учебники, программирование, основы, введение в,

 

Основы Турбо Пролога. Структура программы на Турбо Прологе. Директивы компилятора

этой лекции мы изучим специфику среды Турбо Пролог, отличия этой разновидности языка Пролог от других версий. Во-первых, Турбо Пролог - это компилируемый язык, а не интерпретируемый, как некоторые другие версии Пролога. Во-вторых, в Турбо Прологе принята строгая типизация данных (для повышения скорости трансляции и выполнения программ). В начале программы на Турбо Прологе обычно располагаются разделы описаний объектов программы. В-третьих, в Турбо Прологе отсутствует возможность рассматривать правила как данные, т.е. добавлять и удалять их во время работы. В процессе выполнения программы в нее можно добавлять и из нее можно удалять только факты. В-пятых, в нем нельзя определять операции. Многое из перечисленного можно считать недостатками, однако в целом все это приводит к тому, что Турбо Пролог отличается высокой скоростью компиляции и выполнения.
Структура программы на Турбо Прологе
Программа на Турбо Прологе состоит из следующих семи разделов:

  • директивы компилятора;
  • CONSTANTS - раздел описания констант;
  • DOMAINS - раздел описания доменов;
  • DATABASE - раздел описания предикатов внутренней базы данных;
  • PREDICATES - раздел описания предикатов;
  • CLAUSES - раздел описания предложений;
  • GOAL - раздел описания внутренней цели.

В программе не обязательно должны быть все эти разделы. Так, например, она может состоять из одного описания цели:
GOAL
write("hello"),readchar(_).
Эта программа, вполне в императивном духе, выведет сообщение (с помощью стандартного предиката write) и будет ожидать нажатия пользователем любой клавиши (стандартный предикат readchar читает символ).
Однако, как правило, программа содержит, по меньшей мере, разделы PREDICATES и CLAUSES.
Если программа запускается в среде разработки Турбо Пролога, то раздел GOAL необязателен. При написании же программы, не зависящей от среды разработки, в ней необходимо указать внутреннюю цель.
В программе может быть несколько разделов описаний DOMAINS, PREDICATES, DATABASE и CLAUSES. Однако разделов GOAL не может быть в программе более одного.
Порядок разделов может быть произвольным, но при этом константы, домены и предикаты должны быть определены до их использования. Однако в разделе DOMAINS можно ссылаться на домены, которые будут объявлены позже.
Рассмотрим разделы немного подробнее.
Директивы компилятора
В самом начале программы можно расположить одну или несколько директив компилятора, которые дают компилятору дополнительные инструкции по обработке программы.
Давайте для примера рассмотрим несколько наиболее широко используемых директив компилятора.
Директива trace применяется при отладке программы для трассирования. Этот процесс немного похож на пошаговое выполнение императивной программы с отслеживанием значений переменных. Трассировка позволяет пользователю наблюдать за ходом выполнения программы. Если после ключевого слова trace указаны имена предикатов через запятую, то трассировка идет только по этим предикатам. В противном случае - по всем предикатам программы. После завершения отладки трассировку нужно выключить, чтобы компилятор мог осуществить оптимизацию хвостовой рекурсии, о которой рассказывалось в предыдущей лекции.
Во время исполнения программы при включенной трассировке в специальном окне трассировки будет отображаться следующая информация:

  • после слова "CALL" будет указано имя выполняемого предиката (текущая подцель) и его параметры; *
  • после слова "FAIL" будет выводиться имя текущей подцели, которая не была достигнута;
  • после слова "RETURN" будет выводиться результат вычисления текущей подцели, в случае успеха. При этом если у подцели есть еще альтернативы, к которым возможен возврат, то перед именем предиката высвечивается звездочка ("*");
  • слово "REDO" перед именем предиката указывает на то, что произошел возврат и происходит вычисление альтернативного решения.

Переход от подцели к подцели вызывается нажатием функциональной клавиши F10. При этом в окне редактирования выполняющуюся подцель указывает курсор, она также отображается в окне трассировки с параметрами и дополнительной информацией.
Директива nowarnings используется для подавления предупреждения системы о том, что какая-то переменная встречается в предложении только один раз. Эту директиву стоит использовать только в хорошо отлаженных программах. Как правило, для подавления такого предупреждения ("WARNING: The variable is only used once") достаточно заменить переменную, которая встретилась только один раз, на анонимную переменную.
С помощью директивы include при компиляции в исходный текст можно вставить содержимое некоторого файла.
Заметим, что многие директивы компилятора могут быть не только расположены в тексте программы, но и установлены в меню среды разработки Турбо Пролога (OptionsCompiler Directives). Значение директивы компилятора, указанное в тексте программы, имеет более высокий приоритет, чем значение, установленное в меню.
Раздел описания констант
Раздел, озаглавленный зарезервированным словом CONSTANTS, предназначен для описания констант. Объявление константы имеет вид:
<имя константы>=<значение>
Имя константы должно быть идентификатором, то есть оно может состоять из английских букв, цифр и знака подчеркивания, причем не может начинаться с цифры.
Каждое определение константы должно размещаться в отдельной строке.
Например:
CONSTANTS
pi=3.14
bgi_path="c:\\prolog\\bgi"
В разделе описания констант можно использовать в качестве первого символа имени константы прописные символы, потому что в этом разделе прописные и строчные символы не различаются. Однако при использовании констант в разделе описания предложений нужно задействовать в качестве первого символа имени константы только строчные символы, чтобы Пролог-система не восприняла константу как переменную.
Разделов описания констант может быть несколько, но каждая константа должна быть определена до ее первого использования.

Раздел описания доменов
Раздел описания доменов является аналогом раздела описания типов в обычных императивных языках программирования и начинается с ключевого слова DOMAINS.
В Турбо Прологе имеются стандартные домены, которые не нужно указывать в разделе описания доменов. Основные стандартные домены - это:
integer - целое число (из промежутка -32768...32767);
real - действительное число (лежащее между ±1e-307...±1e308);
char - символ, заключенный в одиночные апострофы;
string - последовательность символов, заключенная в двойные кавычки;
symbol - символическая константа (начинающаяся со строчной буквы последовательность букв латинского алфавита, цифр и знаков подчеркивания или последовательность любых символов, заключенная в кавычки). Этот домен соответствует понятию атома, с которым мы познакомились во второй лекции;
file - файл (подробному изучению файлов будет посвящена лекция 12).
В разделе описания доменов объявляются любые нестандартные домены, используемые в качестве аргументов предикатов.
Объявление домена имеет следующий вид:
<имя домена>=<определение домена>
или
file=<имя файлового домена1>;...;<имя файлового доменаN>
Удобно использовать описание доменов для сокращения имен стандартных доменов. Например, чтобы не писать каждый раз integer, можно написать следующее:
DOMAINS
i=integer
и далее использовать вместо ключевого слова integer односимвольное обозначение i.
Из доменов можно конструировать составные или структурные домены (структуры). Структура описывается следующим образом:
<имя структуры>=<имя функтора>(<имя домена первой
компоненты>,...,<имя домена последней компоненты>)
[;<имя функтора>(...)]*
Каждая компонента структуры в свою очередь может быть структурой. Например, структура, описывающая точку на плоскости и имеющая две компоненты (координаты точки)
point = p(integer, integer)
может входить в качестве компоненты в более сложную структуру, описывающую треугольник:

triangle = tr(point, point, point)
В описание структуры могут входить альтернативы, разделенные символом ";" или ключевым словом "or".
Так, структуру, описывающую точку и на плоскости, и в пространстве, можно задать следующим образом:
point = p(integer, integer);p(integer, integer, integer).
Описание файлового домена имеет вид:
file = <символическое имя файла 1>;...;
<символическое имя файла N>
Для представления данных в Турбо Прологе, в отличие от стандартных алгоритмических языков программирования, используются не массивы, а списки. Подробнее списки будут рассмотрены в следующей лекции, а пока заметим, что списковый домен задается следующим образом:
<имя спискового домена>=<имя домена элементов списка>*
Например, список целых чисел описывается так:

list_of_integer=integer*
Раздел описания предикатов внутренней базы данных
Работа с внутренними (динамическими) базами данных в Прологе будет рассмотрена в лекции 13. Начинается раздел описания предикатов внутренней базы данных с зарезервированного слова DATABASE и описываются в нем те предикаты, которые можно в процессе выполнения программы добавлять во внутреннюю базу данных или удалять оттуда. Описываются предикаты базы данных аналогично предикатам в разделе описания предикатов PREDICATES, который мы сейчас рассмотрим.
Раздел описания предикатов
В разделе, озаглавленном зарезервированным словом PREDICATES, содержатся описания определяемых пользователем предикатов. В традиционных языках программирования подобными разделами являются разделы описания заголовков процедур и функций. Описание n-местного предиката имеет следующий вид:
<имя предиката>(<имя домена первого аргумента>,...,
<имя домена n-го аргумента>).
Домены аргументов должны быть либо стандартными, либо объявленными в разделе описания доменов. Обратите внимание на то, что имя предиката в Турбо Прологе должно быть идентификатором, т.е. оно должно состоять только из английских букв, цифр и символа подчеркивания, причем не может начинаться с цифры.
Например, предикат, описывающий отношение "мама", которым мы пользовались в третьей лекции, может быть описан следующим образом:
PREDICATES
mother(string,string)
Это описание означает, что у предиката два аргумента, причем оба строкового типа.
Один предикат может иметь несколько описаний. Это используется, когда нам нужно, чтобы предикат работал с аргументами различной природы. Например, в следующей лекции мы запишем предикат, который будет проверять принадлежность элемента списку. Описать его можно, например, так:
PREDICATES
member(integer,integer*)
member(real,real*)
member(char,char*)
member(string,string*)
Такие описания означают, что у предиката два аргумента. При этом возможны четыре варианта использования этого предиката. Первый аргумент может быть целым или вещественным числом, символом или строкой, второй аргумент, соответственно, списком целых или вещественных чисел, или списком, элементами которого являются символы, или списком, состоящим из строк. При этом процедура, реализующая этот предикат в разделе описания предложений, будет единственной.
Кроме того, при описании предиката можно указать, будет он детерминированным или недетерминированным. Детерминированный предикат возвращает только одно решение, а недетерминированный предикат при помощи поиска с возвратом может давать много решений. Детерминированные предикаты менее требовательны к оперативной памяти и выполняются быстрее. Отсечение, с которым мы познакомились в третьей лекции, позволяет превращать недетерминированные предикаты в детерминированные.
Для того чтобы указать, что предикат является детерминированным (недетерминированным), нужно перед его именем поместить зарезервированное слово determ (nondeterm). Если ни determ, ни nondeterm при описании предиката не использовались, то, по умолчанию, предикат считается детерминированным.
В Турбо Прологе имеется директива компилятора check_determ, которая принудительно включает проверку предикатов на детерминированность.
В Турбо Прологе есть так называемые стандартные (встроенные) предикаты, которые не нужно описывать в разделе описания предикатов PREDICATES. Наиболее употребляемые из них мы рассмотрим чуть позже. Все встроенные предикаты являются детерминированными.

Раздел описания предложений
Этот раздел можно считать основным разделом программы, потому что именно в нем содержатся факты и правила, реализующие пользовательские предикаты. Все предикаты, которые применяются в этом разделе и не являются стандартными предикатами, должны быть описаны в разделе описания предикатов или в разделе описания предикатов базы данных. Начинается этот раздел со служебного слова CLAUSES.
Напомним, что предложения, у которых в заголовке указан один и тот же предикат, должны идти друг за другом. Такой набор предложений называется процедурой. Предложения довольно подробно обсуждались в третьей лекции, поэтому сейчас мы не будем подробно останавливаться на этом. Заметим только, что программу на Прологе принято оформлять по следующим правилам:

  • между процедурами пропускается пустая строка;
  • тело правила записывается со следующей строки, после строки, в которой был заголовок, с отступом;
  • каждую подцель записывают на отдельной строке, одну под другой.

Эти правила не являются обязательными, но они делают программу более "читабельной".
Раздел описания внутренней цели
С зарезервированного слова GOAL начинается раздел описания внутренней цели программы. Если этот раздел отсутствует, то после запуска программы Пролог-система выдает приглашение вводить вопросы в диалоговом режиме (внешняя цель). При выполнении внешней цели Пролог-система ищет все решения, выводя все возможные значения для переменных, участвующих в вопросе. Если же выполняется внутренняя цель, то осуществляется поиск только первого решения, а для получения всех решений нужно предпринимать дополнительные действия.
Программа, компилируемая в исполняемый файл, который можно запускать независимо от среды разработки, обязательно должна иметь внутреннюю цель. Внешнюю цель обычно применяют на этапе отладки программы.
Внешние и внутренние цели уже обсуждались в третьей лекции, они еще будут рассматриваться в следующей лекции, поэтому сейчас мы не будем останавливаться на этом вопросе более подробно.
Пример. Запишем полностью реализацию на Турбо Прологе той базы знаний про мам и бабушек, которую мы рассматривали в качестве примера в третьей лекции. Нажимаем комбинацию клавиш Alt+E (от Editor), попадаем в редактор. Набираем код, приведенный ниже.
DOMAINS /* раздел описания доменов */
s=string /* вводим синоним для строкового типа данных */
PREDICATES /* раздел описания предикатов */
mother(s,s) /* предикат мама будет иметь два аргумента
строкового типа */
grandmother(s,s) /* то же имеет место и для предиката
бабушка */
CLAUSES /* раздел описания предложений */
mother("Наташа","Даша"). /* "Наташа" и "Даша" связаны
отношением мама */
mother("Даша","Маша"). /* "Даша" и "Маша" также
принадлежат отношению мама */
grandmother(X,Y):- /* X является бабушкой Y, если
найдется такой Z, что */
mother(X,Z), /* X является мамой Z, а */
mother(Z,Y). /* Z является мамой Y */
Для запуска программы нажимаем Alt+R (Run). Так как раздела описания внутренней цели в нашей программе не было, Пролог система выведет приглашение на ввод внешней цели ("GOAL:"). Вводим вопросы, наблюдаем результаты. Повтор предыдущей цели F8.
Теперь давайте рассмотрим некоторые наиболее употребляемые стандартные предикаты. Начнем с предикатов, предназначенных для вывода и ввода.
Предикаты ввода-вывода
Турбо Пролог имеет отдельные предикаты для чтения с клавиатуры или из файла данных целого, вещественного, символьного и строкового типа. Работе с файлами будет посвящена лекция 12, а сейчас мы рассмотрим чтение из стандартного устройства ввода информации (клавиатуры) и, соответственно, запись на стандартное устройство вывода информации (монитор).
Предикат readln считывает строку с текущего устройства ввода и связывает ее со своим единственным выходным параметром.
Предикат readint читает с текущего устройства целое число и связывает его со своим единственным выходным параметром.
Предикат readreal отличается от предиката readint тем, что он считывает не целое, а вещественное число.
Для чтения символа с текущего устройства ввода используется предикат readchar. Есть еще предикат inkey, который так же, как и readchar, читает символ со стандартного устройства ввода. Разница между ними в том, что предикат readchar приостанавливает работу программы до тех пор, пока не будет введен символ, а предикат inkey не прерывает выполнение программы. Если нужно просто проверить, нажата ли клавиша, можно воспользоваться предикатом keypressed, не имеющим аргументов.
Предикат readterm предназначен для чтения сложных термов. У него два параметра: первый входной указывает имя домена, второй параметр конкретизируется термом домена, записанного в первом параметре. Если считанная этим предикатом строка не соответствует домену, указанному в его первом параметре, предикат выдаст сообщение об ошибке.
Для записи данных в текущее устройство записи служит предикат write. Он может иметь произвольное количество параметров. Кроме того, в Турбо Прологе есть еще и предикат writef, который служит для форматного вывода данных.
Для осуществления перехода на следующую строку (возврат каретки и перевод строки) применяется предикат nl, не имеющий параметров.
Описанная ниже группа предикатов служит для преобразования типов.
Предикат upper_lower имеет два аргумента и три варианта использования. Если в качестве первого аргумента указана строка (или символ), а второй аргумент свободен, то второй аргумент будет означен строкой (символом), полученной из первого аргумента преобразованием к нижнему регистру. Если в исходной строке были прописные английские буквы, то они будут заменены строчными. Если же, наоборот, первый аргумент свободен, а второй аргумент - это строка (или символ), то первый аргумент получит значение, равное строке (символу), полученной из второго аргумента преобразованием к верхнему регистру. Если в строке, находящейся во втором аргументе, были строчные английские буквы, то они будут заменены прописными. И, наконец, имеется третий вариант использования. Если и первый, и второй аргументы связаны, то предикат будет истинным только в том случае, если во втором аргументе находится строка (символ), которая получается из строки, находящейся в первом аргументе, путем замены всех прописных английских букв на строчные. В противном случае предикат будет ложным.
Также имеют два параметра и три варианта использования предикаты str_int, str_real. Первый преобразует строку в целое число и наоборот. Второй служит для превращения строки в вещественное число или вещественного числа в строку.
Предикат str_char имеет те же параметры использования и применяется для преобразования односимвольной строки в один символ и наоборот.
Немного по-другому работает предикат char_int. Он позволяет переходить от символа к его ASCII-коду и обратно.
Хотя Пролог - не самый лучший инструмент для выполнения большого объема вычислений, в нем имеются стандартные средства для реализации обычных вычислений. При этом можно использовать четыре арифметических операции (сложение (+), вычитание (-), умножение (*) и деление (/)), а также целочисленное деление (div) и взятие остатка от деления одного целого числа на другое (mod). Для сравнения чисел можно воспользоваться операциями равно (=), не равно (<>), больше (>), больше или равно (>=), меньше (<), меньше или равно (<=).
Кроме того, можно использовать обычные математические функции, такие как: логарифмы натуральный (ln) и десятичный (log), квадратный корень (sqrt), модуль (abs), экспонента (exp). Тригонометрические функции: синус (sin), косинус (cos), тангенс (tan), арктангенс (arctan). Величины углов указываются в радианах.
Функция trunc отбрасывает дробную часть своего параметра, а функция round округляет вещественное число до ближайшего целого.
Для вычисления псевдослучайных чисел имеется два варианта предиката random. Первый вариант имеет один выходной параметр, в который помещается сгенерированное вещественное число, лежащее в промежутке межу нулем и единицей. Второй вариант этого предиката - двухаргументный. В качестве первого входного аргумента указывается целое число. Второй аргумент означивается целым числом, лежащим между нулем и первым аргументом.
Нуль-местный предикат true всегда истинен, а нуль-местный предикат fail всегда ложен. Предикат fail часто используется для организации поиска с возвратом. Причем размещение какой-либо подцели в теле правила после предиката fail бессмысленно, поскольку в связи с тем, что этот предикат всегда терпит неудачу, цель никогда не будет достигнута.
Одноместный предикат free истинен, если его аргументом является свободная переменная, и ложен в противном случае. Предикат bound, наоборот, истинен, если его аргумент - это связанная переменная, и ложен, если его аргумент свободен.
В Турбо Прологе любой текст, находящийся между символами /* и */, рассматривается как комментарий. Кроме того, любой текст между символом % и концом строки также воспринимается как комментарий. Комментарий отличается от остального текста тем, что он игнорируется компилятором Турбо Пролога. Соответственно, комментарии пишутся не для компилятора, а для человека; для того, чтобы сделать программу более легкой для понимания.

 

 
На главную | Содержание | < Назад....Вперёд >
С вопросами и предложениями можно обращаться по nicivas@bk.ru. 2013 г.Яндекс.Метрика