人工智能实验报告 华北电力大学 刘丽Word格式.docx

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七、所附实验输出的结果或数据

设计性实验报告应含的主要内容：

一、设计要求

二、选择的方案

三、所用仪器、设备

六、结论（依据“设计要求”）

*封面左侧印痕处装订

1.熟悉PROLOG的运行环境，进行prolog的基本编程练习。

了解PROLOG语言中常量、变量的表示方法。

PROLOG的简单程序结构，掌握分析问题、询问解释技巧；

进行事实库、规则库的编写，并在此基础上进行简单的询问。

具体实验课上相关内容，练习例1到例6的内容。

2.图搜索问题求解。

任选以下实际应用题目：

爱因斯坦的超级问题、字谜问题、汉诺塔问题、八数码问题、八皇后问题、过河问题等，选两个。

要求实验报告中包括：

程序及其注释和说明、console表单中的程序运行结果。

PC机和trincprolog编译软件

PROLOG语言是一种以逻辑推理为基础的逻辑型程序设计语言，是一种陈述性语言而不是过程性语言。

PROLOG语言能够自动实现模式匹配和回溯、具备递归技术，而且语法简明，可以简化复杂问题求解。

熟悉环境Trinc-Prolog，用来编译各个逻辑新非常强的问题，从中选择汉诺塔和过河问题进行解决。

在PROLOG中，常用的结构形式有：

（1）函子（分量1，分量2，……，分量n）

（2）表：

Prolog语言中最常用的数据结构，由一些有序分量组成，长度可任意

含有3个分量a，b，c的表可写成[a，b，c]，如用函数的方式可写成·

（a·

（b·

（c[]）））。

其中符号“．”是表的函子

（3）表达式

PROLOG语言提供了各种运算，如算术、比较运算等

运算可以是中缀形式，简明直观，符合人们的习惯

算术表达式X+Y-Z中，“+”、“-”便是运算符，该表达式如用函数结构形式来表示就是-（+（XY）Z）

表示对象间的因果关系、蕴含关系或对应关系

格式：

head:

-body

head是谓词的定义部分，与事实一样，也包括谓词名和谓词的参数说明

:

-连接符，一般可以读作‘如果’

body一个或多个目标，与查询相同

bird（X）:

-annimal（X）,has（X,feather）.

grandfather（X,Y）:

-father（X,Z）,father（Z,Y）.

规则中的谓词也可以无参数：

run:

-start,step1（X）,step2（X）,end.

Prolog的查询工作靠模式匹配完成

查询的模板叫做目标（goal）

如果有某个事实与目标匹配，那么查询成功，解释器会回显‘yes.’

如果没有匹配的事实，查询失败，解释器回显'

no.‘

Prolog的模式匹配工作叫做联合（unification），以下三个条件是使联合成功的必要条件

目标谓词名与数据库中的某个谓词名相同

这两个谓词的参数数目相同

所有的参数也相同

在查询目标中还可以使用Prolog的变量

这种变量和其他语言中的不同，叫它逻辑变量更合适

变量可以代替目标中的一些参数

变量给联合操作带来了新的意义。

以前联合操作只有在谓词名和参数都相同时才能成功。

但是引入了变量之后，变量可以和任何的条目匹配

当联合成功之后，变量的值将和它所匹配的条目的值相同。

这叫做变量的绑定（binding）。

当带变量的目标成功的和数据库中的事实匹配之后，Prolog将返回变量绑定的值

当Prolog试图与某一个目标匹配时，例如：

location/2，它就在数据库中搜寻所有用location/2定义的子句，当找到一条与目标匹配时，它就为这条子句作上记号。

当用户需要更多的答案时，它就从那条作了记号的子句开始向下查询

我们来看一个例子：

用户询问：

location（X，kitchen）.

Prolog找到数据库中的第一条location/2子句，并与目标比较

用户输入回车，Prolog开始寻找其他的答案

首先它必须释放（unbinds）变量X。

然后从上一次成功的位置的下一条子句开始继续搜索。

这个过程叫做回溯（backtracking）

在本例中就是第三条子句

子句#3location（flashlight,desk）.

匹配失败，直到第六条子句时匹配又成功

Prolog的目标有四个端口用来控制运行的流程

调用（call）

退出（exit）

重试（redo）

失败（fail）

一开始使用Call端口进入目标，如果匹配成功就到了exit端口，如果失败就到了fail端口，如果用户输入回车，则又从redo端口进入目标

每个端口的功能如下：

call开始使用目标搜寻子句

exit目标匹配成功，在成功的子句上作记号，并绑定变量

redo试图重新满足目标，首先释放变量，并从上次的记号开始搜索

fail表示再找不到更多的满足目标的子句了

-?

-location（X,kitchen）.

用startstep观察

程序第一次执行，与第一个事实匹配，输出，回车换行，number=1，不匹配，引起回溯

与第二个事实匹配，输出，回车换行，number=2，不匹配，引起回溯

与第三个事实匹配，输出，回车换行，number=3，匹配，最后一个语句成功，程序段结束

?

-print2.（观察结果）

表是有若干元素的有序序列，表中元素也可以为表

表最大的特点是长度不固定，在程序运行中可以动态的变化

PROLOG中采用一对方括号[]把表元素括起来，每个元素间用逗号或空格分开

谓词append是递归定义的

在Prolog中，当某个谓词的目标中包含了此谓词本身时，Prolog将进行递归调用

递归技术在表处理中特别有用，几乎所有的表处理程序都用到递归，但在一般程序中，使用递归要谨慎，或尽量不用，因为递归很容易导致堆栈溢出

到目前为止，我们都一直在使用Prolog内建的回溯功能。

使用此功能可以方便地写出结构紧凑的谓词来

并不是所有的回溯都是必须的，这时我们需要能够人工地控制回溯过程

Prolog提供了完成此功能的谓词，叫做cut，使用符号！

来表示

Cut能够有效地剔除一些多余的搜索。

如果在cut处产生回溯，它会自动地失败，而不去进行其它的选择

若将“！

”插在子句体内作为一个子目标，它总是立即成功

2.若“！

”位于子句体的最后，则它就阻止对它所在字句的头谓词的所有子句的回溯访问，而让回溯跳过该头谓词，去访问前一个子目标

3.若“！

”位于其他位置，则当其后发生回溯且回溯到“！

”处时，就在此失败，并且“！

”还使它所在子句的头谓词整个失败

cut不符合纯逻辑学，是出于实用的考虑，过多地使用cut将降低程序的易读性和易维护性。

它就像是其它语言中的goto语句

当能够确信在谓词中的某一点只有一个答案，或者没有答案时，使用cut可以提高程序的效率，另外，如果在某种情况下想让某个谓词强制失败，而不让它去寻找更多的答案时，使用cut也是个不错的选择

五、求解的问题与程序

如果要移动N个盘子，就要分三步走：

把N-1个盘子移动到中间的杆子上（把中间的杆子作为临时存放盘子的位置）

把最后一个盘子直接移到右边的杆子上

最后把中间杆子上的盘子移到右边的杆子上（把左边的杆子作为临时存放盘子的位置）

对于汉诺塔问题，实现的代码如下：

hanoi（N）:

-move（N,left,middle,right）.

move（1,A,_,C）:

-inform（A,C）,!

.

move（N,A,B,C）:

-N1isN-1,move（N1,A,C,B）,inform（A,C）,move（N1,B,A,C）.

inform（Loc1,Loc2）:

-nl,

write（'

Moveadiskfrom'

-Loc1-'

to'

-Loc2）.

运行结果如下：

输入:

-hanoi（4）.后得出

Moveadiskfrom-left-to-middle

Moveadiskfrom-left-to-right

Moveadiskfrom-middle-to-right

Moveadiskfrom-right-to-left

Moveadiskfrom-right-to-middle

Moveadiskfrom-middle-to-left

Moveadiskfrom-middle-to–right

对于过河问题实现的代码如下：

move（1,0）.%表示船上有一位牧师，没有野人。

move（0,1）.

move（0,2）.

move（2,0）.

move（1,1）.

%判断移动后两岸状态是否合法

legal（（X,Y,_））:

-%X为左岸状态，Y为右岸状态。

_取0或1，0代表左岸，1代表右岸

legal1（X）,%分别判断两岸的状态是否合法。

legal1（Y）.

legal1（（X,Y））:

-

X=:

=0,Y>

=0,!

.%牧师人数为0，野人的人数大于0，合法。

Y=:

=0,X>

.%野人人数为0，牧师的人数大于0，合法。

X>

=Y,X>

=0.%牧师数大于或等于野人数，且都大于0，合法。

%update谓词能够完成把合理的移动作用的某个状态上，从而到达新的状态。

update（（X,Y,0）,Move,Statu1）:

-%船在左岸时

（A,B）=X,

（C,D）=Y,

（E,F）=Move,

C1isC+E,

D1isD+F,

A1isA-E,

B1isB-F,

Statu1=（（A1,B1）,（C1,D1）,1）.

update（（X,Y,1）,Move,Statu1）:

-%船在右岸时

（A,B）=X,

C1isC-E,

D1isD-F,

A1isA+E,

B1isB+F,

Statu1=（（A1,B1）,（C1,D1）,0）.

%有了以上的三个谓词move，update，legal我们就可以很容易的做出判断两个合法的状态相邻的谓词。

connect（Statu,Statu1）:

move（X,Y）,

update（Statu,（X,Y）,Statu1）,

legal（Statu1）.

%判断对象X是表的成员

member（X,[X|Tail]）.

member（X,[Head|Tail]）:

-member（X,Tail）.

%再使用深度搜索方法就可以找到答案了。

由查找的目标状态X：

（（0,0）,（3,3）,1），开始向前查找直到与查找前的初始状态Y：

（（3,3）,（0,0）,0）相匹配，查找结束。

findroad（X,X,L,L）.%递归的边界条件。

findroad（X,Y,L,L1）:

-%L为储存的路径表。

connect（X,Z）,

not（member（Z,L））,%当前状态Z不在已经储存的路径表中。

findroad（Z,Y,[Z|L],L1）.

运行结果：

-findroad（（（0,0）,（3,3）,1）,（（3,3）,（0,0）,0）,[（（0,0）,（3,3）,1）],L）.

L=[（（3,3）,（0,0）,0）,

（（2,2）,（1,1）,1）,

（（3,2）,（0,1）,0）,

（（3,0）,（0,3）,1）,

（（3,1）,（0,2）,0）,

（（1,1）,（2,2）,1）,

（（2,2）,（1,1）,0）,

（（0,2）,（3,1）,1）,

（（0,3）,（3,0）,0）,

（（0,1）,（3,2）,1）,

（（0,2）,（3,1）,0）,

（（0,0）,（3,3）,1）,

（（0,1）,（3,2）,0）,

（0,0）,（3,3）,1]

六、结论

Prolog：

ProgramminginLogic（逻辑编程）

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

现在被广泛的应用在人工智能的研究中

prolog不是很高深的语言

比较起其他的一些程序语言，例如c、basic等等语言，prolog是更加容易理解的语言

prolog程序没有特定的运行顺序，其运行顺序是由电脑决定的，而不是编程序的人

从这个意义上来说，prolog程序不是真正意义上的程序

所谓程序就是按照一定的步骤运行的计算机指令

prolog程序的运行步骤不由人来决定。

它更像一种描述型的语言，用特定的方法描述一个问题，然后由电脑自动找到这个问题的答案

极端的例子：

只需要把某个数学题目告诉它，它就会自动的找到答案，而不像使用其他的语言一样，必须人工的编制出某种算法

prolog程序中没有if、when、case、for这样的控制流程语句

程序的运行方式有电脑自己决定，当然就用不到这些控制流程的语句了

通常情况下，程序员不需要了解程序的运行过程，只需要注重程序的描述是否全面

prolog也提供了一些控制流程的方法，这些方法和其他语言中的方法有很大的区别

prolog程序和数据高度统一

在prolog程序中，是很难分清楚哪些是程序，哪些是数据的

prolog中的所有东西都有相同的形式，也就是说数据就是程序，程序就是数.