人工智能語(yǔ)言——ＰＲＯＬＯＧ

摘要：Prolog是人工智能語(yǔ)言的一個(gè)典型代表。本文簡(jiǎn)要闡述了人工智能語(yǔ)言及其特點(diǎn)，并通過(guò)實(shí)例介紹了Prolog語(yǔ)言及其基本結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：人工智能語(yǔ)言；Prolog；遞歸

中圖分類(lèi)號(hào)：TP312文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2008)05-10ppp-0c

Prolog的思想最早由R. Kowalski提出，1972年，第一個(gè)prolog語(yǔ)言在法國(guó)的馬賽研制成功，最初設(shè)計(jì)思想是以FOL為背景，設(shè)計(jì)一個(gè)處理邏輯推理問(wèn)題的會(huì)話(huà)式語(yǔ)言。Prolog 目前是AI應(yīng)用中重要的開(kāi)發(fā)工具，也是開(kāi)發(fā)知識(shí)庫(kù)、ES、自然語(yǔ)言接口、智能信息管理系統(tǒng)的重要工具。

1 什么是人工智能語(yǔ)言

人工智能(AI)語(yǔ)言是一類(lèi)適應(yīng)于人工智能和知識(shí)工程領(lǐng)域的、具有符號(hào)處理和邏輯推理能力的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。能夠用它來(lái)編寫(xiě)程序求解非數(shù)值計(jì)算、知識(shí)處理、推理、規(guī)劃、決策等具有智能的各種復(fù)雜問(wèn)題。典型的人工智能語(yǔ)言主要有LISP、Prolog、Smalltalk、C++等。

一般來(lái)說(shuō)，人工智能語(yǔ)言應(yīng)具備如下特點(diǎn)：

（1）具有符號(hào)處理能力；

（2）適合于結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)，編程容易；

（3）具有遞歸功能和回溯功能；

（4）具有人機(jī)交互能力；

（5）適合于推理。

人們可能會(huì)問(wèn)，用人工智能語(yǔ)言解決問(wèn)題與傳統(tǒng)的方法有什么區(qū)別呢？

傳統(tǒng)方法通常把問(wèn)題的全部知識(shí)以各種的模型表達(dá)在固定程序中，問(wèn)題的求解完全在程序制導(dǎo)下按著預(yù)先安排好的步驟一步一步（逐條）執(zhí)行。解決問(wèn)題的思路與馮.諾依曼式計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)相吻合。當(dāng)前大型數(shù)據(jù)庫(kù)法、數(shù)學(xué)模型法、統(tǒng)計(jì)方法等都是嚴(yán)格結(jié)構(gòu)化的方法。

對(duì)于人工智能技術(shù)要解決的問(wèn)題，通常需要建立一個(gè)知識(shí)庫(kù)，程序根據(jù)環(huán)境和所給的輸入信息以及所要解決的問(wèn)題來(lái)決定自己的行動(dòng)，所以它是在環(huán)境模式的制導(dǎo)下的推理過(guò)程。這種方法有極大的靈活性、對(duì)話(huà)能力、有自我解釋能力和學(xué)習(xí)能力。這種方法對(duì)解決一些條件和目標(biāo)不大明確或不完備，的非結(jié)構(gòu)化問(wèn)題比傳統(tǒng)方法好。它采用用試探法來(lái)解決問(wèn)題。人工智能也尚未發(fā)展到完全能解決這類(lèi)問(wèn)題的全部問(wèn)題。這類(lèi)問(wèn)題是人工智能研究要解決的問(wèn)題。

2 Prolog語(yǔ)言及其基本結(jié)構(gòu)

Prolog是當(dāng)代最有影響的人工智能語(yǔ)言之一，由于該語(yǔ)言很適合表達(dá)人的思維和推理規(guī)則，在自然語(yǔ)言理解、機(jī)器定理證明、專(zhuān)家系統(tǒng)等方面得到了廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為人工智能應(yīng)用領(lǐng)域的強(qiáng)有力的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言。現(xiàn)在的Prolog語(yǔ)言有許多版本，但它們的核心部分都是一樣的。Prolog的基本語(yǔ)句僅有三種，即事實(shí)、規(guī)則和目標(biāo)三種類(lèi)型的語(yǔ)句，且都用謂詞表示，因而程序邏輯性強(qiáng)，文法簡(jiǎn)捷，清晰易懂。另一方面，Prolog是陳述性語(yǔ)言，一旦給它提交必要的事實(shí)和規(guī)則之后，Prolog就使用內(nèi)部的演繹推理機(jī)制自動(dòng)求解程序給定的目標(biāo)，而不需要在程序中列出詳細(xì)的求解步驟。

2.1 事實(shí)

事實(shí)用來(lái)說(shuō)明一個(gè)問(wèn)題中已知的對(duì)象和它們之間的關(guān)系。在Prolog程序中，事實(shí)由謂詞名及用括號(hào)括起來(lái)的一個(gè)或幾個(gè)對(duì)象組成。謂詞和對(duì)象可由用戶(hù)自己定義。

例如，Bill likes Cindy.Cindy likes Bill.Bill likes dogs.

Prolog表示為：likes(bill， cindy). likes(cindy， bill).likes(bill， dogs).

2.2 規(guī)則

規(guī)則由幾個(gè)互相有依賴(lài)性的簡(jiǎn)單句（謂詞）組成，用來(lái)描述事實(shí)之間的依賴(lài)關(guān)系。從形式上看，規(guī)則由左邊表示結(jié)論的后件謂詞和右邊表示條件的前提謂詞組成。

例如，Cindy likes everything that Bill likes.

Caitlin likes everything that is green.

Prolog表示為： likes(cindy， Something):-likes(bill， Something).

likes(caitlin， Something):-green(Something).

2.3 目標(biāo)（問(wèn)題）

把事實(shí)和規(guī)則寫(xiě)進(jìn)Prolog程序中后，就可以向Prolog詢(xún)問(wèn)有關(guān)問(wèn)題的答案，詢(xún)問(wèn)的問(wèn)題就是程序運(yùn)行的目標(biāo)。目標(biāo)的結(jié)構(gòu)與事實(shí)或規(guī)則相同，可以是一個(gè)簡(jiǎn)單的謂詞，也可以是多個(gè)謂詞的組合。

例如問(wèn)題 ?-student(john).表示“john是學(xué)生嗎？”

3 Prolog的基本語(yǔ)句

3.1 Prolog程序由一組事實(shí)和規(guī)則組成，如：

likes(george， swimming).

likes(susie， swimming) :- likes(george， swimming).

likes(mary， X) :- likes(susie， X)， likes(george， X).

上述程序執(zhí)行過(guò)程可以如下：

?- likes(george， swimming).

Yes

?- likes(jack， biking).

No

?- dislikes(jack， biking).

No

3.2 遞歸性

member: 確定某元素是否是某個(gè)表中的成員

member(X， [X |_]).

member(X，[_|Y]):- member(X，Y).

append: 把兩個(gè)表連成一個(gè)表

append([]，L，L).

append([X|L1]，L2，[X|L3]):- append(L1，L2，L3).

3.3 prolog程序

求誰(shuí)是john的朋友？

predicates /*謂詞段，對(duì)要用的謂詞名和參數(shù)進(jìn)行說(shuō)明*/

likes(symbol， symbol)

friend(symbol， symbol)

clauses /*子句段，存放所有的事實(shí)和規(guī)則*/

likes(bell，sports). /*前4行是事實(shí)*/

likes(mary，music).

likes(mary，sports).

likes(jane，smith).

friend(john，X):-likes(X，sports)，likes(X，music). /*本行是規(guī)則*/

當(dāng)上述事實(shí)與規(guī)則輸入計(jì)算機(jī)后，運(yùn)行該程序，用戶(hù)就可以進(jìn)行詢(xún)問(wèn)，如輸入目標(biāo)：

friend(john，X)

即詢(xún)問(wèn)john的朋友是誰(shuí)，這時(shí)計(jì)算機(jī)的運(yùn)行結(jié)果為：

X=mary （mary是john的朋友）

3.4 附加的控制機(jī)制cut

cut用“！”表示：恒真，cut是一種能夠影響Prolog回溯方式的專(zhuān)門(mén)機(jī)構(gòu)：當(dāng)要回溯前面一串已滿(mǎn)足目標(biāo)時(shí)，就不要考慮那些目標(biāo)的其他可選分支了。或著說(shuō)：！在SLD樹(shù)上剪除了以它的父目標(biāo)為根的那個(gè)子樹(shù)中尚未被搜索的部分。

優(yōu)點(diǎn)：程序可以運(yùn)行的更快，程序可以占用較少的內(nèi)存空間。

cut的幾種用法：放在產(chǎn)生器和測(cè)試器的后面，example(X):-generate(X)，test(X)，!，與內(nèi)部謂詞fail合用。

例如：如果一個(gè)人是健壯的，條件為：沒(méi)有心臟病、肺病，不是近視眼。

strong(X):- heart_disease(X)，fail.

strong(X):- tuberculosis(X)，fail.

strong(X):- nearsight(X)，fail.

strong(X).

heart_disease(xiao_li).

?- strong(xiao_li).

4 Prolog 的實(shí)現(xiàn)

（1）解釋實(shí)現(xiàn)：“編譯”階段：即分析Prolog源程序的語(yǔ)法，把它翻譯成便于解釋執(zhí)行的內(nèi)部形式，解釋階段：即對(duì)SLD樹(shù)的深度優(yōu)先搜索，預(yù)定義謂詞的解釋?zhuān)好恳粋€(gè)預(yù)定義謂詞有一個(gè)小的解釋模塊，互相之間基本上是獨(dú)立的，但與全程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和主控程序之間要協(xié)調(diào)

（2）編譯實(shí)現(xiàn)：Prolog的翻譯：把Prolog程序翻譯成一種高級(jí)程序語(yǔ)言代碼，Prolog的編譯：編譯成Warren抽象機(jī)代碼

5 Prolog語(yǔ)言的常用版本

5.1 Turbo Prolog

由美國(guó)Prolog開(kāi)發(fā)中心（Prolog Development Center， PDC）1986年開(kāi)發(fā)成功、Borland公司對(duì)外發(fā)行，其1.0，2.0，2.1版本取名為T(mén)urbo Prolog，主要在IBM PC系列計(jì)算機(jī)，MS-DOS環(huán)境下運(yùn)行。

5.2 PDC Prolog

1990年后，PDC推出新的版本，更名為PDC Prolog 3.0，3.2，它把運(yùn)行環(huán)境擴(kuò)展到OS/2操作系統(tǒng)，并且向全世界發(fā)行。

5.3 Visual Prolog

Visual Prolog是基于Prolog語(yǔ)言的可視化集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，是PDC推出的基于Windows環(huán)境的智能化編程工具。目前，Visual Prolog在美國(guó)、西歐、日本、加拿大、澳大利亞等國(guó)家和地區(qū)十分流行，是國(guó)際上研究和開(kāi)發(fā)智能化應(yīng)用的主流工具之一。

Visual Prolog具有模式匹配、遞歸、回溯、對(duì)象機(jī)制、事實(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和謂詞庫(kù)等強(qiáng)大功能。它包含構(gòu)建大型應(yīng)用程序所需要的一切特性：圖形開(kāi)發(fā)環(huán)境、編譯器、連接器和調(diào)試器，支持模塊化和面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)，支持系統(tǒng)級(jí)編程、文件操作、字符串處理、位級(jí)運(yùn)算、算術(shù)與邏輯運(yùn)算，以及與其它編程語(yǔ)言的接口。

6 結(jié)束語(yǔ)

總之，Prolog語(yǔ)言是一種說(shuō)明性的語(yǔ)言，是數(shù)據(jù)與程序結(jié)構(gòu)統(tǒng)一， Prolog是“智能的”：具有內(nèi)置的推理機(jī)實(shí)現(xiàn)從上至下、從左至右的搜索，Prolog能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)模式匹配和回溯，并具有具有遞歸的特點(diǎn)，作為AI開(kāi)發(fā)的重要工具，我們一定要深入學(xué)習(xí)理解，開(kāi)發(fā)出更多更實(shí)用的應(yīng)用系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]史忠植.高級(jí)人工智能（第二版）.北京：科學(xué)出版社，2006.

[2]廉師友.人工智能技術(shù)導(dǎo)論（第二版）.西安：電子科技大學(xué)出版社，2002.

[3]陳群秀.人工智能（遠(yuǎn)程教育研究生課程）.http://www.sztvu.com/tsinghua/rgzn/art2011.htm.

[4]Visual Prolog語(yǔ)言簡(jiǎn)介.http://www.kddxy.net/~lei/VIP.html#VPL.

[5]人工智能語(yǔ)言.http://myandyou2008.51.net/rengongzhineng/第十四章人工智能語(yǔ)言.htm.

收稿日期：2007-12-23

作者簡(jiǎn)介：王春蓮（1973-），女，山東德州人，講師，在職同等學(xué)力研究生，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用；王海霞（1976-），女，山東濟(jì)南人，講師，大學(xué)本科。