人工智能與專家系統(tǒng)第四章智能程序設(shè)計課件

1、第四章 PROLOG語言與智能程序設(shè)計第一節(jié) PROLOG語言的基本知識第二節(jié) PROLOG程序設(shè)計基礎(chǔ)第三節(jié) 對回溯的控制第四節(jié) PROLOG的基本程序段第一節(jié) PROLOG語言的基本知識一、PROLOG語言簡介二、PROLOG語言的特點(diǎn)1、PROLOG語言是一種描述型語言2、數(shù)據(jù)和程序是統(tǒng)一的3、自動實現(xiàn)模式匹配和回溯4、程序易于編寫和閱讀5、語句類型少，語法簡明第一節(jié) PROLOG語言的基本知識三、PROLOG語言的三種基本語句1、事實含義表示對象具有某種性質(zhì)，或某幾個對象之間的關(guān)系形式謂詞（對象1，對象2，對象n），n為任意正整數(shù) 裸謂詞注意：對象之間用逗號分開全部對象用括號括住謂詞必

2、須以小寫字母開頭每個事實都用一個實心句點(diǎn)結(jié)束第一節(jié) PROLOG語言的基本知識示例man(zhangsan).is( sun,big).on(book,table).on(f,c).on(c,b).on(b,a).on(e,d).block(a).block(b).abcfde第一節(jié) PROLOG語言的基本知識最簡單的PROLOG程序由兩部分組成謂詞部分定義謂詞predicates name(symbol,symbol, )字句部分列出所有事實clauses name(對象1,對象2, ).第一節(jié) PROLOG語言的基本知識一個簡單的程序predicatesis(symbol,symbol)h

3、as(symbol,symbol)clausesis(“王”,”年齡小”).is(“劉”,”個頭高”).is(“李”,”有音樂天才”).has(“張”,”書”).goal: is(“劉”,”個頭高”)yesgoal: is(“王”,”有音樂天才”)nogoal: has(“張”,”書”)yesgoal: has(“書”,”張”)no第一節(jié) PROLOG語言的基本知識2、規(guī)則含義表示事物成立所要遵循的法則，即事物之間的新關(guān)系形式事實D if 事實A，事實B，事實C，事實D :- 事實A，事實B，事實C，注意：規(guī)則頭只能有一個事實規(guī)則體部可有多個事實規(guī)則體中各個事實之間用逗號連接表示“與”關(guān)系每個

4、規(guī)則都用一個實心句點(diǎn)結(jié)束第一節(jié) PROLOG語言的基本知識示例predicatesmother(symbol,symbol)grandmother(symbol,symbol)clausesmother(“錢”,”孫”).mother(“孫”,”李”).mother(“王”,”張”).grandmother(X,Y) if mother(X,Z), mother(Z,Y)goal: grandmother(“錢”,”李”)yesgoal: grandmother(“孫”,”張”)no第一節(jié) PROLOG語言的基本知識3、詢問含義詢問對象之間某種關(guān)系是否成立的疑問句形式goal: 事實1，事實2

5、，事實3，事實n n為任意正整數(shù) 注意：各個事實之間用逗號連接表示“與”關(guān)系表示：“事實1，事實2，事實3，事實n”同時成立嗎？ 第一節(jié) PROLOG語言的基本知識四、項1、項的定義項= 常量原子：對象的名字、謂詞函數(shù)名（小寫字母開頭） 數(shù)字變量暫時不能命名或不需要命名的對象以大寫字母開頭匿名變量：on(_,a); mother(_,”李”）自由變量和約束變量第一節(jié) PROLOG語言的基本知識結(jié)構(gòu)又稱復(fù)合項，是由一組其他對象組成的單個對象包括：函數(shù)項：readchar(X)、mother(“李”, “孫”）表：a,b,c表達(dá)式：2*3+17結(jié)構(gòu)的嵌套accident(date(year,mon

6、th,day),who,place)第一節(jié) PROLOG語言的基本知識2、項的匹配規(guī)則（1）若A、B是項，A是自由變量，則B無論是何值，A可以被B匹配（2）常量與自身匹配成功（3）結(jié)構(gòu)的每一對應(yīng)成分匹配，則匹配成功第一節(jié) PROLOG語言的基本知識五、表1、概念表是具有相同類型對象的有序集合如：1,2,3、a,b,c、a,b(f,c),d、2、表頭、表尾表頭表中第一個元素表尾表中的其余部分，可以是另一張表3、表的匹配表中的常量完全相同才匹配表中的變量可與任何對象匹配表頭只與一個分量匹配，表尾可與一個表匹配第二節(jié) PROLOG程序設(shè)計基礎(chǔ)一、PROLOG程序的組成1、前提部分（條件）包括有關(guān)的事

7、實和規(guī)則2、問題部分（目標(biāo)）問題求解的目標(biāo)結(jié)果二、PROLOG程序的設(shè)計步驟1、說明事實2、定義規(guī)則3、明確目標(biāo)第二節(jié) PROLOG程序設(shè)計基礎(chǔ)三、判定規(guī)則中變量值的原則1、在同一條規(guī)則中，所有相同名字的變量具有相同的內(nèi)容2、如果規(guī)則頭中的變量被約束了，則規(guī)則體中的同名變量也被約束為相同的內(nèi)容3、當(dāng)規(guī)則頭中的變量未被約束時，如果規(guī)則體中的同名變量被約束了，則規(guī)則頭中的同名變量和規(guī)則體中的其他同名變量也被約束為相同的內(nèi)容4、如果多條規(guī)則中有相同名字的變量，則這些同名變量不相關(guān)5、只有規(guī)則在使用時，規(guī)則中的變量才被約束第二節(jié) PROLOG程序設(shè)計基礎(chǔ)四、PROLOG程序的目標(biāo)求解過程1、匹配與回溯

8、predicatesperson(symbol, symbol)clausesperson(z, m).person(y, w).person(c, w).person(l, m).goal: person(X,m)X=zX=l第二節(jié) PROLOG程序設(shè)計基礎(chǔ)predicates likes(symbol, symbol)clauseslikes(zhang, flower).likes(zhang, wine).likes(wang, wine).likes(wang, zhang).goal: likes(wang, X)X=wineX=zhanggoal: likes(zhang,X),

9、 likes(wang,X)X=wine第二節(jié) PROLOG程序設(shè)計基礎(chǔ)2、包含多個子目標(biāo)的問題求解過程goal: 事實1，事實2，事實n3、示例dish(pork).dish(fish).main(rice).main(bread).fruit(apple).fruit(orange).meal(D, M, F) if dish(D), main(M), fruit(F).goal: meal(D, M, F)第二節(jié) PROLOG程序設(shè)計基礎(chǔ)五、規(guī)則的遞歸描述1、概念在規(guī)則中，將自身作為一個成份，則稱此規(guī)則是遞歸的如：on(a4, a3).on(a3, a2).on(a2, a1).top(

10、An, A1) if on(An, A1).top(An, A1) if on(A2, A1), top(An, A2).goal: top(a4, a1)a1a2a3a4第二節(jié) PROLOG程序設(shè)計基礎(chǔ)2、示例（1）求power(0,1).power(N,Y) if N1=N-1, power(N1, Y1), Y=N*Y1goal: power(2, Y)Y=2(2) 求表的長度length(, 0).length(HT, X) if length(T, X1), X=X1+1goal: length(a,b,c, X)X=3第二節(jié) PROLOG程序設(shè)計基礎(chǔ)（3）x是否是表中的一個memb

11、er(X, X_).member(X, _Y) if member(X, Y).goal: member(b, a,b,c)yes(4) 求表中最后一個元素last(X, X).last(YZ, P) if last(Z, P).goal: last(a,b,c, Y)Y=c第二節(jié) PROLOG程序設(shè)計基礎(chǔ)（5）表的連接append(, L, L) .append(HL1, L2, HL3, ) if append(L1, L2, L3)goal: append(L1, L2, a,b,c)第三節(jié) 對回溯的控制一、截斷1、示例predicates person(symbol, symbol)c

12、lauses person(z, m). person(y, w). person(c, w). person(l, m).goal: person(A,_), person(B,_), ABgoal: person(A,_), person(B,_), AB, !A=z, B=yA=z,B=yA=z,B=cA=z,B=lA=y,B=zA=y,B=cA=y,B=lA=c,B=zA=c,B=yA=c,B=lA=l,B=zA=l,B=yA=l,B=c第三節(jié) 對回溯的控制2、“!”的概念“!”表示截斷，系統(tǒng)內(nèi)部謂詞，不帶任何變元作為目標(biāo)，求解立即成功，即該謂詞總是取真值成功后，不能回溯，即穿過!的回

13、溯是不可能的goal: h1, h2, !, h3, h4第三節(jié) 對回溯的控制predicates person(symbol, symbol)clauses person(z, m). person(y, w). person(c, w). person(l, m).goal: person(A,_), person(B,_), ABgoal: person(A,_), person(B,_), AB, !goal: person(A,_), !, person(B,_), ABgoal: person(A,_), person(B,_), !, ABgoal: !, person(A,_)

14、, person(B,_), AB12 個解1個解3個解無解12個解第三節(jié) 對回溯的控制二、失敗1、示例predicates person(symbol, symbol) outputclauses person(z, m). person(y, w). person(c, w). person(l, m). output if person(X,_), write(“姓名:”, X), nlgoal: output姓名：zyesgoal: person(X,_),write(“姓名：”），nl姓名：z姓名：y姓名：c姓名：l第三節(jié) 對回溯的控制predicates person(symbol

15、, symbol) outputclauses person(z, m). person(y, w). person(c, w). person(l, m). output if person(X,_), write(“姓名:”, X), nl, failgoal: output 姓名：z 姓名：y 姓名：c 姓名：l no第三節(jié) 對回溯的控制2、”fail”的概念是系統(tǒng)內(nèi)部謂詞，不帶任何變元，表示失敗作為目標(biāo)，求解立即失敗，引起回溯goal: h1, h2, fail, h33、!與fail相結(jié)合的例子not-equal(X,Y) if equal(X,Y), !, fail.not-equ

16、al(X,Y).equal(X,X).goal: not-equal(6,7)yesgoal: not-equal(6,6)no第四節(jié) PROLOG的基本程序段一、常量段用來說明符號常量由“constant”標(biāo)識在常量說明中，系統(tǒng)不區(qū)分大小寫可有多個常量段每個常量要先定義后使用例如：constantpi=3.14159zero=0num=50第四節(jié) PROLOG的基本程序段二、域段由domains標(biāo)識1、標(biāo)準(zhǔn)域char標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼中任意一個字符，被單引號括起來integerrealstring由雙引號括起來的字符序列symbol以小寫字母開始，由若干字母、數(shù)字、下劃線組成的序列雙引號括起來

17、的字符序列若謂詞參數(shù)采用標(biāo)準(zhǔn)域，則域段可省略若謂詞參數(shù)采用非標(biāo)準(zhǔn)域，則需在域段中說明第四節(jié) PROLOG的基本程序段2、表域=*例如：domains myint=integer mylist=myint*predicatesmember(myint, mylist)clausesmember(X,X_).member(X,_Y) if member(X,Y) domains mylist=integer*predicatesmember(integer, mylist)第四節(jié) PROLOG的基本程序段3、復(fù)合對象域=(, , ,) 例如：domains person=person(name,address)name=name(first,last)address=address(street,city,state)street=street(number,streetname)city,state,streetname=stringfirst,last=stringnum