§ 42. Встроенные предикаты в логических языках программирования. Простейшие программы

Определения и обозначения

Встроенный предикат – это предопределённое правило, которое уже реализовано в системе Prolog. Он выполняет определённую операцию, например, арифметическое вычисление или ввод-вывод данных. Встроенные предикаты позволяют расширить возможности языка и решать более сложные задачи.

Предикат `is/2` используется для проверки арифметического равенства. Он принимает два аргумента: левый аргумент – переменная или арифметическое выражение, правый аргумент – арифметическое выражение. Важно, что `is/2` сначала вычисляет значение правой части, а затем сравнивает его с левой.

Предикат `between/3` служит для генерации целых чисел в заданном диапазоне. Он принимает три аргумента: начальное значение, конечное значение и переменную, которая последовательно принимает значения из этого диапазона. Этот предикат часто используется для перебора возможных решений.

Арифметическое выражение – это комбинация чисел, переменных и арифметических операторов (+, -, *, /, mod, и т.д.). Prolog вычисляет арифметические выражения, чтобы получить числовое значение. Важно помнить про приоритет операторов и использовать скобки, чтобы задать желаемый порядок вычислений.

Как это устроено

В логических языках программирования, таких как Prolog, основная задача – вывод новых фактов на основе уже известных. Однако, для написания полезных программ необходимы операции ввода-вывода и математические вычисления. Именно для этого и используются встроенные предикаты, дополняющие возможности чисто логического вывода.

Предикат `is/2` работает следующим образом: он вычисляет значение арифметического выражения, находящегося в правой части, и затем пытается сопоставить это значение с левой частью. Если сопоставление успешно, то предикат `is/2` возвращает успех, иначе – неудачу. Этот предикат не является операцией присваивания, а именно операцией проверки равенства.

Предикат `between/3` базируется на принципе генерации целых чисел. Он последовательно подставляет в переменную, указанную в третьем аргументе, каждое целое число, начиная с первого аргумента и заканчивая вторым аргументом включительно. Таким образом, `between/3` позволяет легко перебрать все целые числа в заданном диапазоне.

Сочетание встроенных предикатов позволяет строить более сложные программы. Например, можно использовать `between/3` для генерации чисел, а затем `is/2` для проверки, удовлетворяют ли они определённому условию. Также, `write/1` и `read/1` позволяют работать с пользователем, запрашивая ввод и выводя результаты.

Примеры встроенных предикатов

Эта таблица демонстрирует основные встроенные предикаты Prolog и их назначение. Используя эти предикаты, можно решить широкий спектр задач, требующих вычислений, ввода-вывода и логического вывода.

Разбор задач

Задача 1: Найти все числа между 1 и 10 включительно.

1. Определим правило `find_numbers(Start, End)`: `find_numbers(Start, End) :- between(Start, End, Number), write(Number), nl, fail.`
2. Правило `find_numbers(1, 10)` вызовет `between(1, 10, Number)`, который будет генерировать числа от 1 до 10.
3. Для каждого сгенерированного числа `Number`, предикат `write(Number)` выведет его на экран, а `nl` переведёт курсор на новую строку.
4. Предикат `fail` заставит Prolog искать другие решения.

Ответ: Prolog выведет на экран числа от 1 до 10 каждое на новой строке.

Задача 2: Проверить, является ли результат вычисления 2+3 равным 5.

1. Создадим правило `check_equality()`: `check_equality() :- 2 + 3 is 5.`
2. Предикат `is/2` вычислит значение выражения `2 + 3`, которое равно 5.
3. Он сравнит результат (5) с правой частью (5).
4. Если значения равны, предикат `is/2` вернет успех, и правило `check_equality()` также вернет успех.

Ответ: Prolog выдаст `true`, подтверждая, что результат вычисления 2+3 действительно равен 5.

Задача 3: Написать программу, которая принимает два числа с клавиатуры и выводит их сумму.

1. Определим правило `sum_numbers()`: `sum_numbers() :- read(X), read(Y), Z is X + Y, write(Z), nl.`
2. Предикат `read(X)` запросит ввод первого числа с клавиатуры и сохранит его в переменной `X`.
3. Предикат `read(Y)` запросит ввод второго числа с клавиатуры и сохранит его в переменной `Y`.
4. Предикат `Z is X + Y` вычислит сумму `X` и `Y` и сохранит результат в переменной `Z`.
5. Предикат `write(Z)` выведет значение `Z` (сумму) на экран, а `nl` переведёт курсор на новую строку.

Ответ: Программа запросит два числа, а затем выведет их сумму.

Типичные ошибки

Использование `is/2` для присваивания значения переменной. Распространённая ошибка – пытаться использовать `is/2` как оператор присваивания. `is/2` предназначен для *проверки*, а не для изменения значения переменных.

Неправильный порядок аргументов в `is/2`. Левый аргумент `is/2` должен быть переменной, а правый – арифметическим выражением. Попытка поменять их местами приведёт к ошибке.

Попытка использовать `between/3` для генерации нецелых чисел. Предикат `between/3` работает только с целыми числами. Попытка использовать его для генерации чисел с плавающей точкой приведет к ошибке или непредсказуемым результатам.

Забывание добавить точку (.) в конце правила Prolog. Точка – это обязательный символ, который указывает на конец правила. Ее отсутствие приводит к синтаксической ошибке и не позволяет Prolog корректно интерпретировать программу.

Связь с другими темами

Основы синтаксиса логических языков программирования, понятия предикатов и аргументов. Понимание синтаксиса Prolog, включая правила, факты и запросы, является фундаментом для работы со встроенными предикатами. Необходимо хорошо понимать, что такое предикаты и аргументы, чтобы правильно использовать их.

Применение логических языков программирования для решения задач искусственного интеллекта и экспертных систем. Встроенные предикаты могут использоваться для решения различных задач, связанных с искусственным интеллектом, таких как принятие решений, автоматическое планирование и экспертные системы.

Что запомнить

• Встроенные предикаты расширяют функциональность логических языков программирования.
• Предикат `is/2` используется для проверки арифметического равенства.
• Предикат `between/3` генерирует целые числа в заданном диапазоне.
• Точка (.) в конце правила Prolog обязательна.
• Встроенные предикаты позволяют выполнять ввод-вывод и арифметические операции.
• Правильный порядок аргументов и понимание назначения предиката – ключ к успешному программированию.