Программирование на языке Пролог для искусственного интеллекта - Иван Братко

Если в используемой реализации Пролога отсутствует встроенный предикат findall, то его легко запрограммировать следующим образом. Все решения для P порождаются искусственно вызываемыми возвратами. Каждое решение, как только оно получено, немедленно добавляется к базе данных, чтобы не потерять его после нахождения следующего решения. После того, как будут получены и сохранены все решения, их нужно собрать в список, а затем удалить из базы данных при помощи retract. Весь процесс можно представлять себе как построение очереди из порождаемых решений. Каждое вновь порождаемое решение добавляется в конец этой очереди при помощи assert. Когда все решения собраны, очередь расформировывается. Заметим также, что конец очереди надо пометить, например, атомом "дно" (который, конечно, должен отличаться от любого ожидаемого решения). Реализация findall в соответствии с описанным методом показана на рис. 7.4.

findall( X, Цель, ХСпис) :-

 саll( Цель),           % Найти решение

 assert( очередь( X) ), % Добавить егo

 fail;                  % Попытаться найти еще решения

 assertz( очередь( дно) ),

  % Пометить конец решений

 собрать( ХСпис).       % Собрать решения в список

собрать( L) :-

 retract( очередь(X) ), !,

  % Удалить следующее решение

 ( X == дно, !, L = [];

  % Конец решений?

 L = [X | Остальные], собрать( Остальные) ).

  % Иначе собрать остальные

Рис. 7.4. Реализация отношения findall.

7.8. Используя bagof, определите отношение

множподмножеств( Мн, Подмн)

для вычисления множества всех подмножеств данного множества (все множества представлены списками).

7.9. Используя bagof, определите отношение

копия( Терм, Копия)

чтобы Копия представляла собой Терм, в котором все переменные переименованы.

Резюме

• В любой реализации Пролога обычно предусматривается набор встроенных процедур для выполнения различных полезных операций, несуществующих в чистом Прологе. В данной главе мы рассмотрели подобное множество предикатов, имеющееся во многих реализациях.

• Тип терма можно установить при помощи следующих предикатов:

var( X)     X — (неконкретизированная) переменная

nonvar( X)  X — не переменная

atom( X)    X — атом

integer( X) X — целое

atomic( X)  X — или атом, или целое

• Термы можно синтезировать или разбирать на части:

Терм =.. [Функтор [ СписокАргументов]

functor( Терм, Функтор, Арность)

arg( N, Терм, Аргумент)

name( атом, КодыСимволов)

• Программу на Прологе можно рассматривать как реляционную базу данных, которую можно изменять при помощи следующих процедур:

аssert( Предл)  добавляет предложение Предл к программе

аssеrtа( Предл) добавляет в начало

assertz( Предл) добавляет в конец

rеtrасt( Предл) удаляет предложение, сопоставимое с предложением Предл

• Все объекты, отвечающие некоторому заданному условию, можно собрать в список при помощи предикатов:

bagof( X, P, L)   L — список всех X, удовлетворяющих условию P

setof( X, P, L)   L — отсортированный список всех X, удовлетворяющих условию P

findall( X, P, L) аналогичен bagof

• repeat — средство управления, позволяющее порождать неограниченное число альтернатив для автоматического перебора.

Глава 8

Стиль и методы программирования

В этой главе мы рассмотрим некоторые общие принципы хорошего программирования и обсудим, в частности, следующие вопросы: "Как представлять себе прологовские программы? Из каких элементов складывается хороший стиль программирования на Прологе? Как отлаживать пролог-программы? Как повысить их эффективность?"

8.1. Общие принципы хорошего программирования

Главный вопрос, касающийся хорошего программирования, — это вопрос о том, что такое хорошая программа. Ответ на этот вопрос не тривиален, поскольку существуют разные критерии качества программ.

Следующие критерии общеприняты:

• Правильность. Хорошая программа в первую очередь должна быть правильной, т.е. она должна делать именно то, для чего предназначалась. Это требование может показаться тривиальным и самоочевидным. Однако в случае сложных программ правильность достигается не так часто. Распространенной ошибкой при написании программ является пренебрежение этим очевидным критерием, когда большее внимание уделяется другим критериям — таким, как эффективность.

• Эффективность. Хорошая программа не должна попусту тратить компьютерное время и память.

• Простота, читабельность. Хорошая, программа должна быть легка для чтения и понимания. Она не должна быть более сложной, чем это необходимо. Следует избегать хитроумных программистских трюков, затемняющих смысл программы. Общая организация программы и расположение ее текста должны облегчать ее понимание.

• Удобство модификации. Хорошая программа должна быть легко модифицируема и расширяема. Простота и модульная организация программы облегчают внесение в нее изменений.

• Живучесть. Хорошая программа должна быть живучей. Она не должна сразу "ломаться", если пользователь введет в нее неправильные или непредусмотренные данные. В случае подобных ошибок программа должна сохранять работоспособность и вести себя разумно (сообщать об ошибках).

• Документированность. Хорошая программа должна быть хорошо документирована. Минимальная документация — листинг с достаточно подробными комментариями.

Степень важности того или иного критерия зависит от конкретной задачи, от обстоятельств написания программы, а также от условий ее эксплуатации. Наивысшим приоритетом пользуется, без сомнения, правильность. Обычно простоте, удобству модификации, живучести и документированности придают во крайней мере не меньший приоритет, чем эффективности.

Существует несколько общих соображений, помогающих реализовать вышеупомянутые критерии на практике. Одно важное правило состоит в том, чтобы сначала продумать задачу, подлежащую решению, и лишь затем приступать к написанию текста программы на конкретном языке программирования. Как только мы хорошо поймем задачу, и способ ее решения будет нами полностью и во всех деталях продуман, само программирование окажется быстрым и легким делом и появится неплохой шанс за короткое время получить правильную программу.

Распространенной ошибкой является попытка начать писать программу даже до того, как была уяснена полная постановка задачи. Главная причина, по которой следует воздерживаться от преждевременного начала программирования, состоит в том, что обдумывание задачи и поиск метода ее решения должны проводиться в терминах, наиболее адекватных самой этой задаче. Эти термины чаще всего далеки от синтаксиса применяемого языка программирования и могут быть утверждениями на естественном языке и рисунками.

Исходная формулировка способа решения задачи должна быть затем трансформирована в программу, но этот процесс трансформации может оказаться нелегким. Неплохим подходом к его осуществлению является применение принципа пошаговой детализации. Исходная формулировка рассматривается как "решение верхнего уровня", а окончательная программа - как "решение низшего уровня".

В соответствии с принципом пошаговой детализации окончательная программа получается после серии трансформаций или "детализаций" решения. Мы начинаем с первого решения — решения верхнего уровня, а затем последовательно проходим по цепочке решений; все эти решения эквивалентны, но каждое следующее решение выражено более детально, чей предыдущее. На каждом шагу детализации понятия, использовавшиеся в предыдущих формулировках, прорабатываются более подробно, а их представление все более приближается к языку программирования. Следует отдавать себе отчет в том, что детализация касается не только процедур, но и структур данных. На начальных шагах работают обычно с более абстрактными, более крупными информационными единицами, детальная структура которых уточняется впоследствии.

Стратегия нисходящей пошаговой детализации имеет следующие преимущества:

• она позволяет сформулировать грубое решение в терминах, наиболее адекватных решаемой задаче;

• в терминах таких мощных понятий решение будет сжатым и простым, а потому скорее всего правильным;