog程序的结构
Prolog的程序分为两部分： 前提部分：所有事实和规则 问题部分：目标子句序列
2024/8/13
Prolog的求解过程
likes(m, f). likes(m, w). likes(j, w). likes(j, s).
现在有两个问题：likes(m, X) 和 likes(j, X)）
第一步：第一个问题 likes(m, X) 去与事实匹配 （置换与合一），按顺序得到 {f/X}
逻辑型程序设计语言PROLOG详细教程
逻辑型程序设计语⾔PROLOG详细教程逻辑型程序设计语⾔PROLOG教程2.3. 1逻辑型程序设计语⾔PROLOGPROLOG的语句PROLOG语⾔只有三种语句，分别称为事实、规则和问题。
1.事实(fact)格式: <谓词名>(<项表>).功能⼀般表⽰对象的性质或关系。
其中谓词名是以⼩写英⽂字母打头的字母、数字、下划线等组成的字符串，项表是以逗号隔开的项序列。
例如：student(john).like( mary ,music).表⽰“约翰是学⽣”和“玛丽喜欢⾳乐”。
2. 规则(rule)格式:<谓词名>(<项表>):-<谓词名>(<项表>){,<谓词名>(<项表>)}.功能: ⼀般表⽰对象间的因果关系、蕴含关系或对应关系。
其中“:-”号表⽰“if”（也可以直接写为if），其左部的谓词是规则的结论（亦称为头），右部的谓词是规则的前提（亦称为体），{}表⽰零次或多次重复，逗号表⽰and(逻辑与),即规则的形式是⼀个逻辑蕴含式。
例如：bird(X):-animal(X),has(X,feather).grandfather(X,Y):-father(X,Z),father(Z,Y).第⼀条规则表⽰“如果X是动物，并且X有⽻⽑，则X是鸟”；第⼆条规则就表⽰“X 是Y的祖⽗，如果存在Z，X是Z的⽗亲并且Z⼜是Y的⽗亲”。
3.问题(question)格式: ?-<谓词名>(<项表>){,<谓词名>(<项表>)}.功能表⽰⽤户的询问，它就是程序运⾏的⽬标。
例如：-student(john).-like(mary,X).2.3. 2 PROLOG程序PROLOG程序⼀般由⼀组事实、规则和问题组成。
问题是程序执⾏的起点，称为程序的⽬标。
例如下⾯就是⼀个PROLOG程序。
prolog语言简介
例:
自动实现的搜索算法之二——回溯 回溯
clauses likes(tom,talk). /*1*/ likes(bill,swim). /*2*/ likes(bill,talk). /*3*/ friend(john,X):-likes(X,talk),likes(X,swim) /*4*/ 设Goal:friend(john,Who)
可以回溯 如果加入 cut p:- q1,q2,!,r1,r2. p:- s1,s2. 逻辑关系变为 P1 if (if q1∧ q2 then r1 ∧r2 else s1 ∧s2 ) then p q1 q2 ！ r1 回溯
P P2 P r2 s1 s2
截断 回溯
影响回溯的手段之二——cut 影响回溯的手段之二
影响回溯的手段之二——cut (截 影响回溯的手段之二
断)
cut—无条件成功，并截断回溯
(也可以用! 表示)
影响回溯的手段之二——cut 影响回溯的手段之二
例：p:- q1,q2,r1,r2. p:- s1,s2. 逻辑关系是 if q1∧ q2∧r1 ∧r2 or s1 ∧s2 P P1 then p q1 q2 r1 r2 s1 s2 P2 P
影响回溯的手段之二——cut 影响回溯的手段之二
应改为 legal(X):- super_speed(X),!,fail. legal(X):- drunk_drive(X),!,fail. legal(X).
常识：“外Goal” 和“程序内goal” 有“勤” “懒” 之分
显然，此结果不完备
Press the SPACE bar
影响回溯的手段之一——fail 影响回溯的手段之一
fail—无条件失败，引起回溯
PROLOG语言入门
PROLOG语言入门简介PROLOG语言是一个非常有趣的计算机语言。
它完全不同于我们已经很熟悉的其它计算机语言、例如BASIC、FORTRAN、C等。
主要由于现在的计算机硬件能力的限制，使得PROLOG语言没有得到更广泛的流行。
但是未来随着计算机硬件技术的发展，PROLOG语言将会发挥更大的作用。
尤其是通过PROLOG语言的学习，我们对计算机语言的本质会有更多的了解。
虽然对许多人来说，PROLOG语言比较陌生。
但是PROLOG语言很容易入门，人们很容易感受到它的魅力。
本书在多年从事相关教学的讲义的基础上形成。
本书没有试图写成PROLOG语言程序设计的指导书，而是着重在于于介绍PROLOG的有趣性，引导读者尽快进入PROLOG世界。
同时，尽量利用BASIC、FORTRAN、C等大家熟悉的语言的例子，说明PROLOG与这些语言的区别，以加深读者对PROLOG的理解。
因此，本书适合于PROLOG的初学者，而对于那些已有相当基础、希望利用PROLOG开发应用程序的读者，则可以选择其它更加全面的书籍，例如本书末尾所推荐的那些书籍。
目录1引言2为什么有PROLOG3什么是PROLOG ？4最简单的PROLOG程序5PROKOG运行方式6关于Visual PROLOG ？7Visual PROLOG的运行方式8PROKOG入门9规则与事实10递归11表12引言首先，介绍一种常见的扑克牌游戏。
该游戏方法为：“随意抽出4张扑克牌。
然后利用加、减、乘、除方法，对这个4张扑克牌所代表的4个数进行四则运算。
要求最后的运算结果为24。
注意，每个数只能在运算中出现1次，且必须出现1次。
”例如，如果所抽取的4张牌所代表的4个数分别为：2，4，7，9。
则可以采用如下运算方法：2 * 4 + 9 + 7 = 24有时，同一数字组合，可能存在好几种四则运算方法。
游戏时，可以规定先找到相应的四则运算方法的人获胜。
有些数字组合比较容易计算，例如6，6，6，6。
基于Prolog的逻辑编程思想在实际项目中的应用
基于Prolog的逻辑编程思想在实际项目中的应用Prolog是一种基于逻辑编程思想的编程语言，它使用逻辑推理来解决问题。
在实际项目中，Prolog的逻辑编程思想可以被广泛应用，帮助开发人员更高效地解决复杂的问题。
本文将探讨Prolog在实际项目中的应用，并分析其优势和局限性。
什么是PrologProlog是一种基于逻辑编程思想的编程语言，它使用谓词逻辑来表示知识和推理规则。
Prolog程序由事实（Facts）和规则（Rules）组成，通过逻辑推理来回答查询。
Prolog的核心思想是“声明式编程”，即开发人员只需描述问题的本质，而不需要指定解决问题的具体步骤。
Prolog在实际项目中的应用1. 人工智能领域Prolog在人工智能领域有着广泛的应用。
由于其逻辑推理的特性，Prolog常被用于构建专家系统、自然语言处理系统和知识图谱等人工智能应用。
通过定义事实和规则，Prolog可以帮助系统进行推理和决策，从而实现智能化的功能。
2. 数据分析与知识图谱在数据分析领域，Prolog可以被用来构建知识图谱，帮助组织和推理大量结构化数据。
通过定义实体、关系和属性，Prolog可以实现复杂的数据查询和推理，为数据分析提供强大支持。
3. 自然语言处理Prolog也被广泛应用于自然语言处理领域。
通过定义语法规则和语义关系，Prolog可以帮助系统理解自然语言文本，并进行语义分析、问答系统等任务。
其逻辑推理能力使得Prolog在处理自然语言时具有独特优势。
4. 软件工程与规则引擎在软件工程领域，Prolog可以被用来构建规则引擎，帮助实现复杂业务规则和逻辑。
通过定义规则库和查询接口，Prolog可以实现灵活的规则匹配和推理过程，为软件系统提供高度可扩展性和灵活性。
Prolog的优势逻辑推理能力强：Prolog基于谓词逻辑，具有强大的逻辑推理能力，能够处理复杂的知识表示和推理问题。
声明式编程：开发人员只需描述问题的本质，而不需要指定解决问题的具体步骤，简化了程序设计过程。
Prolog学习：基本概念
Prolog学习：基本概念对Prolog有了⼀个感性的认识，今天介绍下Prolog中⼀些基本概念，想要⽤Prolog解决⼀些实际问题之前必须要先了解它们。
这些概念在这本书中都有介绍，我简单提炼汇总下，就当给这门⼩众语⾔做个宣传吧。
变量/规则/知识库在Prolog中变量的命名是有特殊要求的，如果⼀个词以⼩写字母开头，它就是⼀个原⼦(atom)，类似于其他语⾔中的符号(symbol)，如果⼀个词以⼤写或下划线开头，那么它就是⼀个变量，和其他语⾔⼀样变量值可以改变，可以赋值（不过更灵活）。
符号组成⼀些事实：likes(zhangsan,lisi).likes(wangwu,lisi).likes(chenliu,maqi).符号和变量在⼀起可以⽤来定义规则：friend(X,Y):- \+(X = Y),likes(X,Z),likes(Y,Z).事实是我们对这个世界直接观察的结果。
规则是关于现实世界的逻辑推论。
事实 + 规则 = 知识库。
上⾯的规则可以叫做friend/2因为它有两个参数（类似C#⽅法中的形参），:-读作“如果”，“如果”后⾯是由⼀系列“⼦⽬标”组成，⼦⽬标之间可以是且的关系，⽤“,”分割，也可以是或者的关系，⽤“.”表⽰。
Prolog就是通过验证规则来回到我们yes或no的，如果参数能满⾜所有⼦⽬标就是yes。
合⼀（unification）合⼀是Prolog中⼀个⾮常重要的概念。
简单的来说合⼀就相当于其它语⾔中的赋值：cat(lion).cat(tiger).dorothy(X,Y,Z) :- X = lion,Y = tiger,Z = bear.twin_cast(X,Y) :- cat(X),cat(Y).合⼀的意思是：找出那些使规则匹配的值。
所以执⾏dorothy(lion,tiger,bear).这句，Prolog会返回yes:dorothy/3规则的右侧，Prolog将lion赋值给X,tiger赋值给Y,bear赋值给Z，就像在命令式语⾔中这样：var X = lion;var Y = tiger;var Z = bear;这些值和左侧（也就是dorothy(lion,tiger,bear)）对应的值相匹配，所以合⼀成功。
人工智能_知识表示
_知识表示1. 简介1.1 定义在领域中，知识表示是指将现实世界的事物、概念和关系转化为计算机可以理解和处理的形式。
1.2 目的知识表示旨在构建一个可用于推理、学习和问题求解等任务的表达方式，以便让计算机具备类似于人类思维过程一样进行分析与决策。
2. 常见方法及技术2.1 符号逻辑（Predicate Logic）- 概述：使用谓词来描述对象之间的关系，并通过规则对这些谓词进行操作。
常用语言包括Prolog。
- 应用场景：符号逻辑主要应用于专家系统、自然语言处理等领域。
2.2 图结构（Graph-based Representation）- 概述：利用图论模型来存储并展示各种实体之间复杂而动态变化着得联系。
节点代表实体或者事件,边代表它们之间存在某种类型/属性上的连接.- 应用场景: 图结构广泛应该网络搜索引擎(如Google Knowledge Graph) 和社交网络分析.3.本体论 (Ontology)- 概述：本体是一种对于某个领域中概念和关系的形式化描述，以便计算机能够理解并进行推理。
常用语言包括OWL、RDF等。
- 应用场景: 本体论主要应用于知识图谱构建与维护,智能搜索引擎.4. 知识表示学习4.1 带标签数据（Supervised Learning）- 概述：通过给定输入和输出样例来训练模型，并利用该模型预测新的未见过的实例。
- 应用场景：带标签数据适合处理分类问题，如垃圾邮件检测、情感分析等。
4.2 半监督学习 (Semi-Supervised Learning)- 概述: 利益已有少量(相较总数) 样品被打上了正确类别后, 使用这些信息去估计剩下大部分没有label 的样品.- 应当使用范围 : 当我们很难获得足够多可靠严格准确label时候 , 可采取半监督方式5.附件：[在此处添加相关附件]6.法律名词及注释:a）(): 是指由程序控制而不需要直接干涉的计算机系统，这些程序可以通过学习和适应来执行任务。
人工智能语言—Prolog
其次，调用过程AT(Zhang, x)，从而产生新目标 T(Zhang, train)，与事实匹配，产生目标 ⊓ 。因而调用成功，输出“True”。
高级人工智能
5
人工智能语言—Prolog语言
高级人工智能
10
人工智能语言—Prolog语言
Prolog的构成
目标（问题）：关于对象性质或关系的询问。 ?— student(john) ?— married(mary，x)
高级人工智能
11
人工智能语言—Prolog语言
Prolog语言的基本文法
Prolog语言的最基本语言成分是项(term)
定理证明、智能问题求解、计算机辅助设计、规 划生成等领域。
高级人工智能
8
人工智能语言—Prolog语言
Prolog的构成
事实：事实用来说明一个问题中已知的对象和它们之间 的关系。在Prolog程序中，事实由谓词名及用括号括起 来的一个或几个对象组成。谓词和对象可由用户自己定 义
student(john) married(tom, mary) likes(bill，book)
Prolog语言及其基本结构
Prolog是当代最有影响的人工智能语言之一， 由于该语言很适合表达人的思维和推理规则， 在自然语言理解、机器定理证明、专家系统 等方面得到了广泛的应用，已经成为人工智 能应用领域的强有力的开发语言。
高级人工智能
6
人工智能语言—Prolog语言
现在的Prolog语言有许多版本
项或者是常量，或者是变量，或者是一个结构。
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信息技术学科教案
时
间
（分）
教学过程教师活动学生活动设计意图2
2
5
（课前2分钟预备）
复习提问：（2分钟）
⒈知识表示遵循的思路？
（讨论：自然语言→符号→计算机语言）
⒉已经学过哪些知识表示的方法？
（回答：框架、产生式、状态空间表示法）
引入新课：（2分钟）
实例分析1：证明三角形全等方法的知识表示。
（如：图1）
图1：证明三角形全等方法的“或”图
从而引出“与/或”图表示法及其应用的教学内容。
讲授新课：
“与/或”图表示法及其应用
一、“与/或”图表示法
⒈“或”图
图2：“或”图
“或”图：“或”指的是当一个问题P变换为一组子问题
P1、P2、P3 …Pn时，只要任意一个子问题有解，则原问题就
有解。
只有当所有的子问题都无解时，原问题才无解。
这样原
问题P与子问题之间的关系可以用“或”图来表示。
（如：图2），
P:或节点。
任务一：（见《课堂练习》）画出边角边方法证明三角形全等
（Q3）的“或”图。
分析：此问题变换为三个子问题Q31、Q32、Q33：三组边
角边任意一组对应相等都可证明三角形全等。
组织
提问
播放
分析
分析
归纳
布置
指导
监查
就坐
安静
思考
回答
观看
思考
回答
观察
思考
理解
思考
完成
组织
课堂
复习
过实
例引
出新
课便
于理
解
由一
般到
特殊
的认
识规
律
达成
教学
目标
之一
5
⒉“与”图
由任务一引出探究问题1：用“边角边”方法证明一对三角
形全等的子问题Q32图如何画？
实例分析2：结合具体三角形分析利用“边角边”方法证明
一对三角形全等，归纳出“与”图。
（如：图3）
Q32：△ADE≌△CBE
Q321：AD=CB
Q322：∠ADE=∠CBE
Q323：DE=EB
图3：用“边角边”方法证明三角形全等的“与”图
“与”图：“与”指当一个问题P可以分解为一组子问题
P1、P2、P3 …Pn时，只有当所有的子问题都有解时，原问题
才有解，任何一个子问题无解都会导致原问题无解，这样原问
题与其所有的子问题之间的关系可以用“与”图”来表示。
（如：
图4）
图4：“与”图
任务二：（见《课堂练习》）画出表示信息技术会考合格条件
的“与”图。
会考合格条：笔试合格且上机考试合格。
（如：图5）
分析
讲解
演示
讲解
分析
布置
任务
思考
讨论
归纳
理解
认同
思考
完成
知识
运用
培养
分析
总结
能力
理解
概念
特点
达成
教学
目标
之一
设置
情景
引起
兴趣
加深
理解
8 20
图5：信息技术会考合格条件的“与”图
⒊“与/或”图表示法
实例分析3：三角形全等问题的“与/或”图。
“与/或”图表示法: 就是一种把一个复杂问题通过“分解”、
“变换”为若干个简单子问题来寻求问题解的表示形式。
（如：
图6）
图6：证明三角形全等的“与/或”图
二、“与/或”图表示实例
任务三：（见《课堂练习》）体验利用“几何专家”软件证明
三角形全等问题,分析证明过程。
任务四：（见《课堂练习》）两人一组,体验分7根小棍博弈。
规则：两人分7根小棍。
每次将其中一堆分为不相等的两
堆，轮流分下去，直到不能再分着为输。
问题探究1：补全并分析该问题“或”图。
（如：图7）
问题探究2：如果甲方先走，讨论有没有乙方必胜的分法？
图7 ：分7根小棍问题的“或”图
讲授
总结
归纳
布置
指导
分析
互动
交流
询问
听讲
认同
动手
操作
探究
学习
实践
思考
发现
问题
归纳
总结
理解
概念
特点
达成
教学
目标
之一
体验
知识
表示
的目
的
达成
目标
之二
通过
实践
结论：如果甲方先走，乙方必胜的分法是：无论甲第一次如何分，乙都把小棍分为（4,2,1）这种形式。
任务五：（见《课堂练习》）画出发射核弹流程问题的“与/或”图。
假设某地发射核弹由政府和军方共同控制，其中核控制按钮分别由三名政府要员保管，必要时可由其中任意一人按下按钮；但仅此还不行，按下按钮同时军方也下令，核弹才能发射，而军方下令时必须有两位指挥官同时在场。
（如：图9）
分析：
设发射核武器问题为：Q
设核控制按钮为：B
设军方发射命令为：C
图8：错误答案图9：发射核弹流程问题的“与/或”图分析：
依据概念结合出现的错误答案（如：图8）分析错误原因；
继续完成任务五
展示学生完成正确答案（如：图9）。
选作：任务六（见《课堂练习》）根据各种知识表示方法的特点，选择合适的问题填入下表中。
知识表示方法适用问题
状态空间
产生式
框架表示法
“与\或”图分析
提问
布置
任务
指导
分析
分析
引导
指导
检查
展示
布置
讨论
回答
接受
任务
思考
尝试
思考
认同
修改
完成
观察
完成
掌握
达成
目标
之三
运用
所学
解决
问题
探究
学习
达成
目标
之二
结合
概念
分析
加深
理解
巩固
分层
教学
附：课堂练习
（满分：100分）
班级：高一( ) 姓名：成绩：
任务一:画出两角加一边相等证明三角形全等的“或”图。
任务二：画出会考合格条件的“与/或”图。
会考合格条件：笔试合格且上机考试合格
任务三：打开桌面上“几何专家”体验几何专家系统证明三角形全等。
方法：
⑴启动”几何专家”，构建平行四边形及其对角线、交点。
⑵选择菜单行“证明”→“证明结论”→“全等三角形” ,输
入相应参数（如左图），单击“确定”，
⑶选择菜单行“证明”→“证明”，思考“几何专家”证明的推
理过程。
任务四：两人一组，体验分7根小棍的博弈问题，补全并分析该问题“与/或”图。
设有7根小棍，由甲方和乙方两人来轮流分它们，一人先把其分为不相等的两堆，另一人把已分的任一堆再分成不相等的两堆，这样轮流分下去，直到每一堆都只有一根或两根小棍，不能再分为止，谁遇到不能再分的情况就为输。
（7）
（6，1）（5，2）（4，3）甲（5，1，1） (4，2，1) （3，2，2）（3，3，1）乙（）（ 3，2，1，1 ）（）甲（）（）乙（）甲
如果甲方先走，讨论有没有乙方必胜的的走法? 如果有，标出走法。
任务五:
假设某地发射核弹由政府和军方共同控制，其中核控制按钮分别由三名政府要员保管，必要时可由其中任意一人按下按钮；但仅此还不行，按下按钮同时军方也下令，核弹才能发射，而军方下令时必须有两位指挥官同时在场。
分析：
设发射核武器问题为：Q
设核控制按钮为：B
设军方发射命令为：C
任务六：选作
供选择的问题：⒈描述一种交通工具
⒉根据特征对几种水果进行分类
⒊华容道问题
⒋描述一个一题多解的解题思路。