?數(shù)據(jù)與表達(dá)式

1、領(lǐng)域

（1）標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域.

Turbo prolog中不定義變量的類型，只說明謂詞中各個(gè)項(xiàng)的取值域.由上面我們知道， Turbo prolog 有整數(shù)、實(shí)數(shù)、字符、串 和 符號(hào)這5種標(biāo)準(zhǔn)域.另外，它還有結(jié)構(gòu)、表和文件這3種復(fù)合域.

（2）結(jié)構(gòu).

結(jié)構(gòu)也稱復(fù)合對(duì)象，它是 Turbo prolog 謂詞中的一種特殊的參量項(xiàng)（類似于謂詞邏輯中的函數(shù)）.結(jié)構(gòu)的一般形式為：

《函子》（《參量表》）1

其中函子及參量的標(biāo)識(shí)符與謂詞相同.注意，這意味著結(jié)構(gòu)中還可包含結(jié)構(gòu).所以，復(fù)合對(duì)象可表達(dá)樹形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu).例如下面的謂詞：

likes（“Tom”， sports（football， basketball， table_tennis））.1

中的

sports（football， basketball， table_tennis）1

就是一個(gè)結(jié)構(gòu)，即復(fù)合對(duì)象.又如：

person（“張華”， student（“清華大學(xué)”）， address（“中國”， “北京”））.

reading（“王宏”， book（“人工智能技術(shù)導(dǎo)論”， “西安電子科技大學(xué)出版社”））.

friend（father（“Li”）， father（“Zhao”））.123

這幾個(gè)謂詞中都有復(fù)合對(duì)象.

復(fù)合對(duì)象在程序中的說明，需分層進(jìn)行.例如，對(duì)于上面的謂詞：

likes（“Tom”， sports（football， basketball， table_tennis））.1

在程序中可說明如下：

domains

name = symbol

sy = symbol

sp = sports（sy， sy， sy）

predicates

likes（name， sp）123456

（3）表.

表的一般形式是：

［x1， x2， ...， xn］1

其中xi（i=1，2，...，n）為 Prolog 的項(xiàng)，一般要求同一個(gè)表的元素必須屬于同一領(lǐng)域.不含任何元素的表稱為空表，記為［］.例如下面就是一些合法的表.

［1，2，3］

［ apple， orange， banana， grape， cane］

［“Prolog”， “MAENS”， “PROGRAMMING”， “in logic”］

［［a， b］， ［c， d］， ［e］］

［］12345

表的最大特點(diǎn)是其元素個(gè)數(shù)可在程序運(yùn)行期間動(dòng)態(tài)變化.表的元素也可以是結(jié)構(gòu)或表，且這時(shí)其元素可以屬于不同領(lǐng)域.例如：

［name（“LiMing”）， age（20）， sex（male）， address（xian）］

［［1， 2］， ［3， 4， 5］， ［6， 7］］12

都是合法的表.后一個(gè)例子說明，表也可以嵌套.

實(shí)際上，表是一種特殊的結(jié)構(gòu)，它是遞歸結(jié)構(gòu)的另一種表達(dá)形式.這個(gè)結(jié)構(gòu)的函數(shù)名取決于具體的 Prolog 版本，這里我們就用一個(gè)圓點(diǎn)來表示.下面就是一些這樣的結(jié)構(gòu)及它們的表的表示形式：

結(jié)構(gòu)形式表形式

·（a， ［］）［a］

·（a， ·（b， ［］））［a， b］

·（a， ·（b， ·（c， ［］）））［a， b， c］

表的說明方法是在其組成元素的說明符后加一個(gè)星號(hào)*.如：

domains

lists = string*

predicates

pl（lists）1234

就說明謂詞 pl 中的項(xiàng) lists 是一個(gè)由串 string 組成的表.

對(duì)于由結(jié)構(gòu)組成的表，至少分3步說明.例如對(duì)于下面謂 p 中的表

對(duì)于由結(jié)構(gòu)組成的表，至少分3步說明.例如對(duì)于下面謂 p 中的表

p（［name（“Liming”）， age（20）］）1

則需這樣說明：

domains

rec=seg*

seg=name（string）; age（integer）

predicates

p（rec）12345

2、常量與變量

由上面的領(lǐng)域可知， Turbo Prolog的常量有整數(shù)、實(shí)數(shù)、字符、串、符號(hào)、結(jié)構(gòu)、表 和 文件 這8種數(shù)據(jù)類型.同理， Turbo Prolog 的變量也就有這8種取值.另外，變量名要求必須是以大寫字母或下劃線開頭的字母、數(shù)字和下劃線 序列，或者只有一個(gè)下劃線（這種變量稱為無名變量）.

3、算術(shù)表達(dá)式

Turbo Prolog 提供了 5 種最基本的算術(shù)運(yùn)算：加、減、乘、除 和 取模，相應(yīng)運(yùn)算符號(hào)為“+”、“-”、“*”、“/”、“mod”.這 5 種運(yùn)算的順序?yàn)椋骸?”、“/”、“mod”優(yōu)先于“+”、“-”.同級(jí)從左到右按順序運(yùn)算，括號(hào)優(yōu)先.

算術(shù)表達(dá)式的形式與數(shù)學(xué)中的形式基本一樣.例如：

數(shù)學(xué)中的算術(shù)表達(dá)式Turbo Prolog 中的算術(shù)表達(dá)式

x + yzX + Y * Z

ab - c / dA * B - C / D

u mod vU mod V（表示求U除以V所得的余數(shù)）

即， Turbo Prolog 中算術(shù)表達(dá)式采用通常數(shù)學(xué)中使用的中綴形式.這種算術(shù)表達(dá)式為 Prolog 的一種異體結(jié)構(gòu)，若以 Prolog 的結(jié)構(gòu)形式來表示，則它們應(yīng)為：

+（X， *（Y， Z））

-（*（A， B）， /（C， D））

mod（U， V）123

所以，運(yùn)算符“+”、“-”、“*”、“/”和“mod”實(shí)際也就是 Prolog 內(nèi)部定義好了的函數(shù)符.

在 Turbo Prolog 程序中，如果一個(gè)算術(shù)表達(dá)式中的變?cè)勘粚?shí)例化（即被約束），則這個(gè)算術(shù)表達(dá)式的值就會(huì)被求出.求出的值可用來實(shí)例化某變量，也可用來同其他數(shù)量進(jìn)行比較，用一個(gè)算術(shù)表達(dá)式的值實(shí)例化一個(gè)變量的方法是用謂詞“is”或“=”來實(shí)現(xiàn)的.例如：

Y is X + 5或Y = X + 5 （*）123

就使變量 Y 實(shí)例化為 X+5 的值（當(dāng)然 X 也必須經(jīng)已被某值實(shí)例化），可以看出，這里對(duì)變量 Y 的實(shí)例化方法類似于其他高級(jí)程序語言中的“賦值”，但又不同于賦值.例如，在 Prolog 中下面的式子是錯(cuò)誤的：

X = X + 11

需要說明的是，雖然 Prolog 是一種邏輯程序設(shè)計(jì)語言，但在目前的硬件條件下卻非突破邏輯框架不可.這是因?yàn)橛行?shí)用操作是無法用邏輯描述的（如輸入與輸出），有些算術(shù)運(yùn)算在原則上可用邏輯描述，但這樣做效率太低.為此， Prolog 提供了若干內(nèi)部謂詞（亦稱 預(yù)定義謂詞），來實(shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算、輸入與輸出等操作.所謂內(nèi)部謂詞，就是 Prolog 的解釋程序中，預(yù)先用實(shí)現(xiàn)語言定義好的用戶可直接作為子目標(biāo)調(diào)用的謂詞.一般的 Prolog 實(shí)用系統(tǒng)都配有 100 個(gè)以上的內(nèi)部謂詞，這些內(nèi)部謂詞涉及輸入輸出、算術(shù)運(yùn)算、搜索控制、文件操作和圖形聲音等方面，它們是實(shí)用 Prolog 程序設(shè)計(jì)所必不可少的.這樣，上面的（*）式以及下面的關(guān)系表達(dá)式稱為異體謂詞.

4、關(guān)系表達(dá)式

Turbo Prolog 提供了 6 種常用的關(guān)系運(yùn)算，即 小于、小于或等于、等于、大于、大于或等于、不等于，其運(yùn)算符依次為：

《， 《=， =，》，》=， 《》1

Turbo Prolog 的關(guān)系表達(dá)式的形式和數(shù)學(xué)中的也基本一樣，例如：

數(shù)學(xué)中的關(guān)系式Turbo Prolog 中的關(guān)系式

X + 1 ≥ YX + 1》= Y

X ≠ YX 《》 Y

即， Turbo Prolog 中的關(guān)系式也用中綴形式.當(dāng)然，這種關(guān)系式為 Turbo Prolog 中的異體原子.若按 Turbo Prolog 中的原子形式來表示，則上面的兩個(gè)例子為：

》=（X +1， Y） 和 《》（X， Y）1

所以上述 6 種關(guān)系運(yùn)算符，實(shí)際上也就是 Turbo Prolog 內(nèi)部定義好了的 6 個(gè)謂詞.這 6 個(gè)關(guān)系運(yùn)算符可用來比較兩個(gè)算術(shù)表達(dá)式的大小.例如：

brother（Name1， Name2） ：- person（Name1， man， Age1），

person（Name2， man， Age2），

mother（Z， Name1）， mother（Z， Name2）， Age1》 Age2.123

需要說明的是，“=”的用法比較特殊，它既可以表示比較，也可以表示約束值，即使在同一個(gè)規(guī)則中的同一個(gè)“=”也是如此.例如：

p（X， Y， Z） ：- Z = X + Y.1

當(dāng)變量 X、Y、Z全部被實(shí)例化時(shí)，“=”就是比較符.如對(duì)于問題：

Goal： p（3， 5， 8）.1

機(jī)器回答“yes”，而對(duì)于：

Goal： p（3， 5， 7）.1

機(jī)器回答“no”.即這時(shí)機(jī)器把 X+Y 的值與Z的值進(jìn)行比較.但當(dāng) X，Y 被實(shí)例化，而 Z 未被實(shí)例化時(shí)， “=”號(hào)就是約束符，如：

Goal： P（3， 5， Z）.1

機(jī)器回答“Z = 8”.這時(shí)，機(jī)器使 Z 實(shí)例化為 X+Y 的結(jié)果.

?輸入與輸出

雖然 Prolog 能自動(dòng)輸出目標(biāo)子句中的變量的值，但這種輸出功能必定有限，往往不能滿足實(shí)際需要；另外，對(duì)通常大多數(shù)的程序來說，運(yùn)行時(shí)從鍵盤上輸人有關(guān)數(shù)據(jù)或信息也是必不可少的.為此每種具體 Prolog 一般都提供專門的輸人和輸出謂詞，供用戶直接調(diào)用.例如，下面就是 Turbo Prolog 的幾種輸入輸出謂詞：

readin（X）.這個(gè)謂詞的功能是從鍵盤上讀取一個(gè)字符串，然后約束給變量 X .

readint（X）.這個(gè)謂詞的功能是從鍵盤上讀取一個(gè)整數(shù)，然后約束給變量 X，如果鍵盤上打入的不是整數(shù)，則該謂詞失敗.

readreal（X）.這個(gè)謂詞的功能是從鍵盤上讀取一個(gè)實(shí)數(shù)，然后約束給變量 X，如果鍵盤上打入的不是實(shí)數(shù)，則該謂詞失敗.

readchar（X）.這個(gè)謂詞的功能是從鍵盤上讀取一個(gè)字符，然后約束給變量 X，如果鍵盤上打入的不是單個(gè)字符，則該謂詞失敗.

write（X1， X2， …， Xn）.這個(gè)謂詞的功能是把項(xiàng) Xi（i=1，2，…，n） 的值顯示在屏幕上或者打印在紙上，當(dāng)有某個(gè) Xi 未實(shí)例化時(shí)，該謂詞失敗.其中的 Xi 可以是變量，也可以是字符串或數(shù)字.例如：

write（“computer”， “Prolog”， Y， 1992）

nl（換行謂詞）.它使后面的輸出（如果有的話）另起一行.另外，利用 write的輸出項(xiàng)“ ”也同樣可起到換行作用.例如：

write（“name”）， nl， write（“age”）

與

write（“name”， “ ”， “age”）

的效果完全一樣.

舉個(gè)例子：

用上面的輸入輸出謂詞編寫一個(gè)簡單的學(xué)生成績數(shù)據(jù)庫查詢程序.

PREDICATES

student（integer， string， real）

grade

GOAL

grade.

CLAUSES

student（1， “張三”， 90.2）.

student（2， “李四”， 95.5）.

student（3， “王五”， 96.4）.

grade ：- write（“請(qǐng)輸人姓名：”）， readln（Name），

student（_， Name， Score），

nl， write（Name， “的成績是”， Score）.

grade ：- write（“對(duì)不起，找不到這個(gè)學(xué)生！”）.12345678910111213

下面是程序運(yùn)行時(shí)的屏幕顯示

請(qǐng)輸入姓名：王五

王五的成績是96.412

四、分支與循環(huán)

Prolog 本來沒有分支和循環(huán)語句，但可以利用其邏輯機(jī)制實(shí)現(xiàn)分支和循環(huán)效果.

1、分支

對(duì)于通常的 IF-THEN-ELSE 分支結(jié)構(gòu)，Prolog可用兩條同頭的（同頭即指結(jié)論相同）并列規(guī)則實(shí)現(xiàn).例如，將：

IF X》0 THEN X：=1

ELSE X：=012

用 Prolog實(shí)現(xiàn)則是：

br ：- X》 0， X = 1.

br ：- X = 0.12

類似地，對(duì)于多分支，可以用多條規(guī)則實(shí)現(xiàn).例如：

br ：- X》 0， X = 1.

br ：- X = 0， X = 0.

br ：- X 《 0， X = -1.123

2、循環(huán)

Prolog 可以實(shí)現(xiàn)計(jì)循環(huán)次數(shù)的 FOR 循環(huán)，也可以實(shí)現(xiàn)不計(jì)循環(huán)次數(shù)的 DO 循環(huán).

舉個(gè)例子：

下面的程序段就實(shí)現(xiàn)了循環(huán)，它使得 write 語句重復(fù)執(zhí)行了3次，而打印輸出了3個(gè)學(xué)生的記錄：

student（1， “張三”， 90.2）.

student（2， “李四”， 95.5）.

student（3， “王五”， 96.4）.

print ：- student（Number， Name， Score），

write（Number， Name， Score）， nl，

Number = 3.123456

可以看出，程序第一次執(zhí)行，student 謂詞與第一個(gè)事實(shí)匹配，write 語句便輸出了張三同學(xué)的記錄.但當(dāng)程序執(zhí)行到最后一句時(shí)，由于 Number 不等于 3，則該語句失敗，于是，引起回溯.而 write 語句和 nl 語句均只能執(zhí)行一次，所以繼續(xù)向上回溯到 student 語句.這樣，student 謂詞則因失敗而重新匹配.這一次與第二個(gè)事實(shí)匹配，結(jié)果輸出了李四的記錄.同理，當(dāng)執(zhí)行到最后一句時(shí)又引起了回溯.write 語句第三次執(zhí)行后，由于 Number 已等于3，所以最后一個(gè)語句成功，程序段便運(yùn)行結(jié)束.

這個(gè)例子可以看做是計(jì)數(shù)循環(huán).當(dāng)然，也可以通過設(shè)置計(jì)數(shù)器而實(shí)現(xiàn)真正的計(jì)數(shù)循環(huán).下面的程序段實(shí)現(xiàn)的則是不計(jì)數(shù)的 DO 循環(huán)：

student（1， “張三”， 90.2）.

student（2， “李四”， 95.5）.

student（3， “王五”， 96.4）.

print ：- student（Number， Name， Score），

write（Number， Name， Score）， nl，

fail.

print ：-.1234567

這個(gè)程序段中的 fail 是一個(gè)內(nèi)部謂詞，它的語義是恒失敗.這個(gè)程序段與上面的程序段的差別僅在于把原來用計(jì)數(shù)器（或標(biāo)記數(shù)）進(jìn)行循環(huán)控制的語句變成了恒失敗謂詞 fail，另外又增加了一個(gè) print 語句，增加這個(gè)語句的目的是為程序設(shè)置一個(gè)出口.因?yàn)?fail 是恒失敗，下面若無出口的話，將引起 print 本身的失敗，進(jìn)而又會(huì)導(dǎo)致程序的連鎖失敗.

還需說明的是，用 Prolog的遞歸機(jī)制也可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)，不過用遞歸實(shí)現(xiàn)循環(huán)通常需與表相配合.另外，遞歸的缺點(diǎn)是容易引起內(nèi)存溢出，故通常的循環(huán)多是用上述方法實(shí)現(xiàn)的.

?動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫

動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫就是在內(nèi)存中實(shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu).它由事實(shí)組成，程序可以對(duì)它操作，所以在程序運(yùn)行期間它可以動(dòng)態(tài)變化.Turbo Prolog 提供了 3 個(gè)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫操作謂詞，即：

asserta（《 fact》）

assertz（《 fact》）

retract（《 fact》）123

其中 fact 表示事實(shí).這 3 個(gè)謂詞的功能如下：

asserta（《 fact》） 把 fact 插入當(dāng)前動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫中的同名謂詞的事實(shí)之前.

assertz（《 fact》） 把 fact 插入當(dāng)前動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫中的同名謂詞的事實(shí)之后.

retract（《 fact》） 把 fact 從當(dāng)前動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫中刪除.

例如語句：

asserta（student（20， “李明”， 90.5））.1

將在內(nèi)存的謂詞名為 student 的事實(shí)前插入一個(gè)新事實(shí)：

student（20， ‘’李明“， 90.5）1

如果內(nèi)存中還沒有這樣的事實(shí)，則它就是第一個(gè).又如語句：

retract（student（20， _， _））.1

將從內(nèi)存的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫中的刪除事實(shí)：

student（20， _， _）1

它可解釋為學(xué)號(hào)為 20 的一個(gè)學(xué)生的記錄.注意，這里用了無名變量 “_”.

可以看出，Turbo Prolog 提供的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫機(jī)制，可非常方便地實(shí)現(xiàn)堆棧、隊(duì)列等動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，提供的數(shù)據(jù)庫操作謂詞大大簡化了編程.

另外，Turbo Prolog 還提供了兩個(gè)文件操作謂詞：

save（《 filename》）.

consult（《 filename》）.12

其中 save 可將當(dāng)前內(nèi)存中的事實(shí)存入文件“filename”中，consult 則將文件“filename”中的事實(shí)調(diào)入內(nèi)存.