Prolog 語言入門教程

Prolog 語言入門教程

 

 

做者： 阮一峯

日期： 2019年1月28日

 

Prolog 是一種不同凡響的語言，不用來開發軟件，專門解決邏輯問題。好比，"蘇格拉底是人，人都會死，因此蘇格拉底會死"這一類的問題。

Prolog 就是"邏輯編程"（programming of Logic）的意思。只要給出事實和規則，它會自動分析其中的邏輯關係，而後容許用戶經過查詢，完成複雜的邏輯運算。

本文簡單介紹如何使用 Prolog 語言，主要參考了 xmonader 的教程。

1、SWI-Prolog

學習以前，請安裝 Prolog 的運行環境 SWI-Prolog，才能運行後面的代碼。

SWI-Prolog 官網有各個操做系統的二進制安裝包，下載便可。Debian / Ubuntu 系統還能夠用下面的命令。

$ sudo apt-get install swi-prolog

安裝之後，Linux 系統能夠命令行啓動。

$ swipl
?-

而後，就進入了 Prolog 運行環境，?-是命令提示符。下面是 Hello world 的例子。

?- write("Hello, world").
Hello, world!
true.

上面命令輸出 Hello world。

有幾個地方須要注意。Prolog 全部語句的結尾都用一個"點"（.）表示結束。write()是打印命令。命令自己就是一個表達式，輸出完成之後，返回值就是true.，也會顯示出來。

若是想在 Hello world 之間插入一個換行，可使用nl命令。

?- write('Hello,'), nl, write('world').
Hello,
world
true.

退出 SWI-Prolog，可使用halt命令，別忘了後面還要加一個點。

?- halt.

2、基本語法

2.1 常量和變量

Prolog 的變量和常量規則很簡單：小寫字母開頭的字符串，就是常量；大寫字母開頭的字符串，就是變量。

?- write(abc).
abc
true.

?- write(Abc).
_3386
true.

上面代碼中，abc是常量，輸出就是自身；Abc是變量，輸出就是該變量的值。

2.2 關係和屬性

兩個對象之間的關係，使用括號表示。好比，jack 的朋友是 peter，寫成friend(jack, peter).。

注意，jack 的朋友是 peter，不等於 peter 的朋友是 jack。若是兩我的都認爲對方是朋友，要寫成下面這樣。

friend(jack, peter).
friend(peter, jack).

若是括號裏面只有一個參數，就表示對象擁有該屬性，好比 jack 是男性，寫成male(jack).。

2.3 規則

規則是推理方法，即如何從一個論斷獲得另外一個論斷。

舉例來講，咱們定下一條規則：全部朋友關係都是相互的，規則寫成下面這樣。

friend(X, Y) :- friend(Y,X).

上面代碼中，X和Y都是大寫，表示這是兩個變量。符號:-表示推理關係，含義是隻要右邊的表達式friend(Y, X)爲true，那麼左邊的表達式friend(X, Y)也爲true。所以，根據這條規則，friend(jack, peter)就能夠推理獲得friend(peter, jack)。

若是一條規則取決於多個條件同時爲true，則條件之間使用逗號分隔。

mother(X, Y) :- child(Y,X), female(X).

上面代碼中，X是Y的母親（mother(X, Y)）取決於兩個條件：Y是X的小孩，X必須是女性。只有這兩個條件都爲true，mother(X, Y)才爲true。

若是一條規則取決於某個條件爲false，則在條件以前加上\+表示否認。

onesidelove(X, Y) :- loves(X, Y), \+ loves(Y,X).

上面代碼中，X單相思Y，取決於兩個條件。第一個條件是X喜歡Y，第二個條件是Y不喜歡X。

2.5 查詢

Prolog 支持查詢已經設定的條件。咱們先寫一個腳本hello.pl。

friend(john, julia).
friend(john, jack).
friend(julia, sam).
friend(julia, molly).

而後在 SWI-Prolog 裏面加載這個腳本。

?- [hello].
true.

上面代碼中，true.是返回的結果，表示加載成功。

而後，能夠查詢兩我的是否爲朋友。

?- friend(john, jack).
true.

?- friend(john, sam).
false.

listing()函數能夠列出全部的朋友關係。

?- listing(friend).
friend(john, julia).
friend(john, jack).
friend(julia, sam).
friend(julia, molly).

true.

還能夠查詢john有多少個朋友。

?- friend(john, Who).
Who = julia ;
Who = jack.

上面代碼中，Who是變量名。任意的變量名均可以，只要首字母爲大寫。

3、地圖着色問題

下面看看 Prolog 如何解決實際問題。

咱們知道，地圖的相鄰區域不能使用同一種顏色。如今有三種顏色：紅、綠、藍。請問如何爲上面這幅地圖着色？

首先，定義三種顏色。

color(red).
color(green).
color(blue).

而後，定義着色規則。

colorify(A,B,C,D,E) :-
    color(A), color(B), color(C), color(D), color(E),
    \+ A=B, \+ A=C, \+ A=D, \+ A=E,
    \+ B=C, \+ C=D, \+ D=E.

上面代碼中，colorify(A,B,C,D,E)是一個對 ABCDE 五個變量求值的表達式。該表達式爲true的條件是，這五個變量各自爲一種顏色，則相鄰的變量不相等。

最後，這兩段代碼合在一塊兒，組成一個腳本map.pl，再加載這個腳本。

?- [map].
true.

執行表達式colorify(A,B,C,D,E)，SWI-Prolog 就會將三種顏色依次賦值給變量，測試哪些組合是可能的結果。

?- colorify(A,B,C,D,E).
A = red,
B = D, D = green,
C = E, E = blue;
A = red,
B = D, D = blue,
C = E, E = green ;
A = green,
B = D, D = red,
C = E, E = blue ;
A = green,
B = D, D = blue,
C = E, E = red ;
A = blue,
B = D, D = red,
C = E, E = green ;
A = blue,
B = D, D = green,
C = E, E = red ;

能夠看到，計算機給出了6組解，即有6種可行的地圖着色方法。

4、誰是兇手

下面看一個比較有趣的邏輯題。

Boddy 先生死於謀殺，現有六個嫌疑犯，每一個人在不一樣的房間，每間房間各有一件可能的兇器，但不知道嫌疑犯、房間、兇器的對應關係。請根據下面的條件和線索，找出誰是兇手。

已知條件：六個嫌疑犯是三男（George、John、Robert）三女（Barbara、Christine、Yolanda）。

man(george). man(john). man(robert).
woman(barbara). woman(christine). woman(yolanda).

爲了後面解題的方便，須要把"男人"和"女人"都定義爲"人"。

person(X):- man(X).
person(X):- woman(X).

六個嫌疑犯分別待在六個房間：浴室（Bathroom）、飯廳（Dining Room）、廚房（Kitchen）、起居室（Living Room）、 儲藏室（Pantry）、書房（Study）。每間房間都有一件可疑的物品，能夠看成兇器：包（Bag）、火槍（Firearm）、煤氣（Gas）、刀（Knife）、毒藥（Poison）、繩索（Rope）。

location(bathroom). location(dining). location(kitchen).
location(livingroom). location(pantry). location(study).
weapon(bag). weapon(firearm). weapon(gas). 
weapon(knife). weapon(poison). weapon(rope).

下面聲明一條規則，每一個房間的人都是不同的。

uniq_ppl(A,B,C,D,E,F):- 
  person(A), person(B), person(C), 
  person(D), person(E), person(F),  
  \+A=B, \+A=C, \+A=D, \+A=E, \+A=F, 
  \+B=C, \+B=D, \+B=E, \+B=F, 
  \+C=D, \+C=E, \+C=F, 
  \+D=E, \+D=F, 
  \+E=F.

而後，定義一個表達式murderer(X)，變量X就是兇手。該表達式只有知足如下全部條件，纔可能爲true。

murderer(X) :-
   uniq_ppl(Bathroom, Dining, Kitchen, Livingroom, Pantry, Study),
   uniq_ppl(Bag, Firearm, Gas, Knife, Poison, Rope),

注意，上面代碼中Bathroom和Bag這樣的字符串，都是大寫字母開頭，因此都是變量，表明對應的人。至於具體是誰，就要經過推理獲得。

線索一：廚房裏面是一個男人，那裏的兇器不是繩索、刀子、包和火槍。

man(Kitchen), 
   \+Kitchen=Rope, \+Kitchen=Knife, \+Kitchen=Bag, \+Kitchen=Firearm,

線索二：Barbara 和 Yolanda 在浴室和書房。

woman(Bathroom), woman(Study), 
  \+christine=Bathroom, \+christine=Study, 
  \+barbara=Dining, \+barbara=Kitchen, 
  \+barbara=Livingroom, \+barbara=Pantry,
  \+yolanda=Dining, \+yolanda=Kitchen, 
  \+yolanda=Livingroom, \+yolanda=Pantry,

線索三：帶包的那我的不是 Barbara 和 George，也不在浴室和飯廳。

\+barbara=Bag, \+george=Bag, 
\+Bag=Bathroom, \+Bag=Dining,

線索四：書房裏面是一個帶繩子的女人。

woman(Rope), Rope=Study,

線索五：起居室裏面那件兇器，與 John 或 George 在一塊兒。

man(Livingroom), \+Livingroom=robert,

線索六：刀子不在飯廳。

\+Knife=Dining,

線索七：書房和食品儲藏室裏面的兇器，沒跟 Yolanda 在一塊兒。

\+yolanda=Pantry, \+yolanda=Study,

線索八：George 所在的那間屋子有火槍。

Firearm=george,

線索九：Boddy 先生死在食品儲藏室裏，那裏的兇器是煤氣。

Pantry=Gas, Pantry=X, Gas=X,

線索就是上面這些，而後把寫好的全部表達式放在一塊兒，組成一個完整的腳本crime.pl，代碼看這裏。

加載這個腳本，執行murderer(X)函數，因爲條件複雜，運算時間較長，最終會顯示兇手是誰。

?- [crime].
true.

?- murderer(X).
KILLER IS :christine
Bathroom: yolanda
Dining: george
Livingroom: john
Pantry: christine
Study: barbara
Kitchen: robert
Knife: yolanda
Gas: christine
Rope: barbara
Bag: john
Poison: robert
Firearm: george
X = christine ;

（完）