Python人工智能中逻辑编程语言Prolog基础

逻辑编程语言Prolog基础

## 什么是Prolog?

我们先给出一个例子.

man(jack)

man(dylan)

happy(jack)

playGuitar(jack) :- happy(jack)

运行：

?- man(jack)

Prolog回答:

yes

再运行：

?- playGuitar(jack)

Prolog回答同样是：

yes

上面的例子展示的就是Prolog程序和它的运行以及运行结果.

Prolog是一种基于模式匹配，树型结构和自动回溯等机制的面向目标的编程语言。这几个机制构成了灵活而强大的编程框架. Prolog尤其适用于包含结构化对象以及这些对象之间的关系的问题. 例如，prolog可以依据空间关系和一般规则进行推理. 所以，对于人工智能和非数值编程，prolog是一种强大的语言。字面上看，Prolog意思是以逻辑(logic)编程. 此观念来自于20世纪70年代初期。早期开发者有Robert Kowalski, Maarten Van Emden 和Alain Colmeraner.

在低级编程语言中，程序员往往指定计算机如何做一件事(How型语言). 在高级编程语言中，程序员给计算机指定需要做什么. 编程语言是从低级向高级演化的. Fortran, C, Lisp，Python，Java等几乎所有语言都属于How型语言. 相反地，Prolog舍弃了“指定计算机如何做事”这样的传统. 它鼓励程序员描述问题，而不是描述解决问题的详尽的方式. Prolog 为我们提供了另外一种编程的方式. 它背后的科学是人工智能. 我们可以从中学习到一些解决问题的观念，比如问题化简，回溯链，各种搜索技术等. Prolog可以让我们将抽象概念具体化. 编程者只需要指定什么是已知的，什么问题需要解决，即编程人员更关注事实而不是算法.

## Prolog语法

Prolog程序由语句(clauses)构成。语句又由对象和关系构成. 例如，上例中的 man(jack)

man就是一种关系，它可以指明对象的性别; jack就是该关系中的对象.

运行Prolog程序的方式很简单: 向程序提问. 语法如下:

?-关系表达式.

其中，

?- 是提示符.

后面有个结束符（.）.

例如：

?- happy(jack).

写语句时，常需要用到符号”:-”.

:- 表示”如果”,或“蕴含于”.

例如：

playGuitar(jack) :- happy(jack)

上面代码的意思是：如果jack高兴，那么jack就要弹吉他.

:- 的右边叫主体;

:- 的左边叫规则头.

下面我们通过一个例子来看Prolog的机制，从中可见多个重要的概念. 例如, 甲(a)是乙(b)的父母，可写为：

parent(a,b)

parent是关系名称; a,b 是该关系的参量.

## Prolog举例

下面我们以中国近代著名的家庭义宁陈宝箴家的家谱为例，来看看Prolog的运行机制. 家谱如下：

graph TB

陈宝箴 --> 陈三立

黄淑贞 --> 陈三立

黄淑贞--> 陈三畏

陈三立 --> 陈师曾

陈三立 --> 陈寅恪

陈师曾 --> 陈封怀

```

在以下代码中，我们将人名用其拼音首字母的小写代替. 人名和拼音首字母的对应如下：陈宝箴 cbz

黄淑贞 hsz

陈三立 csl

陈三畏 csw

陈师曾 csz

陈寅恪 cyk

陈封怀 cfh

整个家谱由下列prolog程序给出：

parent(cbz,csl).

parent(hsz,csl).

parent(hsz,csw).

parent(csl,cyk).

parent(csl,csz).

parent(csz,cfh).

此程序包含６个语句. 每个语句声明了一个parent关系. 当此程序与prolog系统交互时，prolog就parent这一关系提问. 例如，陈三立是陈寅恪的父亲吗？实现代码如下： ?- parent(csl,cyk).

当prolog发现这是一个已经声明的事实，因此prolog会给出答案：

yes

我们也可问程序：“陈三畏是陈师曾的父母吗？”

?-parent(csw,csz)

prolog回答：

no

因为程序并未提及陈三畏是否为陈师曾父母.

当然我们也可问：“黄淑贞是Alice的父母吗？”

?-parent(hsz,alice)

Prolog不会判断alice是中国人名还是外国人名. prolog仅仅从程序中的关系来做判断. 因为并未听过”ALice”这个人，因此它果断给出结果：

no

但是，如果我们问“谁是陈三畏的父母？”这样的问题时，prolog确实可以给出我们一个值，而不仅仅是yes或no.

?- parent(X,csw).

Prolog给出的回答是

X=hsz

同理，我们可以问：”谁是陈三立的子女？“

?- parent(csl,X)

输出结果为：

X=csz

这里，我们只得到一个回答. 可是，从家谱中给我们可以发现看到陈三立的子女不止一个，所以我们期待能看到所有的结果的操作. 这时，我们输入一个分号，那么Prolog就会给出其余的答案:

X=cyk

由于上图中没有给出陈三立更多子女的信息，所以，如果我们试图知道更多答案，Prolog 会回答“no”.