Программирование на языке Пролог для искусственного интеллекта

На приведенном ниже примере проследим, как в действительности правила используются Прологом. Спросим нашу программу, является ли Лиз отпрыском Тома:

?- отпрыск( лиз, том).

В программе нет фактов об отпрысках, поэтому единственный способ ответить на такой вопрос — это применить правило о них. Правило универсально в том смысле, что оно применимо к любым объектам X и Y, следовательно, его можно применить и к таким конкретным объектам, как лиз и том. Чтобы это сделать, нужно вместо Y подставить в него лиз, а вместо X — том. В этом случае мы будем говорить, что переменные X и Y конкретизируются:

X = том и Y = лиз

После конкретизации мы получаем частный случай нашего общего правила. Вот он:

отпрыск( лиз, том) :- родитель( том, лиз).

Условная часть приняла вид:

родитель( том, лиз)

Теперь пролог-система попытается выяснить, выполняется ли это условие (является ли оно истинным). Для этого исходная цель

отпрыск( лиз, том)

заменяется подцелью

родитель( том, лиз)

Эта (новая) цель достигается тривиально, поскольку такой факт можно найти в нашей программе. Это означает, что утверждение, содержащееся в выводе правила, также истинно, и система ответит на вопрос yes (да).

Добавим теперь в нашу программу-пример еще несколько родственных отношений. Определение отношения мать может быть основано на следующем логическом утверждении:

Для всех X и Y

X является матерью Y, если

X является родителем Y и

X — женщина.

На Пролог это переводится в виде такого правила:

мать( X, Y) :- родитель( X, Y), женщина( X).

Запятая между двумя условиями указывает на конъюнкцию условий. Это означает, что они должны быть выполнены оба одновременно.

Рис. 1.3. Графы отношений родительродителя, мать и отпрыск, определенных через другие отношения.

Такие отношения как родитель, отпрыск и мать можно изобразить в виде диаграмм, приведенных на рис. 1.3. Они нарисованы с учетом следующих соглашений. Вершины графа соответствуют объектам, т.е. аргументам отношений. Дуги между вершинами соответствуют бинарным (двуместным) отношениям. Дуги направлены от первого аргумента к второму. Унарные отношения на диаграмме изображаются просто пометкой соответствующих объектов именем отношения. Отношения, определяемые через другие отношения, представлены штриховыми дугами. Таким образом, любую диаграмму следует понимать так: если выполнены отношения, изображенные сплошными дугами, тогда и отношение, изображенное штриховой дугой, тоже выполнено. В соответствии с рис. 1.3, отношение родительродителя можно сразу записать на Прологе:

родительродителя( X, Z) :- родитель( X, Y),
 родитель( Y, Z).

Здесь уместно сделать несколько замечаний о внешнем виде нашей программы. Пролог дает почти полную свободу расположения текста на листе. Так что можно вставлять пробелы и переходить к новой строке в любом месте текста по вкусу. Вообще мы хотим сделать так, чтобы наша программа имела красивый и аккуратный вид, а самое главное, легко читалась. Для этого мы часто будем помещать голову предложения и каждую цель на отдельной строке. При этом цели мы будем писать с отступом, чтобы сделать разницу между головой и целями более заметной. Например, правило родительродителя в соответствии с этими соглашениями запишется так:

родительродителя( X, Z) :-
 родитель( X, Y),
 родитель( Y, Z).

На рис. 1.4 показано отношение сестра:

Для любых X и Y

X является сестрой Y, если

(1) у X и Y есть общий родитель, и

(2) X — женщина.

Рис. 1.4. Определение отношения сестра.

Граф на рис. 1.4 можно перевести на Пролог так:

сестра( X, Y) :-
 родитель( Z, X),
 родитель( Z, Y),
 женщина( X).

Обратите внимание на способ, с помощью которого выражается требование "у X и Y есть общий родитель". Была использована следующая логическая формулировка: "некоторый Z должен быть родителем X и этот же самый Z должен быть родителем Y". По-другому, менее красиво, можно было бы сказать так: "Z1 - родитель X, Z2 - родитель Y и Z1 равен Z2".

Теперь можно спросить:

?- сестра( энн, пат).

Как и ожидается, ответ будет "yes" (да) (см. рис. 1.1). Мы могли бы заключить отсюда, что определенное нами отношение сестра работает правильно. Тем не менее в нашей программе есть маленькое упущение, которое обнаружится, если задать вопрос: "Кто является сестрой Пат?"

?- сестра( X, пат).

Система найдет два ответа, один из которых может показаться неожиданным:

X = энн;
X = пат

Получается, что Пат — сестра себе самой?! Наверное, когда мы определяли отношение сестра, мы не имели этого ввиду. Однако ответ Пролога совершенно логичен, поскольку он руководствовался нашим правилом, а это правило ничего не говорит о том, что, если X — сестра Y, то X и Y не должны совпадать. Пролог (с полным правом) считает, что X и Y могут быть одним и тем же объектом и в качестве следствия из этого делает вывод, что любая женщина, имеющая родителя, является сестрой самой себе.

Чтобы исправить наше правило о сестрах, его нужно дополнить утверждением, что X и Y должны различаться. В следующих главах мы увидим, как это можно сделать, в данный же момент мы предположим, что отношение различны уже известно пролог-системе и что цель

различны( X, Y)

достигается тогда и только тогда, когда X и Y не равны. Усовершенствованное правило для отношения сестра примет тогда следующий вид:

сестра( X, Y) :-
 родитель( Z, X),
 родители( Z, Y),
 женщина( X),
 различны( X, Y).

Некоторые важные моменты этого раздела:

• Пролог-программы можно расширять, добавляя в них новые предложения.

• Прологовские предложения бывают трех типов: факты, правила и вопросы.

• Факты содержат утверждения, которые являются всегда, безусловно верными.