人工智能(蔡自兴)-实验2事实的表示

实验2 Prolog程序事实表示

Visual Prolog是面向对象的、严格类型化的和模式检验的程序设计语言。在编写Visual Prolog程序时，必须掌握这些内容，但是在这里将集中在编写代码这个核心问题上，也就是说，编写这些代码时暂时不考虑类、类型和模式。

为此，将使用包含在Visual Prolog 6 中的PIE例子。PIE是一个经典的Prolog解释器，通过它，可以学会和实现Prolog程序，而不必关心类、类型等方面的知识。

这里的内容是基于使用Build6004或者是以后的Visual Prolog 6版本，否则，PIE应用程序将不会象现在描述的这样工作。这个编译号可以在VDE的About对话框中找到。

1． Horn子句逻辑

Visual Prolog 和其它Prolog用语都是基于Horn子句逻辑的。Horn子句逻辑是对事物及其相互关系进行推理的形式系统。

在自然语言中，可以有这样样的一个陈述句：

John是Bill的父亲。

这里涉及两个实体，John和Bill,以及他们之间的关系,即一个是另

一个的父亲.在Horn子句逻辑中,可以这样形式化地表述上面的陈述

句:

father(“Bill”,”John”).

上面的father是带两个参量的一个谓词或关系，它表示第2个人是

第1个人的父亲。

注意：此处已经选择了第2个人是第1个人的父亲，也可以选择另外

的方式，变量的顺序形式化设计者的选择，然而一旦选定了，就必须

保持一致，在这里的表述中，父亲始终是第2个人。

已经选择用人名来代表人，因为在现实世界中，许多人有相同的名字，

所以这一方法不一定有效。但在这里，用这一简单的形式化表示。

有了上面的形式化方法，可以表示任何人之间的任何类型的家庭关

系，但是，为了让这些表述更为有趣，制定下面的规则。

X是Z的祖父，如果X是Y的父亲且Y是Z的父亲

其中X，Y，Z指人。在Horn子句逻辑中，可以这样表述 grandFathe(Person,GrandFathe):-

father(Person,Father),father(Father,GrandFather).

已经选择使用了比X，Y，Z更容易理解的变量名。另外，还引入了一

个谓词来描述祖父关系。再次选择了祖父作为第二个变量，像这样的

保持一致是明智的，不同谓词的变量可以遵循相同的规则，当解读这

些规则时，可以将：-解释为“如果（if）”,将隔开关系的逗号解释

为“与（and）”.

像“John是Bill的父亲”这样的陈述称为事实，而“X是Z的祖父，

如果X是Y的父亲且Y是Z的父亲“称为规则。

可以用事实和规则来形成定理，一个定理是事实和规则的集合，下面

陈述一个小定理：

father(“Bill”,”John”). fathaer(“Pam””Bill”). grandFather(Person,GrandFather):-

father(Person,Father), father(Father,GrandFather). 这个定理的作用是回答这样的一些问题:

John是Sue的父亲吗? 谁是Pam的父亲?

John是Pam的祖父吗?

^„„ 这些问题称为目标（goal），它们可以这样形式化表示：

？- father(“Sue”,”John”).

？-father(“Pam”,X). ?- grandfather(“Pam”,”John”). 这些问题被称为目标子句（goal clause）或简称为目标。事实（facts）,规则（rules）及目标合起来称为Horn子句，因此得名为Horn子句逻辑。

某些目标，如第一个和最后一个目标，可以简单地用“是”或“不是”来回答，其他目标，如第2个目标，需要寻找一个解，例如，X=“Bill”. 一个目标可以有多个解，例如：

？- father(X,Y).

E有两个解：

X=“Bill”，Y=”John”.

X=“Pam”，Y=”Bill”.

一个Prolog程序是一个定理和目标的集合。当程序开始时，它试图使用定理为目标找到一个解。

探索Prolog

Prolog在英语中的意思就是Programming in LOGic（逻辑编程）。它是建立在逻辑学的理论基础之上的， 最初是运用于自然语言的研究领域。然而现在它被广泛的应用在人工智能的研究中，它可以用来建造专家系统、自然语言理解、智能知识库等。同时它对一些通常的应用程序的编写也很有帮助。使用它能够比其他的语言更快速地开发程序，因为它的编程方法更象是使用逻辑的语言来描述程序。 从纯理论的角度来讲，Prolog是一种令人陶醉的编程语言，但是在这本书中还是着重介绍他的实际使用方法。

逻辑编程

什么叫逻辑编程？也许你还没有一个整体的印象，还是让我们首先来研究一个简单的例子吧。运用经典的逻辑理论，我们可以说“所有的人（person）都属于人类（moral）”，如果用Prolog的语言来说就是“对于所有的X，只要X是一个人，它就属于人类。”

moral(X):-person(X) . 同样，我们还可以加入一些简单的事实，比如：苏格拉底（socrates）是一个人。

person(socrates).

有了这两条逻辑声明，Prolog就可以判断苏格拉底是不是属于人类。在Prolog的Listener中键入如下的命令：

?-mortal(socrates). (此句中的'?-'是Listener的提示符，本句表示询问苏格拉底是不是属于人类。）

Linstener将给出答案：

yes

我们还可以询问，“谁属于人类？”

?-mortal(X).

我们会得到如下的答案：

X= socrates

这个简单的例子显示了Prolog的一些强大的功能。它能让程序代码更简洁、更容易编写。在多数情况下Prolog的程序员不需要关心程序的运行流程，这些都由Prolog自动地完成了。

当然，一个完整的程序不能只包括逻辑运算部分，还必须拥有输入输出，乃至用户界面部分。很遗憾，Prolog在这些方面做得不好，或者说很差。不过它还是提供了一些基本的方法的。下面是上述的程序一个完整的例子。

把这个程序调入Listener中，运行

?- mortal_report.

Known mortals are:

socrates

plato mortal_report.。

aristotle

no

以上程序中的一些函数以后还会详细的介绍的。最后的那个no表示没有其他的人了。

进入下一章

从下一章起，就开始正式介绍Prolog的编程方法了。我将用一个实例来介绍Prolog，这是一个文字的冒险游戏，你所扮演的角色是一个三岁的小女孩，你想睡觉了，可是没有毛毯（nani）你就不能安心的睡觉。所以你必须在那个大房子中找到你的毛毯，这就是你的任务。这个游戏能够显示出一些Prolog的独到之处，不过Prolog的功能远不止编个简单的游戏，所以文中还将介绍一些其他的小程序。

事实 (facts) 注：斜粗体字表示Prolog的专有名词

事实（facts）是prolog中最简单的谓词（predicate）。它和关系数据库中的记录十分相似。在下一章中我们会把事实作为数据库来搜索。

事实的语法结构如下：

pred(arg1, arg2, ... argN).

其中pred为谓词的名称。arg1，...为参数，共有N个。‘.’是所有的Prolog子句的结束符。没有参数的谓词形式如下：

pred.

参数可以是以下四种之一：

整数（integer)

绝对值小于某一个数的正数或负数。

原子（atom）

由小写字母开头的字符串。

变量（variable）

由大写字母或下划线（_）开头。

结构（structure）

在以后的章节介绍。

不同的Prolog还增加了一些其他的数据类型，例如浮点数和字符串等。

Prolog字符集包括： 大写字母，A-Z；小写字母，a-z；数字，0-9；+-/\^,.~:.?#$等。

原子通常是字母和数字组成，开头的字符必须是小写字母。例如： hello

twoWordsTogether

x14

为了方便阅读，可以使用下划线把单词分开。例如：

a_long_atom_name

z_23

下面的是不合法的原子，

no-embedded-hyphens

123nodigitsatbeginning

_nounderscorefirst

Nocapsfirst

使用单引号扩起来的字符集都是合法的原子。例如：

'this-hyphen-is-ok'

'UpperCase'

'embedded blanks'

下面的由符号组成的也是合法的原子：

-->

++

变量和原子相似， 但是开头字符四大写字母或是下划线。例如： X

Input_List

_4th_argument

Z56

有了这些基本的知识，我们就可以开始编写事实了。事实通常用来储存程序所需的数据。例如，某次商业买卖中的顾客数据。customer/3。（/3表示customer有三个参数）

customer('John Jones', boston, good_credit).

customer('Sally Smith', chicago, good_credit).

必须使用单引号把顾客名引起来，因为它们是由大写字母开头的，并且中间有空格。

再看一个例子，视窗系统使用事实储存不同的窗口信息。在这个例子中参数有窗口名称和窗口的位置坐标。

window(main, 2, 2, 20, 72).

window(errors, 15, 40, 20, 78).

某个医疗专家系统可能有如下的疾病数据库。

disease(plague, infectious). {疾病（瘟疫，有传染性）}

Prolog的解释器提供了动态储存事实和规则的方法，并且也提供了访问它们的方法。数据库的更新是通过运行‘consult’或

‘reconsult’命令。我们也可以直接在解释器中输入谓词，但是这些谓词不会被储存到硬盘上。

寻找Nani

下面我们正式开始“寻找Nani”游戏的编写。我们从定义基本的事实开始，这些事实是本游戏的基本的数据库。它们包括：  房间和它们的联系





 物体和它们的位置 物体的属性 玩家在游戏开始时的位置

图2.1 “寻找Nani”游戏的的房间格局

首先我们使用room/1谓词定义房间，一共有五条子句，它们都是事实，如图2.1。

room(kitchen).

room(office).

room(hall).

room('dining room').

room(cellar).

我们使用具有两个参数的谓词来定义物体的位置。第一个参数代表物体的名称，第二个参数表示物体的位置。开始时，我们加入如下的物体。

location(desk, office).

location(apple, kitchen).

location(flashlight, desk).

location('washing machine', cellar).

location(nani, 'washing machine').

location(broccoli, kitchen).

location(crackers, kitchen).

location(computer, office).

注意：我们定义的那些符号，例如：kitchen、desk等对于我们是有意义的，可是它们对于Prolog是没有任何意义的，完全可以使用任何符号来表示房间的名称。

谓词location/2的意思是“第一个参数所代表的物体位于第二个参数所代表的物体中”。Prolog能够区别location(sink, kitchen)和location(kitchen, sink)。因此，参数的顺序是我们定义事实时需要考虑的一个重要问题。

下面我们来表达房间的联系。使用door/2来表示两个房间有门相连，这里遇到了一个小小的困难：

door(office, hall).

我们想要表达的意思是，office和hall之间有一个门。可是由于Prolog能够区分door(office, hall)和door(hall, office)， 所

以如果我们想要表达一种双向的联系，就必须把每种联系都定义一遍。

door(office, hall).

door(hall, office).

参数的顺序对定义物体的位置有帮助，可是在定义房间的联系时却带来了麻烦。我们不得不把每个房门都定义两次！

在这一章里，只定义单向的门，以后会很好地解决此问题的。 door(office, hall).

door(kitchen, office).

door(hall, 'dining room').

door(kitchen, cellar).

door('dining room', kitchen).

下面定义某些物体的属性，

edible(apple).

edible(crackers).

tastes_yucky(broccoli).

最后，定义手电筒（由于是晚上，玩家必须想找到手电筒，并打开它才能到那些关了灯的房间）的状态和玩家的初始位置。

turned_off(flashlight).

here(kitchen).

好了，到此你应该学会了如何使用Prolog的事实来表达数据了。 用事实表达完成以下描述

作业

1

作业2

比如一群年轻人正在恋爱，每个人都有自己心中所追求的对象： 张学友爱王菲

张学友爱周慧敏

王菲爱谢廷峰

周慧敏爱张学友

谢廷峰爱王菲

谢廷峰爱周慧敏

刘德华爱周慧敏

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