?數(shù)據(jù)與表達式

1、領域

（1）標準領域.

Turbo prolog中不定義變量的類型，只說明謂詞中各個項的取值域.由上面我們知道， Turbo prolog 有整數(shù)、實數(shù)、字符、串 和 符號這5種標準域.另外，它還有結構、表和文件這3種復合域.

（2）結構.

結構也稱復合對象，它是 Turbo prolog 謂詞中的一種特殊的參量項（類似于謂詞邏輯中的函數(shù)）.結構的一般形式為：

《函子》（《參量表》）1

其中函子及參量的標識符與謂詞相同.注意，這意味著結構中還可包含結構.所以，復合對象可表達樹形數(shù)據(jù)結構.例如下面的謂詞：

likes（“Tom”， sports（football， basketball， table_tennis））.1

中的

sports（football， basketball， table_tennis）1

就是一個結構，即復合對象.又如：

person（“張華”， student（“清華大學”）， address（“中國”， “北京”））.

reading（“王宏”， book（“人工智能技術導論”， “西安電子科技大學出版社”））.

friend（father（“Li”）， father（“Zhao”））.123

這幾個謂詞中都有復合對象.

復合對象在程序中的說明，需分層進行.例如，對于上面的謂詞：

likes（“Tom”， sports（football， basketball， table_tennis））.1

在程序中可說明如下：

domains

name = symbol

sy = symbol

sp = sports（sy， sy， sy）

predicates

likes（name， sp）123456

（3）表.

表的一般形式是：

［x1， x2， ...， xn］1

其中xi（i=1，2，...，n）為 Prolog 的項，一般要求同一個表的元素必須屬于同一領域.不含任何元素的表稱為空表，記為［］.例如下面就是一些合法的表.

［1，2，3］

［ apple， orange， banana， grape， cane］

［“Prolog”， “MAENS”， “PROGRAMMING”， “in logic”］

［［a， b］， ［c， d］， ［e］］

［］12345

表的最大特點是其元素個數(shù)可在程序運行期間動態(tài)變化.表的元素也可以是結構或表，且這時其元素可以屬于不同領域.例如：

［name（“LiMing”）， age（20）， sex（male）， address（xian）］

［［1， 2］， ［3， 4， 5］， ［6， 7］］12

都是合法的表.后一個例子說明，表也可以嵌套.

實際上，表是一種特殊的結構，它是遞歸結構的另一種表達形式.這個結構的函數(shù)名取決于具體的 Prolog 版本，這里我們就用一個圓點來表示.下面就是一些這樣的結構及它們的表的表示形式：

結構形式表形式

·（a， ［］）［a］

·（a， ·（b， ［］））［a， b］

·（a， ·（b， ·（c， ［］）））［a， b， c］

表的說明方法是在其組成元素的說明符后加一個星號*.如：

domains

lists = string*

predicates

pl（lists）1234

就說明謂詞 pl 中的項 lists 是一個由串 string 組成的表.

對于由結構組成的表，至少分3步說明.例如對于下面謂 p 中的表

對于由結構組成的表，至少分3步說明.例如對于下面謂 p 中的表

p（［name（“Liming”）， age（20）］）1

則需這樣說明：

domains

rec=seg*

seg=name（string）; age（integer）

predicates

p（rec）12345

2、常量與變量

由上面的領域可知， Turbo Prolog的常量有整數(shù)、實數(shù)、字符、串、符號、結構、表 和 文件 這8種數(shù)據(jù)類型.同理， Turbo Prolog 的變量也就有這8種取值.另外，變量名要求必須是以大寫字母或下劃線開頭的字母、數(shù)字和下劃線 序列，或者只有一個下劃線（這種變量稱為無名變量）.

3、算術表達式

Turbo Prolog 提供了 5 種最基本的算術運算：加、減、乘、除 和 取模，相應運算符號為“+”、“-”、“*”、“/”、“mod”.這 5 種運算的順序為：“*”、“/”、“mod”優(yōu)先于“+”、“-”.同級從左到右按順序運算，括號優(yōu)先.

算術表達式的形式與數(shù)學中的形式基本一樣.例如：

數(shù)學中的算術表達式Turbo Prolog 中的算術表達式

x + yzX + Y * Z

ab - c / dA * B - C / D

u mod vU mod V（表示求U除以V所得的余數(shù)）

即， Turbo Prolog 中算術表達式采用通常數(shù)學中使用的中綴形式.這種算術表達式為 Prolog 的一種異體結構，若以 Prolog 的結構形式來表示，則它們應為：

+（X， *（Y， Z））

-（*（A， B）， /（C， D））

mod（U， V）123

所以，運算符“+”、“-”、“*”、“/”和“mod”實際也就是 Prolog 內部定義好了的函數(shù)符.

在 Turbo Prolog 程序中，如果一個算術表達式中的變元全部被實例化（即被約束），則這個算術表達式的值就會被求出.求出的值可用來實例化某變量，也可用來同其他數(shù)量進行比較，用一個算術表達式的值實例化一個變量的方法是用謂詞“is”或“=”來實現(xiàn)的.例如：

Y is X + 5或Y = X + 5 （*）123

就使變量 Y 實例化為 X+5 的值（當然 X 也必須經(jīng)已被某值實例化），可以看出，這里對變量 Y 的實例化方法類似于其他高級程序語言中的“賦值”，但又不同于賦值.例如，在 Prolog 中下面的式子是錯誤的：

X = X + 11

需要說明的是，雖然 Prolog 是一種邏輯程序設計語言，但在目前的硬件條件下卻非突破邏輯框架不可.這是因為有些實用操作是無法用邏輯描述的（如輸入與輸出），有些算術運算在原則上可用邏輯描述，但這樣做效率太低.為此， Prolog 提供了若干內部謂詞（亦稱 預定義謂詞），來實現(xiàn)算術運算、輸入與輸出等操作.所謂內部謂詞，就是 Prolog 的解釋程序中，預先用實現(xiàn)語言定義好的用戶可直接作為子目標調用的謂詞.一般的 Prolog 實用系統(tǒng)都配有 100 個以上的內部謂詞，這些內部謂詞涉及輸入輸出、算術運算、搜索控制、文件操作和圖形聲音等方面，它們是實用 Prolog 程序設計所必不可少的.這樣，上面的（*）式以及下面的關系表達式稱為異體謂詞.

4、關系表達式

Turbo Prolog 提供了 6 種常用的關系運算，即 小于、小于或等于、等于、大于、大于或等于、不等于，其運算符依次為：

《， 《=， =，》，》=， 《》1

Turbo Prolog 的關系表達式的形式和數(shù)學中的也基本一樣，例如：

數(shù)學中的關系式Turbo Prolog 中的關系式

X + 1 ≥ YX + 1》= Y

X ≠ YX 《》 Y

即， Turbo Prolog 中的關系式也用中綴形式.當然，這種關系式為 Turbo Prolog 中的異體原子.若按 Turbo Prolog 中的原子形式來表示，則上面的兩個例子為：

》=（X +1， Y） 和 《》（X， Y）1

所以上述 6 種關系運算符，實際上也就是 Turbo Prolog 內部定義好了的 6 個謂詞.這 6 個關系運算符可用來比較兩個算術表達式的大小.例如：

brother（Name1， Name2） ：- person（Name1， man， Age1），

person（Name2， man， Age2），

mother（Z， Name1）， mother（Z， Name2）， Age1》 Age2.123

需要說明的是，“=”的用法比較特殊，它既可以表示比較，也可以表示約束值，即使在同一個規(guī)則中的同一個“=”也是如此.例如：

p（X， Y， Z） ：- Z = X + Y.1

當變量 X、Y、Z全部被實例化時，“=”就是比較符.如對于問題：

Goal： p（3， 5， 8）.1

機器回答“yes”，而對于：

Goal： p（3， 5， 7）.1

機器回答“no”.即這時機器把 X+Y 的值與Z的值進行比較.但當 X，Y 被實例化，而 Z 未被實例化時， “=”號就是約束符，如：

Goal： P（3， 5， Z）.1

機器回答“Z = 8”.這時，機器使 Z 實例化為 X+Y 的結果.

?輸入與輸出

雖然 Prolog 能自動輸出目標子句中的變量的值，但這種輸出功能必定有限，往往不能滿足實際需要；另外，對通常大多數(shù)的程序來說，運行時從鍵盤上輸人有關數(shù)據(jù)或信息也是必不可少的.為此每種具體 Prolog 一般都提供專門的輸人和輸出謂詞，供用戶直接調用.例如，下面就是 Turbo Prolog 的幾種輸入輸出謂詞：

readin（X）.這個謂詞的功能是從鍵盤上讀取一個字符串，然后約束給變量 X .

readint（X）.這個謂詞的功能是從鍵盤上讀取一個整數(shù)，然后約束給變量 X，如果鍵盤上打入的不是整數(shù)，則該謂詞失敗.

readreal（X）.這個謂詞的功能是從鍵盤上讀取一個實數(shù)，然后約束給變量 X，如果鍵盤上打入的不是實數(shù)，則該謂詞失敗.

readchar（X）.這個謂詞的功能是從鍵盤上讀取一個字符，然后約束給變量 X，如果鍵盤上打入的不是單個字符，則該謂詞失敗.

write（X1， X2， …， Xn）.這個謂詞的功能是把項 Xi（i=1，2，…，n） 的值顯示在屏幕上或者打印在紙上，當有某個 Xi 未實例化時，該謂詞失敗.其中的 Xi 可以是變量，也可以是字符串或數(shù)字.例如：

write（“computer”， “Prolog”， Y， 1992）

nl（換行謂詞）.它使后面的輸出（如果有的話）另起一行.另外，利用 write的輸出項“ ”也同樣可起到換行作用.例如：

write（“name”）， nl， write（“age”）

與

write（“name”， “ ”， “age”）

的效果完全一樣.

舉個例子：

用上面的輸入輸出謂詞編寫一個簡單的學生成績數(shù)據(jù)庫查詢程序.

PREDICATES

student（integer， string， real）

grade

GOAL

grade.

CLAUSES

student（1， “張三”， 90.2）.

student（2， “李四”， 95.5）.

student（3， “王五”， 96.4）.

grade ：- write（“請輸人姓名：”）， readln（Name），

student（_， Name， Score），

nl， write（Name， “的成績是”， Score）.

grade ：- write（“對不起，找不到這個學生！”）.12345678910111213

下面是程序運行時的屏幕顯示

請輸入姓名：王五

王五的成績是96.412

四、分支與循環(huán)

Prolog 本來沒有分支和循環(huán)語句，但可以利用其邏輯機制實現(xiàn)分支和循環(huán)效果.

1、分支

對于通常的 IF-THEN-ELSE 分支結構，Prolog可用兩條同頭的（同頭即指結論相同）并列規(guī)則實現(xiàn).例如，將：

IF X》0 THEN X：=1

ELSE X：=012

用 Prolog實現(xiàn)則是：

br ：- X》 0， X = 1.

br ：- X = 0.12

類似地，對于多分支，可以用多條規(guī)則實現(xiàn).例如：

br ：- X》 0， X = 1.

br ：- X = 0， X = 0.

br ：- X 《 0， X = -1.123

2、循環(huán)

Prolog 可以實現(xiàn)計循環(huán)次數(shù)的 FOR 循環(huán)，也可以實現(xiàn)不計循環(huán)次數(shù)的 DO 循環(huán).

舉個例子：

下面的程序段就實現(xiàn)了循環(huán)，它使得 write 語句重復執(zhí)行了3次，而打印輸出了3個學生的記錄：

student（1， “張三”， 90.2）.

student（2， “李四”， 95.5）.

student（3， “王五”， 96.4）.

print ：- student（Number， Name， Score），

write（Number， Name， Score）， nl，

Number = 3.123456

可以看出，程序第一次執(zhí)行，student 謂詞與第一個事實匹配，write 語句便輸出了張三同學的記錄.但當程序執(zhí)行到最后一句時，由于 Number 不等于 3，則該語句失敗，于是，引起回溯.而 write 語句和 nl 語句均只能執(zhí)行一次，所以繼續(xù)向上回溯到 student 語句.這樣，student 謂詞則因失敗而重新匹配.這一次與第二個事實匹配，結果輸出了李四的記錄.同理，當執(zhí)行到最后一句時又引起了回溯.write 語句第三次執(zhí)行后，由于 Number 已等于3，所以最后一個語句成功，程序段便運行結束.

這個例子可以看做是計數(shù)循環(huán).當然，也可以通過設置計數(shù)器而實現(xiàn)真正的計數(shù)循環(huán).下面的程序段實現(xiàn)的則是不計數(shù)的 DO 循環(huán)：

student（1， “張三”， 90.2）.

student（2， “李四”， 95.5）.

student（3， “王五”， 96.4）.

print ：- student（Number， Name， Score），

write（Number， Name， Score）， nl，

fail.

print ：-.1234567

這個程序段中的 fail 是一個內部謂詞，它的語義是恒失敗.這個程序段與上面的程序段的差別僅在于把原來用計數(shù)器（或標記數(shù)）進行循環(huán)控制的語句變成了恒失敗謂詞 fail，另外又增加了一個 print 語句，增加這個語句的目的是為程序設置一個出口.因為 fail 是恒失敗，下面若無出口的話，將引起 print 本身的失敗，進而又會導致程序的連鎖失敗.

還需說明的是，用 Prolog的遞歸機制也可以實現(xiàn)循環(huán)，不過用遞歸實現(xiàn)循環(huán)通常需與表相配合.另外，遞歸的缺點是容易引起內存溢出，故通常的循環(huán)多是用上述方法實現(xiàn)的.

?動態(tài)數(shù)據(jù)庫

動態(tài)數(shù)據(jù)庫就是在內存中實現(xiàn)的動態(tài)數(shù)據(jù)結構.它由事實組成，程序可以對它操作，所以在程序運行期間它可以動態(tài)變化.Turbo Prolog 提供了 3 個動態(tài)數(shù)據(jù)庫操作謂詞，即：

asserta（《 fact》）

assertz（《 fact》）

retract（《 fact》）123

其中 fact 表示事實.這 3 個謂詞的功能如下：

asserta（《 fact》） 把 fact 插入當前動態(tài)數(shù)據(jù)庫中的同名謂詞的事實之前.

assertz（《 fact》） 把 fact 插入當前動態(tài)數(shù)據(jù)庫中的同名謂詞的事實之后.

retract（《 fact》） 把 fact 從當前動態(tài)數(shù)據(jù)庫中刪除.

例如語句：

asserta（student（20， “李明”， 90.5））.1

將在內存的謂詞名為 student 的事實前插入一個新事實：

student（20， ‘’李明“， 90.5）1

如果內存中還沒有這樣的事實，則它就是第一個.又如語句：

retract（student（20， _， _））.1

將從內存的動態(tài)數(shù)據(jù)庫中的刪除事實：

student（20， _， _）1

它可解釋為學號為 20 的一個學生的記錄.注意，這里用了無名變量 “_”.

可以看出，Turbo Prolog 提供的動態(tài)數(shù)據(jù)庫機制，可非常方便地實現(xiàn)堆棧、隊列等動態(tài)數(shù)據(jù)結構，提供的數(shù)據(jù)庫操作謂詞大大簡化了編程.

另外，Turbo Prolog 還提供了兩個文件操作謂詞：

save（《 filename》）.

consult（《 filename》）.12

其中 save 可將當前內存中的事實存入文件“filename”中，consult 則將文件“filename”中的事實調入內存.