人工智能蔡自兴实验2事实表示.docx
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人工智能蔡自兴实验2事实表示
实验2Prolog程序事实表示
VisualProlog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VisualProlog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VisualProlog6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VisualProlog6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
VisualProlog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（goalclause）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ProgramminginLOGic（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。
%Thisisthesyntaxforcomments.%MORTAL-ThefirstillustrativeProlog
programmortal（X）:
-person（X）.
person（socrates）.
person（plato）.
person（aristotle）.
mortal_report:
-
write（'Knownmortalsare:
'）,nl,mortal（X）,
write（X）,nl,
fail.
把这个程序调入Listener中，运行mortal_report.。
?
-mortal_report.
Knownmortalsare:
socrates
plato
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。
谓词：
Prolog语言的基本组成元素，可以是一段程序、一个数据类型或者是一种关系。
它由谓词名和参数组成。
两个名称相同而参数的数目不同的谓词是不同的谓词。
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'
'embeddedblanks'
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（'JohnJones',boston,good_credit）.
customer（'SallySmith',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（'diningroom'）.
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（'washingmachine',cellar）.
location（nani,'washingmachine'）.
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,'diningroom'）.
door（kitchen,cellar）.
door（'diningroom',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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