ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение

Как определить диапазон голоса - ваш вокал

Игровые автоматы с быстрым выводом

Как цель узнает о ваших желаниях прежде, чем вы начнете действовать. Как компании прогнозируют привычки и манипулируют ими

Целительная привычка

Как самому избавиться от обидчивости

Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам

Тренинг уверенности в себе

Вкуснейший "Салат из свеклы с чесноком"

Натюрморт и его изобразительные возможности

Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д.

Как научиться брать на себя ответственность

Зачем нужны границы в отношениях с детьми?

Световозвращающие элементы на детской одежде

Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия

Как слышать голос Бога

Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ)

Глава 3. Завет мужчины с женщиной

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Управление выполнением программы на прологе

Лекция: Управление выполнением программы на прологе

Арифметические выражения

Арифметическое выражение является числом или структурой. В структуру может входить одна или более компонент, таких, как чис­ла, арифметические операторы, арифметические списковые выраже­ния, переменная, конкретизированная арифметическим выражени­ем, унарные функторы, функторы преобразования и арифметиче­ские функторы.

Арифметические операторы.

Язык Пролог не предназначен для программирования задач с большим количеством арифметических операций. Для этого используются процедурные языки программирования. Однако в любую Пролог-систему включаются все обычные арифметические операторы:

+ - * / mod div

В некоторых реализациях языка Пролог присутствует более широкий набор встроенных арифметических операторов.

Арифметические списковые выражения. Если Х - арифметиче­ское выражение, то список [X] также является арифметическим вы­ражением, например [1,2,3]. Первый элемент списка используется как операнд в выражении. Скажем,

Х is ([1,2,3]+5)

имеет значение 6.

Арифметические списковые выражения полезны и при обработке символов, поскольку последние могут рассматриваться как неболь­шие целые числа. Например, символ «а» эквивалентен [97] и, буду­чи использован в выражении, вычисляется как 97. Поэтому значение выражения «р»+"А"-"а" равно 80, что соответствует коду ASCII для «Р».

Переменная, конкретизированная арифметическим выражени­ем. Примеры:

Х = 5+2 и Y = 3 * (2+А)

Унарные функторы. Примеры:

+(Х) и -(Y)

Функторы преобразования. В некоторых реализациях Пролога имеется арифметика с плавающей точкой, а следовательно, и функ­торы преобразования. Например:

float(X)

преобразует целое число Х в число с плавающей точкой.

Математические функторы. Пример:

квадрат(Х)эквивалентен арифметическому выражению (Х*Х).

Арифметические операторы.

Атомы +, -, *, /, mod и div — обычные атомы Пролога и могут использоваться почти в любом контексте. Указанные атомы — не встроенные предикаты, а функторы, имеющие силу только в пределах арифметических выражений. Они определены как инфиксные операторы. Эти атомы являются главными функторами в структуре, а сама структура может принимать только описанные выше формы.

Арифметический оператор выполняется следующим образом. Во-первых, вычисляются арифметические выражения по обе стороны оператора. Во-вторых, над результатом вычислений выполняется нужная операция.

Арифметические операторы определяются Пролог-системой. Если мы напишем предикат

среднее (X,Y,Z) :- Z is (X+Y)/2.

то, хотя можно определить среднее как оператор,

?- ор(250^х, среднее).

но Пролог выдаст сообщение об ошибке, если встретит выражение Z is X среднее Y.

Это произойдет потому, что Х среднее Y не образует арифметического выражения, а среднее не является арифметическим оператором, определенным в системе.

Вычисление арифметических выражений

В Прологе не допускаются присваивания вида Сумма=2+4.

Выражение такого типа вычисляется только с помощью системного предиката is, например:

Сумма is 2 + 4.

Предикат is определен как инфиксный оператор. Его левый аргумент — или число, или неконкретизированная переменная, а правый аргумент — арифметическое выражение.

Попытка доказательства целевого утверждения Х is Y заканчивается успехом в одном из следующих случаев:

Х — неконкретизированная переменная, а результат вычисления выражения Y есть число;

Х — число, которое равно результату вычисления выражения Y. Цель Х is Y не имеет побочных эффектов и не может быть согласована вновь. Если Х не является неконкретизированной переменной или числом либо если Y — не арифметическое выражение, возникает ошибка.

Примеры:

D is 10- 5 заканчивается успехом и

D становится равным 5

4 is 2 * 4 - 4 заканчивается успехом

2 * 4 - 4 is 4 заканчивается неудачей

a is 3 + 3 заканчивается неудачей

X is 4 + а заканчивается неудачей

2 is 4 - X заканчивается неудачей

Обратите внимание, что предикат is требует, чтобы его первый аргумент был числом или неконкретизированной переменной. Поэтому М - 2 is 3 записано неверно. Предикат is не является встроенным решателем уравнений.

Предикаты ввода-вывода

Предикат readln считывает строку с текущего устройства ввода и связывает ее со своим единственным выходным параметром. Предикат readint читает с текущего устройства целое число и связывает его со своим единственным выходным параметром. Предикат readreal отличается от предиката readint тем, что он считывает не целое, а вещественное число. Для чтения символа с текущего устройства ввода используется предикат readchar. Есть еще предикат inkey, который так же, как и readchar, читает символ со стандартного устройства ввода. Разница между ними в том, что предикат readchar приостанавливает работу программы до тех пор, пока не будет введен символ, а предикат inkey не прерывает выполнение программы. Если нужно просто проверить, нажата ли клавиша, можно воспользоваться предикатом keypressed, не имеющим аргументов. Предикат readterm предназначен для чтения сложных термов. У него два параметра: первый входной указывает имя домена, второй параметр конкретизируется термом домена, записанного в первом параметре. Если считанная этим предикатом строка не соответствует домену, указанному в его первом параметре, предикат выдаст сообщение об ошибке.

Для записи данных в текущее устройство записи служит предикат write. Он может иметь произвольное количество параметров. Кроме того, в Турбо Прологе есть еще и предикат writef, который служит для форматного вывода данных. Для осуществления перехода на следующую строку (возврат каретки и перевод строки) применяется предикат nl, не имеющий параметров.

Описанная ниже группа предикатов служит для преобразования типов. Предикатupper_lower имеет два аргумента и три варианта использования. Если в качестве первого аргумента указана строка (или символ), а второй аргумент свободен, то второй аргумент будет означен строкой (символом), полученной из первого аргумента преобразованием к нижнему регистру. Если в исходной строке были прописные английские буквы, то они будут заменены строчными. Если же, наоборот, первый аргумент свободен, а второй аргумент - это строка (или символ), то первый аргумент получит значение, равное строке (символу), полученной из второго аргумента преобразованием к верхнему регистру. Если в строке, находящейся во втором аргументе, были строчные английские буквы, то они будут заменены прописными. И, наконец, имеется третий вариант использования. Если и первый, и второй аргументы связаны, то предикат будет истинным только в том случае, если во втором аргументе находится строка (символ), которая получается из строки, находящейся в первом аргументе, путем замены всех прописных английских букв на строчные. В противном случае предикат будет ложным.

Также имеют два параметра и три варианта использования предикаты str_int, str_real. Первый преобразует строку в целое число и наоборот. Второй служит для превращения строки в вещественное число или вещественного числа в строку. Предикат str_char имеет те же параметры использования и применяется для преобразования односимвольной строки в один символ и наоборот. Немного по-другому работает предикат char_int. Он позволяет переходить от символа к его ASCII-коду и обратно.

Кроме того, можно использовать обычные математические функции, такие как: логарифмы натуральный (ln) и десятичный (log), квадратный корень (sqrt), модуль (abs), экспонента (exp). Тригонометрические функции: синус (sin), косинус (cos), тангенс (tan), арктангенс (arctan). Величины углов указываются в радианах.

Функция trunc отбрасывает дробную часть своего параметра, а функция round округляет вещественное число до ближайшего целого.

Для вычисления псевдослучайных чисел имеется два варианта предиката random. Первый вариант имеет один выходной параметр, в который помещается сгенерированное вещественное число, лежащее в промежутке межу нулем и единицей. Второй вариант этого предиката - двухаргументный. В качестве первого входного аргумента указывается целое число. Второй аргумент означивается целым числом, лежащим между нулем и первым аргументом.

Одноместный предикат free истинен, если его аргументом является свободная переменная, и ложен в противном случае. Предикат bound, наоборот, истинен, если его аргумент - это связанная переменная, и ложен, если его аргумент свободен.

Управление выполнением программы на прологе

Откат уже упоминался в предыдущих лекциях. Суть этого механизма такова: в том месте программы, где возможен выбор нескольких вариантов, Пролог сохраняет в специальный стек точку возврата для последующего возвращения в эту позицию. Точка возврата содержит информацию, необходимую для возобновления процедуры при откате. Выбирается один из возможных вариантов, после чего продолжается выполнение программы.

Во всех точках программы, где существуют альтернативы, в стек заносятся указатели. Если впоследствии окажется, что выбранный вариант не приводит к успеху, то осуществляется откат к последней из имеющихся в стеке точек программы, где был выбран один из альтернативных вариантов. Выбирается очередной вариант, программа продолжает свою работу. Если все варианты в точке уже были использованы, то регистрируется неудачное завершение и осуществляется переход на предыдущую точку возврата, если такая есть. При откате все связанные переменные, которые были означены после этой точки, опять освобождаются.

При объяснении сущности бэктрекинга часто приводят пример с поиском пути в лабиринте. Один из возможных способов найти выход из лабиринта — это на каждой развилке поворачивать в одну и ту же сторону, до тех пор, пока не попадешь в тупик. После попадания в тупик нужно вернуться до ближайшей развилки. На ней нужно выбрать другое направление. После этого нужно опять на всех развилках выбирать поворот в том же направлении, что и в самом начале. Продолжаем этот алгоритм до тех пор, пока не выберемся из лабиринта.

Методы управления откатом:

Методотката после неудачи.

Этот метод используется в ситуации, когда нужно получить не один ответ, а все возможные в данной ситуации ответы. Например, если вопрос является внутренней целью, то Турбо Пролог останавливает поиск после первого же успешного вычисления цели. При этом выявляется только первое решение. В методе отката после неудачи обычно используется всегда ложный предикат fail. Хотя, по большому счету, вместо этого предиката можно воспользоваться каким-нибудь заведомо ложным выражением. Например, 1=2 или чем-то в этом роде.

Пример. Теперь давайте напишем предикат, который будет выводить на экран с помощью стандартного предиката write имена всех дочек.

show_names:–

mother(_,Name), /* означивает переменную Name

именем дочки */

write(" ", Name), nl,

/* выводит значение переменной

Name на экран */

fail. /* вызывает откат на место, сохраненное

в стеке точек возврата */

GOAL

Предикат fail вызывает неуспешное завершение правила, затем осуществляется откат в точку, помещенную в стек последней. Процесс повторяется до тех пор, пока не будут исчерпаны все варианты достижения подцели mother(_,Name). В окне диалога будут выведены имена всех дочек в том порядке, в котором они упоминались в программе.

пример с городами

Метод отсечения и отката.

В основе этого метода лежит использование комбинации предикатов fail (для имитации неудачи и искусственной организации отката) и «!» (отсечение или cut), который позволяет прервать этот процесс в случае выполнения какого-то условия. Предикат «!» всегда истинен и запрещает откат для подцелей, расположенных левее.

Пример. Модифицируем еще раз предикат, выводящий имена всех дочек, так чтобы он выводил их не все, а только до определенного имени. У предиката будет один входной аргумент, где указывается имя дочери, на котором должен оборваться вывод на экран имен дочек.

Метод повтора, определяемый пользователем.

Он также использует откат, однако, в отличие от метода отката после неудачи, в котором откат осуществляется только после специально созданной неудачи, в этом методе откат возможен всегда за счет использования специального предиката, обычно кодируемого в виде следующего предложения:

Этот предикат всегда успешен. После выполнения первого предложения процедуры в стек точек возврата запоминается указатель, поскольку имеется еще один альтернативный вариант для него. В теле второго предложения опять вызывается предикат repeat.

Предикат repeat не является встроенным предикатом, а имя "repeat" — зарезервированным словом. Соответственно, вместо этого имени можно использовать какое-нибудь другое. С помощью этого предиката можно организовывать циклы, подобные циклам в императивных языках программирования. Нужно не забыть добавить в правило, организующее цикл, кроме предиката repeat, условие завершения цикла и отсечение, чтобы не получилось зацикливания.

Пример. Создадим предикат, который будет дублировать символ, введенный пользователем с клавиатуры. Завершиться этот процесс должен, когда пользователь введет некий ключевой символ, о котором мы заранее договоримся, что его появление означает окончание процесса дублирования символов. Для определенности, возьмем в качестве такого символа точку (.).

Первой подцелью нашего правила записан вызов предиката repeat. Он обеспечивает нам повторное выполнение следующих за ним подцелей. Можно эксперимента ради закомментировать предикат repeat, дабы убедиться, что в этом случае цикла не получится. Последующие подцели выполнятся всего один раз.

Далее, используя стандартный предикат readchar, осуществляем чтение символа с клавиатуры в переменную C. Посредством встроенного предиката write выводим два экземпляра введенного пользователем символа на экран; стандартным предикатом nl переводим курсор на следующую строку. Затем значение переменной C сравнивается с символом точка (‘.’). Это условие, которое, с одной стороны, обеспечивает откат на первую подцель (предикат repeat), а с другой обеспечивает выход из цикла. Если поступивший с клавиатуры символ отличен от точки, подцель C=’.’ терпит неуспех. Пролог-система осуществляет откат на последнее место, указатель на которое записан в стеке точек возврата. Из подцелей, расположенных левее, альтернативы имелись только у первой подцели (предиката repeat). Все повторяется еще раз. Пользователь вводит символ, он дважды отображается на экране, сравнивается с точкой. Процесс повторяется до тех пор, пока введенный символ не окажется точкой. В этом случае подцель C=’.’ окажется успешной, управление перейдет на подцели, расположенные правее. Предикат nl сдвинет курсор на начало следующей строки, стандартный предикат write выводит на экран сообщение: "Была введена точка. Закончили." — и процесс дублирования символов на этом завершается.

Напишем внутреннюю цель, которая проинформирует пользователя о правилах работы нашей программы, после чего запустит предикат double_char.

GOAL