Logic Programming With Prolog学习笔记（一）

第一章：Getting start

1、 hello world：

write(“Hello World”),nl,write(“Welcome to Prolog”),nl.

以 .号做结束，有一系列目标（ goal）组成（一般也称为查询 query），目标之间用 ,号隔开，这里的 write和 nl其实是内建的 IO谓词，总共 4个目标按顺序执行， nl是开始一个新行，所有目标达成， Prolog系统会输出 yes。

2、 halt也是 BIPs，用于结束 Prolog系统， statistics用于系统统计（ cpu、内存等）。 BIPs都是会产生副作用的谓词。比如 write就是会产生输出到用户屏幕副作用的 IO谓词。

3、第一个程序，写入下列代码并保存为 prog1.pl:

dog(fido).

cat(felix).

animal:-dog(X).

通过 consult谓词，将该程序导入数据库（本质上， Prolog系统就是一个全局数据库） , 分析下代码：

dog(fido).

cat(felix).

就是所谓事实（ fact）， dog和 cat就是谓词，而 fido和 felix是 atom，这里陈述了两个事实： fido是一只狗， felix是一只猫。 animal:-dog(X). 这句就是规则（ rule）， :-符号可以理解为如果 (注：if)， X是变量，这里描述的规则就是：如果 X是狗，那么 X就是动物。因此，依据事实和规则， Prolog的推理系统可以推论： fido是狗，所以 fido是动物：

| ?- animal(fido).

yes

显然，根据animal规则， felix不是动物，虽然它是：

| ?- animal(felix).

no

4、 Prolog的注释 /* this is a comment */

5、查询， dog(X)，查询所有满足谓词 dog的 X，也就是找出所有的狗狗。

dog(X),cat(X).查询所有是狗又是猫的“东西”。 Listing(dog)，列出所有定义了谓词 dog的语句。

6、 Prolog的数据类型：

1)数字 ,Number， 623,+3,-.245

2)Atom，所有的不包括数值在内的常量，这与 Erlang 中的 atom概念是一脉相承

包括：以小写字母开头的字母、数字、下划线的组合，单引号括起来的字符序列 ,+-*/<>=@&#特殊字符组成的序列

3）变量：在查询中代表未决的 term，以大写字母或者下划线开头，跟 Erlang 一样， _表示哑元

4）组合 Term,类似其他语言中的记录结构，以一个 atom开头，后接一个参数列表，参数也都是 term，参数的个数就是它的 arity（ Erlang 也是如此），例如：

read(X)

dog(henry)

likes(dog(henry),Y)等

5）列表，如：

[dog,cat,mypred,[a,b,c],hello]

6)其他类型，某些 Prolog方言可能会有字符串类型，用于处理字符串。

第二章 语句和谓词

1. 一个 Prolog程序就是由一系列语句（ clause）组成的，语句可以多行，以引文句号结束。两种基础语句：事实和规则。

2. 事实语句，是由 atom或者组合 term构成（两者统称为 call terms），如：

chrismas.

likes(john,mary).

1. 规则，形式如下：

head:-t1,t2,…,tk. (k>=1)

head成为规则的头部，也必须是 call term， :-称为颈部操作符，读作 if，而 t1,t2…tk就是语句的 body，它们描述了头部的结论所需要满足的条件。 Body是由一个或者多个 componet组成， compont就是目标，以逗号隔开，逗号表示 and的关系。从另一个角度看， head可以成为目标， body是它的子目标，规则就是为了达到目标 head，必须先达到子目标 t1,t2…tk。

例子：

large_animal(X):-animal(X),large(X).

go:-write(‘hello world’),nl.

1. 谓词，所有语句的头部都包括了一个谓词定义，不同参数的同名谓词是不同的谓词，参数数目就是所谓元数（ arity）。谓词可以记录为 pred/n，比如 parent/1,表示谓词名为 parent,而参数个数是一个，这个与 Erlang 相同。谓词可分为用户自定义的维持和 built-in谓词（ BIPs）。 IO谓词如 write,nl就是 BIPs，它们都是总会成功的谓词，并带来相应的 IO副作用（输出和换行）。用户不能重定义 BIPs。

2. 谓词的递归定义，分为直接和间接递归，例子：

likes(john,X):-likes(X,Y),dog(Y). 描述的规则为: john喜欢的是那种至少喜欢一只狗的人。

1. loading语句，包括两个 BIPs： consult/1和 reconsult/1，用于产生将文件中的语句导入数据库的副作用，两者的区别是， reconsult会覆盖之前定义的相同谓词，而 consult不会。 consult[‘prog1.pl’]可以简化为 [‘prog1.pl’].同样， reconslt[‘prog1.pl’]可以简写为 [-‘prog1.pl’]

2. 变量，一开始所有的变量都是未绑定的，当目标被执行时，变量可能被绑定或者解绑定。变量存在作用域，不同语句中的同名变量没有任何关系。

3. 量词，

1）全称量词，出现在事实或者规则 head部分的变量，表示事实或者规则的该变量的所有可能值，这样的变量成为全称量词，如

large_animal(X):-animal(X),large(X). 中的 X。

2）存在量词，不在事实或者规则的 head部分中存在，但是在 body部分中出现的量词，仅仅为了表示该变量至少存在一个值，这样的变量称为存在量词。例如：

person(dennis,zane,male,25,programmer).

man(A):-person(A,B,male,C,D).

man谓词 body部分的 B,C,D变量就是存在量词

9.匿名变量，就是所谓哑元，下划线 _表示，表示你并不 care这个变量的值是什么，仅仅为了占位，用以表示任意值，与 Erlang 中的意义一致。

第三章

1、这一章主要将描述 Prolog系统是如何满足目标的执行。

2、 Prolog系统是按照顺序执行目标的，每个目标都是由 call term组成，每个目标都与一个相应的谓词相关联，谓词的名称称为 functor，而参数个数就是元数（ arity）。 Prolog系统是从上到下，依据语句的 head部分来匹配目标，如果匹配，将输出 yes，否则就是 no。对于用户定义的目标， Prolog没有找到任何事实或者规则与之匹配的话，那么就是 fail。这不是什么未知或者不确定，这个其实就是所谓的封闭世界假设（ closed world assumption）：任何结论如果无法从数据库中的事实和规则中得到证明，那么这个结论就是否定的，没有什么系统不确定或者未知这样的中间位置。

3、 Prolog的匹配算法——联合（ unification），

变量可以跟任何 term联合，其中包括了变量，其实就是变量的绑定。例如：

X=1将 X与 1联合 . dog(X)与 dog(ferris)，将 X与 ferris联合。

看 call terms的联合过程：

1)如果两个 call term都是 atom，只有当它们是一样的时候才可以联合，比如：

test跟 test联合成功

dennis跟' dennis'联合成功

apple跟 fuck联合失败

2)对于组合 call term的联合，要求两个 call term有一样的 functor和 arity，并且参数也要成对地联合成功。

联合的详细规则如下：

1）两个 atom当且仅当它们是一样的时候才是联合成功的。

2）两个组合的 term联合成功，当且仅当两者有一样的 functor和 airty，并且参数也要从左到右两两成对地联合成功。

3）两个 number联合成功，当且仅当它们是一样的时候，例如 7与 7联合成功，而 7与 6.9就失败

4）两个未绑定的变量总是联合成功的，两者互相绑定

5）一个未绑定变量和一个不是变量的 term也总是联合成功的，将变量绑定为该 term

6)一个绑定的变量可以被认为它所绑定的值。例如

pred(X,X,man)

与 pred(landon,dog,A) 联合失败，因为在第一个参数联合成功后， X 就被认为是 landon ，那么在尝试联合第二个参数的时候，显然 landon 与 dog 联合失败。

7）两个列表联合成功，当且仅当它们拥有相同数目的元素，并且元素间从左到右成对地联合成功。

8）嵌套结构按照这些规则递归，其他情况下的联合都是失败的。

4、目标的求值，两张图描述：

5、回溯 (backtracking)，回溯就是一个返回前一个满足的目标，寻找其他方式重新满足该目标的过程。回溯，顾名思义就是退回去，再来过，当输入 ;号，就强制 Prolog系统回溯以寻找更多的匹配

6、目标求值的概览：

第四章 操作符

1、通过 op谓词，可以将用户自定义的谓词转成某种操作符，例如：

likes(dennis,catty).

我们更希望表达成：

dennis likes catty.

这在默认情况是不行的，通过 op谓词转化 likes谓词成中缀操作符：

op(150,xfy,likes).

然后就可以这样使用 likes谓词了：

dennis likes catty.

op谓词一般形式

op(操作符优先级， (xfy|xf|fy),谓词名称 )

2、算术运算：通过内建的 is/2谓词来进行算术运算， is/2是一个内建的中缀运算符，例如：

X is 2.

X is 3,Y is X+3.

出现在第二个参数的变量必须是已经绑定。 + - * /称为算术运算符，还有一类称为算术函数，它们并不是谓词，例如 abs/1 sqrt/1等，完整列表：

+ - * /

X//Y 两个整数的商

X^Y 表示 X的 Y次方，在 gnu prolog上是 **，与 ruby 一样。

-X 一元操作符

abs(X)

sqrt(X)

sin(X)

cos(X)

max(X,Y)

is/2的第一个参数也可以是表达式或者数字，在此情况下，两个参数都会被计算，如果相等，则 succeeds，否则失败。因此 is/2谓词也可以解释为，求值看两个参数是否可以联合成功。如果第一个参数是变量，就将第二个参数的值绑定在该变量上，如果第一个参数是数值或者算术表达式，就比较两个参数的值是否相等，相等则联合成功，如果第一个参数是 atom,term.list等，联合的情况依赖于实现。永远失败的 is/2:

X is X+1.总是失败。

操作符的优先级与算术中的一样，可以通过括号强制优先级。

算术比较操作符： =:=,=\=,>,>=,<,=<

3、等价操作符：

1）算术表达式比较：

E1=:=E2 成功当且仅当两个表达式求值的结果一致。

E1=\=E2 成功当且仅当两个表达式求值的结果不一致。

2） Term相同比较：

Term1==Term2成功当且仅当 Trem1跟 Term2完全相同。

因此：

likes(X,prolog)==likes(X,prolog)相同

likes(Y,prolog)==likes(Y,prolog)失败， X与 Y是不同的变量

3+7==6+4 失败，两个表达式不会被求值，显然不同

Term1 \==Term2成功当且仅当 Trem1跟 Term2不同。

3） Term联合的比较：

=操作符与 ==类似，不同在于， Term1=Term2当且仅当 Term1和 Term2联合成功的时候成功，也就是能找到某种方式绑定变量的值，来让两者相同。例如

6+X=6+3。成功， X绑定为 3

6+4=3+7 仍然失败

X=0,X=:=0. 成功，将 X绑定为 0，算术比较成功。

=的相反操作符就是 \=

4、逻辑操作符：取反操作符 not，表示 or的 ;

例如：

X=0,not X is 0. 返回 no

6<3;7 is 2+5.返回 yes