基于谓词逻辑的Prolog程序设计

第12章逻辑式程序设计语言无论是命令式还是函数式程序都把程序看作是从输入到输出的某种映射。

当然命令式语言有时没有数据输出，但也要“输出”某些动作。

为了实现这种映射，程序要对数据结构实施某个算法过程，算法实现该程序功能。

算法又是以程序语言提供的控制机制实现计算逻辑。

所以，R.Kowalski说:算法= 逻辑+ 控制然而传统语言计算逻辑在程序员心里，隐式地体现在程序正文之中，为此程序正确性证明还要把它隐含的逻辑以断言形式地写出来。

自然人们会想到能不能把描述计算的理论基础命题演算和谓词演算直接变为程序设计语言。

这样，也许不必用求值来判定某件事情的真、伪，直接根据事实和规则判定真伪，“找出”解。

事实上，这是可行的，而且在人工智能的专家系统、语言理解、数据库查询中非常需要这种程序设计语言。

1970年诞生的Prolog长久不衰就是例证。

逻辑程序设计的基本观点是程序描述的是数据对象之间的关系，它的抽象层次更高而不限于函数(映射)关系。

关系也是联系，对象和对象、对象和属性的联系就是我们所说的事实。

事实之间的关系以规则表述，根据规则找出合乎逻辑的事实就是推理。

因此，逻辑程序设计范型是陈述事实，制定规则，程序设计就是构造证明。

程序的执行就在推理，和传统程序设计范型有较大的差异。

本章我们从逻辑程序设计理论基础，谓词演算导出逻辑程序语言的理论模型，并介绍逻辑程序设计语言Prolog的主要特征和实现要点。

12.1 谓词演算谓词演算是符号化事实的形式逻辑系统，它也是逻辑程序设计语言的模型，谓词演算在所有计算机理论的书籍中均有论述，本章仅简单复习，主要目的是引入术语。

12.1.1 谓词演算诸元素用形式方法研究论域上的对象需要一种语言，它能表达该域对象具有什么性质(properties)，以及对象间有些什么关系(relations)。

为了一般化还要有变量(variable)指明域上某个(些)对象，以及准确说明对象情况的量词(quantifiers)。

形式逻辑推理的基本原理及应用形式逻辑推理是一种基于严密推理规则的思维方式，通过运用符号和规则来分析、判断和推理事物之间的关系。

它是许多学科领域的基础，包括数学、哲学、计算机科学等。

一、形式逻辑推理的基本原理形式逻辑推理的基本原理是基于一组规则和符号系统进行的。

这些规则和符号系统有助于我们进行思维的抽象和准确。

下面是形式逻辑推理的几个基本原理：1. 命题逻辑命题逻辑是形式逻辑中最基本也是最简单的逻辑形式。

它主要涉及命题符号和逻辑运算符号，并通过逻辑运算符号的结合和排列形成各种逻辑表达式。

命题逻辑的基本原理包括非运算、合取运算、析取运算、条件运算和双条件运算。

2. 谓词逻辑谓词逻辑是形式逻辑的另一种形式，其特点是引入了谓词符号和量词符号。

通过谓词符号，我们可以描述事物之间的关系，通过量词符号，我们可以表示被量化的命题的范围。

谓词逻辑的基本原理包括全称量化和存在量化。

3. 推理规则形式逻辑推理依赖于一组推理规则，这些规则可以指导我们进行逻辑推理。

常见的推理规则包括假言推理、附言推理、拒取推理、析取三段论、假言三段论等等。

通过运用这些推理规则，我们可以从已知的命题中得出新的结论。

二、形式逻辑推理的应用形式逻辑推理在许多领域中具有广泛的应用，下面列举一些主要的应用领域：1. 数学证明形式逻辑推理在数学中起着关键的作用。

数学证明需要严密的逻辑推理，通过运用形式逻辑推理的原理和规则，数学家们能够建立起正确而完备的证明体系，从而推动了数学学科的发展。

2. 计算机科学形式逻辑推理在计算机科学中有着广泛的应用。

逻辑程序设计语言，如Prolog，就是基于谓词逻辑的，通过运用形式逻辑推理的原理，程序员们可以编写出高效而精确的逻辑程序。

3. 哲学思辨形式逻辑推理在哲学思辨中扮演着重要的角色。

哲学家们借助形式逻辑推理的工具，能够对复杂的哲学问题进行逻辑分析和推理，从而展开深入的哲学思考。

4. 法律推理形式逻辑推理在法律领域的合理推理过程中也有应用。

基于Prolog语言的逻辑编程技术研究与应用一、引言Prolog是一种基于逻辑的编程语言，它使用一种称为“逻辑变量”的数据结构来表示事实和规则。

Prolog的核心思想是利用逻辑推理来解决问题，通过定义事实和规则，然后询问系统是否满足某个条件。

本文将探讨Prolog语言的基本原理、特点以及在实际应用中的优势和局限性。

二、Prolog语言的基本原理Prolog是一种声明式编程语言，程序员需要描述问题的本质而不是解决问题的步骤。

在Prolog中，程序由事实和规则组成。

事实是关于世界的陈述，而规则定义了这些事实之间的关系。

通过这些事实和规则，Prolog系统可以进行逻辑推理，找到问题的解决方案。

三、Prolog语言的特点逻辑推理：Prolog使用逻辑推理来解决问题，程序员只需描述问题的逻辑关系，而不需要指定具体的计算步骤。

自动回溯：当系统无法找到解决方案时，Prolog会自动回溯到之前的状态，尝试其他可能的路径。

模式匹配：Prolog使用模式匹配来检查查询是否与已知事实和规则匹配。

副作用最小：Prolog是一种纯函数式编程语言，减少了副作用对程序造成的影响。

四、Prolog语言在人工智能领域的应用专家系统：Prolog被广泛应用于专家系统的开发中，通过定义领域知识和规则，实现对复杂问题的推理和决策。

自然语言处理：Prolog可以用于自然语言处理任务，如句法分析、语义分析等，通过逻辑推理实现对文本信息的处理。

机器学习：Prolog可以结合机器学习算法，实现对数据集的分析和模式识别，为决策支持提供依据。

五、Prolog语言在软件工程领域的应用约束编程：Prolog可以用于约束编程问题的建模和求解，在资源分配、排班等领域有广泛应用。

数据库查询：Prolog可以作为数据库查询语言使用，通过定义查询规则实现对数据库中数据的检索和分析。

智能搜索：Prolog可以应用于智能搜索算法中，如深度优先搜索、广度优先搜索等，在图论、路径规划等问题中有较好表现。

附录E Prolog语言与逻辑推理Prolog是PROgramming in LOGic的缩写，意思就是使用逻辑的语言编写程序。

它是一种逻辑编程语言。

Prolog语言最早由Aix-Marseille大学的Alain Colmerauer与Phillipe Roussel等人于上世纪60年代末研究开发。

一直在北美和欧洲被广泛使用。

日本政府曾经为了建造智能计算机而用Prolog来开发ICOT第五代计算机系统。

在早期的机器智能研究领域，Prolog曾经是主要的开发工具。

1995年确定了ISO Prolog标准。

Prolog建立在逻辑学的理论基础之上，最初被运用于自然语言等研究领域。

现在它已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。

相比于其他编程语言，Prolog语言更容易理解，但是编程思路有极大差异。

它很适合于开发有关人工智能方面的程序，例如：专家系统、自然语言理解、定理证明以及许多智力游戏。

本节的示例都将使用基于Visual Prolog6.2的PIE（智能推理机）。

§E.1 Prolog基础此处只介绍与其他程序语言（如C语言）差异较大者。

Prolog区分大小写，一个原子是由一个小写字母开始的字符串（包括英文字母、数字），有些原子是常量，而其它的是谓词。

而一个变量是由一个大写字母或者下划线“_”开始的字符串。

在Prolog中，变量和常数不用事先声明。

除了原子及变量外，Prolog也可以处理数字。

原子、变量及数字可以置于方括号“[]”内并使用逗号“,”分割，形成一个列表。

Prolog的一段注释以“/*”开始以“*/”结尾，单行注释使用“%”。

一个Prolog程序包含数个短句，每个短句或者是事实或者是规则，每一个短句以英文句号“.”结尾。

（注意不是分号）事实就是前提或已知条件，由谓词和个体词构成，以英文句号结束，形式为谓词(个体词1, 个体词2, …).个体词可以是原子（在这情况下，这些原子被当成常数）、数字、变量或列表，个体词以逗号分隔。

Visual Prolog语言简介Prolog语言是人工智能与专家系统领域最著名的逻辑程序设计语言。

Visual Prolog 意指可视化逻辑程序设计语言，是基于Prolog语言的可视化集成开发环境，是Prolog开发中心（PDC）最新推出的基于Windows环境的智能化编程工具，其语言特性符合相应的国际标准ISO/IEC 13211-1:1995。

目前，Visual Prolog在美国、西欧、日本、加拿大、澳大利亚等发达国家和地区十分流行，是国际上研究和开发智能化应用的主流工具之一。

预计短时期内，在国际上已经十分流行的最新版本的可视化逻辑程序设计语言Visual Prolog将会在我国广泛流行开来，并将迅速成为我国研究和开发智能化应用的最重要的工具。

Visual Prolog具有模式匹配、递归、回溯、对象机制、事实数据库和谓词库等强大功能。

它包含构建大型应用程序所需要的一切特性：图形开发环境、编译器、连接器和调试器，支持模块化和面向对象程序设计，支持系统级编程、文件操作、字符串处理、位级运算、算术与逻辑运算，以及与其它编程语言的接口。

Visual Prolog包含一个大型库，捆绑了范围广阔的API函数：包括Windows GUI函数族、ODBC/OCI数据库函数族和Internet函数族（socket、ftp、http、cgi等）。

这个开发环境全部使用Visual Prolog语言写成，而且包含对话框、菜单、工具栏等若干编码专家和图形编辑器。

Visual Prolog支持Windows 3.x/95/98/Me/NT/2000/XP、OS/2和文本方式下的DOS、Linux和SCO UNIX。

Visual Prolog非常适合于专家系统、规划和其它AI相关问题的求解，是智能程序设计语言中具有代表性且应用较多的一种语言。

由于这种语言很适合表达人的思维和推理规则，在自然语言理解、机器定理证明、专家系统等方面得到了广泛的应用。

Prolog逻辑编程语言建模实践案例分享在计算机科学领域中，逻辑编程语言被广泛应用于问题求解和知识表达方面。

Prolog（Programming in Logic）作为其中的一种重要逻辑编程语言，具有非常强大的建模能力。

本文将通过分享几个Prolog建模实践案例，以展示该语言在解决实际问题时的优势。

1. 汽车诊断系统假设我们要设计一个汽车诊断系统，可以根据用户输入的车辆异常症状来判断可能的故障原因，并给出相应的修复建议。

利用Prolog可以轻松地建立一个知识库，其中包含各种不同故障及其症状的关联。

例如，如果发动机发出异常声音并且油耗增加，系统可以根据这些输入自动诊断可能是排气系统问题，并给出相应的修复建议。

通过使用Prolog的模式匹配和逻辑推理机制，我们可以快速有效地实现这样一个汽车诊断系统。

2. 旅行规划系统假如我们要设计一个旅行规划系统，用户可以输入自己的出发地和目的地，系统可以自动帮助用户规划最佳的旅行路线。

利用Prolog可以很方便地建立一个地理知识库，其中包含各个城市之间的距离、交通方式和时间等信息。

通过在这个知识库上进行逻辑推理，系统可以根据用户提供的起始点和目标点，找到最短的路线，并提供相应的交通工具和时间表。

这样的旅行规划系统可以帮助用户减少在规划旅行时的繁琐工作，提供更好的旅行体验。

3. 学生选课系统学生选课是每个大学校园中重要的事务之一。

利用Prolog 可以轻松地建立一个学生选课系统，用于帮助学生选择合适的课程。

系统可以根据学生的兴趣、先修课程要求和当前可选课程等信息，提供最佳的选课建议。

通过在Prolog知识库中存储学生的个人信息、课程信息和选修规则等数据，系统可以利用Prolog的逻辑推理功能，从中推导出最佳的选课方案。

这样的学生选课系统将大大减轻学生选课过程中的困扰，提供更加个性化的课程选择。

通过上述案例的分享，我们可以清楚地看到Prolog逻辑编程语言在建模实践中的优势。

实验二：使用Prolog的一阶逻辑推理实验班级；智能1401姓名：蒙寿伟学号：201408070120一．实验目的1.学会使用Prolog语言；2.用Prolog语言巩固一阶逻辑知识；3.能够使用prolog语言实现一阶逻辑的证明；二、实验的硬件、软件平台硬件：计算机软件：操作系统：WINDOWS 10应用软件：Prolog三、实验内容及步骤熟悉prolog语言的使用并实现对于一阶逻辑推理的证明实验步骤：1：对于a,b,c,d四种输入情况，验证|?- p(a).的真假；a.p(b). p(a) :- p(b). p(a) :- p(c)推理分析：事实：p(b)为真.推理：由p(b)为真可以推出p(a)为真，由p(c)为真可以推出p(a)为真. 结论：p(a)为真.运行结果：b. p(c). p(a) :- p(b). p(a) :- p(c).推理分析：事实：p(c)为真.推理：由p(b)为真可以推出p(a)为真，由p(c)为真可以推出p(a)为真. 结论：p(a)为真.运行结果：c. p(b). p(a) :- p(b) ,p(c).推理分析：事实：p(b)为真.推理：由p(b)为真且p(c)为真可以推出p(a)为真.结论：p(a)为假.因为p(b)未知.d. p(c). p(a):- p(b) ; p(c).推理分析：事实：p(b)为真.推理：由p(b)为真或p(c)为真可以推出p(a)为真.结论：p(a)为真.2.验证?-friend(john,Y).likes(bell,sports).likes(mary,music).likes(mary,sports).likes(jane ,smith).friend(john,X):-likes(X,reading),likes(X,music).friend(john,X):-likes(X,sports),likes(X,music).推理分析：1.如果X喜欢音乐，而且喜欢阅读，那么X是john的朋友。

用prolog解决汉诺塔问题因为没有接触过这种人工智能语言，所以有点战战兢兢，在这里就和大家来分享一下对prolog的理解：要想使用prolog，首先要了解prolog。

1、prolog语句（1）、谓词逻辑谓词，是只用来描述对象的状态、性质及对象之间的关系的词。

逻辑，是指事物的因果关系。

谓词逻辑：就是指利用谓词的行驶，来表达只和和进行因果推理例如：喜欢（小芳，羽毛球）即表示：小芳喜欢羽毛球。

（2）、事实、规则和目标(1)事实事实是prolog中最简单的谓词，一般表示对象的状态、性质或对象之间的关系。

其格式为：谓词（参数1，参数2……）例如:小芳喜欢羽毛球在prolog中可以这样表示：likes（xiaofang，badminton）。

(2)规则当一条事实需要依赖于另一条事实时，需要用规则来表示。

规则可以表示对象之间的因果关系、蕴涵关系或对应关系。

其格式：谓词名1（参数）:-谓词名2（参数），谓词名3（参数）……符号“:-”表示如果，右面的谓词是规则的前提，左面的谓词是规则的结论。

例如：凡是喜欢乒乓球的都是小华的朋友。

在prolog中表示为：friend(X,xiaohua):-likes(X,pingpong).(3)目标用户的询问是程序运行的目标。

它可以是一个简单的谓词，也可以是多个谓词的组合。

目标通常直接在程序中写出（成为内部目标），也可以在程序运行时临时给出（成为外部目标）。

“?-”谓词名（参数）……“? –”表示提问例如：谁是小华的朋友？在Prolog中表示为：？-friend（X ，xiaohua）2、prolog的运行机理：prolog求解问题的过程是:从目标出发，不断地进行例化(当某一变量被赋值后就成为约束变量，也可以成为例化)、匹配（当两个谓词的名称相同，参数的个数、类型相同，并且还满足某些条件时，则这两个谓词可以相互匹配），有时还要进行回溯，知道目标被完全满足或不能满足时为止。