Применение предикатов clause и retract

В этой книге мы неоднократно сталкивались с применением встроенных предикатов. На самом деле многие из них можно определить на Прологе, используя более простые встроенные предикаты. В этом разделе мы рассмотрим несколько таких определений. Они могут найти практическое применение у тех программистов, которые используют неполную в каких-либо отношениях Пролог-систему, однако в любом случае они интересны, как примеры программирования на Прологе. Может быть, они наведут вас на мысль о разработке несколько отличающихся версий этих предикатов для своего собственного применения.

Мы можем определить с помощью предиката clauseнекоторую версию процедуры listing.Определим предикат распеч1такой, что при согласовании цели распеч1(Х)с базой данных из последней будут выводиться на печать утверждения, заголовки которых совпадают с X. Поскольку определение распеч1включает использование предиката clause, у которого X задан как первый аргумент, то мы вынуждены поставить условие, что переменная Xконкретизирована таким образом, что главный функтор утверждения известен. Рассмотрим определение распеч1:

распеч1(Х):-clause(Х,Y),выв_утвержд(Х,Y),write('.'),nl,fail.

распеч1(Х).

выв_утвержд(Х,true):-!, write(X).

выв_утвержд(Х,Y):- write((X:- Y)).

При попытке согласовать с базой данных цель распеч1(Х)первое утверждение осуществляет поиск в базе данных такого утверждения, у которого заголовок совпадает с X. Если такое утверждение найдено, то оно выводится на печать и затем с помощью предиката failинициируется механизм возврата. Возвратный ход опять приводит нас к предикату clause,который находит другое такое же утверждение, если оно имеется, и т. д. Когда таких утверждений больше нет, цельclauseбольше не удается согласовать с базой данных. В этом случае будет выбрано второе утверждение определения предиката распеч1,и потому цель будет согласована с базой данных. «Побочным эффектом» этих действий является печать соответствующих утверждений. Определение предиката выв_утверждзадает способ печати найденных утверждений. Выделяется специальный случай, когда тело утверждения есть true.В этом случае на печать выводится только заголовок утверждения. Иначе на печать выводится заголовок и тело утверждения, соединенные функтором ':-'. Отметим, что использование «отсечения» здесь имеет целью указать, что в случае, когда тело есть true,можно применять только первое правило. Поскольку данный пример построен на использовании механизма возврата, то задание отсечения здесь существенно.

Встроенный предикат clauseможно также применить при написании Пролог-интерпретатора на самом Прологе. Это означает, что мы можем определить действия, которые представляют собой выполнение Пролог-программы, причем исполнителем этих действий также является Пролог-программа. Ниже приводится определение предиката интерпреттакого, что цель интерпрет(Х)согласуется в том и только в том случае, когда X, рассматриваемая как цель, согласуется с базой данных.

Предикат интерпретнапоминает встроенный предикат call,но является более ограниченным.

интерпрет(true):-!.

интерпрет((Gl,G2)):-!, интерпрет(G1), интерпрет(G2).

интерпрет(Цель):-clause(Цель,ЕщеЦели), интерпрет(ЕщеЦели).

Первые два утверждения рассчитаны на специальные случаи, когда цель есть trueи когда цель представляет собой конъюнкцию целей. Последнее утверждение рассчитано на случай простой цели. Данная процедура находит утверждение, заголовок которого совпадает с заданной целью, и затем интерпретирует цели, входящие в тело этого утверждения. Заметим, что приведенное определение не рассчитано на программы, где используются встроенные предикаты, поскольку у таких предикатов нет определяющих их в обычном смысле утверждений.

Рассмотрим определение предиката consult.Разумеется, предикат consultпредусмотрен среди встроенных предикатов большинства Пролог-систем, однако интересно посмотреть, как он может быть определен на Прологе.

consult(Файл):-seeing(Input),sее(Файл),repeat,read(Tepм),обработать(Терм),seen,see(Input),!.

обработать(Терм):- маркер_конца_файла(Терм),!.

обработать((?- Q)):-!, call(Q),!, fail.

обработать(Утвержд):- assertz(Утвержд), fail.

Это определение отличается рядом интересных особенностей. Во-первых, цель seeing(Input)и ее партнер see(Input)призваны гарантировать, что текущий файл ввода не будет «забыт» после применения предикат consult.Во-вторых, предикат маркер_конца_файлаздесь использован без определения. По замыслу он должен быть истинным только в том случае, когда его аргумент конкретизирован термом, используемым для представления конца файла (который мог бы встретиться при выполнении read). Вразных реализациях Пролога для представления «конца файла» используются разные термы, поэтому маркер_конца_файлав разных реализациях может быть определен по-разному. Одно из возможных определений выглядит так:

маркер_конца_файла(конец_файла).

В определении предиката обработатьинтересна организация выполнения соответствующих действий для каждого терма, считанного из входного файла. Целевое утверждение обработатьдоказуемо только, когда его аргументом является маркер конца файла. Иначе после соответствующего действия имитируется неудача доказательства и инициируется механизм возврата, который возвращает программу к предикату repeat.Отметим важность «отсечения» в конце определения предиката consult.Оно фиксирует выбор, сделанный предикатом repeat^[13].И последнее замечание. Если терм, считанный из файла, представляет собой вопрос (см. второе утверждение определения предиката обработать),то делается попытка немедленно согласовать соответствующую цель с помощью предиката call(см. разд. 6.7).

В качестве примера использования предиката retractздесь приведено определение полезного предиката уберивсе.При согласовании с базой данных целевого утверждения уберивсе(Х)все утверждения, заголовки которых совпадают сX, удаляются из базы данных. Поскольку в данном определении используется предикат retract,то переменная X не может быть неконкретизированной, так как в противном случае не с чем будет сопоставлять утверждения из базы данных. Данное определение должно распознавать два вида утверждений с заголовками, совпадающими с X, - факты и правила. При обработке этих двух видов утверждений в вызове retractзадаются разные аргументы. В определении используется то свойство, что retractбудет срабатывать при возврате до тех пор, пока все утверждения, сопоставимые с его аргументами, не будут удалены из базы данных.

уберивсе(Х):- retract(X), fail.

уберивсе(Х):- retract((X:- Y)), fail. уберивсе(_).

В качестве примера использования предиката уберивсе здесь приведено определение предиката reconsultна Прологе. Назначение предиката reconsultсходно с назначением предиката consult,с той лишь разницей, что при reconsultкаждое считанное утверждение замещает существующее утверждение того же предиката, а не добавляется к нему (см. разд. 6.1).

reconsult(Файл):-уберивсе(сделано(_)),seeing(Старый),sее(Файл),repeat,read(Терм),проверить(Терм),seen,see(Старый),!.

проверить(Х):- маркер_конца_файла(Х),!.

проверить((?- Цели)):-!, call (Цели),!, fail.

проверить(Утверждение):-заголовок(Утверждение, Заголовок), запись_сделана(3аголовок), assertz(Утверждение), fail.

запись_сделана(3аголовок):- сделано(Заголовок),!.

запись_сделана(3аголовок):- functor(Заголовок,Func,Arity), functor(Proc,Func,Arity), asserta(cдeлaнo(Proc)), уберивсе(Ргос),!.

заголовок((А:- В), А):-!.

заголовок (А, А).

Это определение похоже на определение consult,в котором вместо предиката обработать используется предикат проверить.Основное различие заключено в предикате запись_сделана. Когда в файле появляется первое утверждение для данного предиката, то, прежде чем к базе данных будет добавлено хотя бы одно новое утверждение, из нее должны быть удалены все старые утверждения для данного предиката. Удаление этих утверждений нельзя откладывать до момента, когда в базе данных появятся их новые версии, поскольку в этом случае мы удалили бы из базы данных те утверждения, которые только что были введены. Как же определить, что некоторое утверждение в файле является первым для соответствующего предиката? Ответ заключается в том, что мы регистрируем в базе данных предикаты, для которых уже нашлись утверждения в файле. Это делается с помощью предиката сделано. Когда из файла считывается первое утверждение например, для предиката fooс двумя переменными, то имеющиеся утверждения удаляются и новое утверждение добавляется к базе данных. Кроме того, к базе данных добавляется факт:

сделано(foo(_,_)).

В дальнейшем, при чтении остальных утверждений для предиката too,мы сможем проверить, что старые утверждения уже удалены из базы данных. Тем самым удается избежать ошибочного удаления новых утверждений. Для данного определения важно, что мы не добавляем в базу данных что-нибудь вроде:

сделано(foо(а,Х)).

поскольку в этом случае аргумент предиката сделаноне обязательно совпадает с заголовком утверждения для foo.Пара запросов

…,functor(Заголовок,Func,Arity),functor(Proc,Func,Arity),…

конкретизирует Ргосструктурой, имеющей тот же функтор, что и заголовок Заголовок, но с переменными в качестве аргументов (см. разд. 6.5).

ГЛАВА 8. ОТЛАДКА ПРОЛОГ-ПРОГРАММ

На приведенных выше примерах вы уже приобрели опыт применения программ и научились их изменять, а также успели написать и свои собственные программы. Теперь самое время заняться вопросом: что делать, когда программа ведет себя не так, как ожидалось. Подобные неожиданности связаны с наличием ошибок в программе, а процесс устранения этих ошибок называется отладкой. По нашему убеждению самым разумным подходом к программированию является тот, который может быть охарактеризован как «программирование с предупреждением ошибок». Перефразируя старую поговорку, можно сказать, что грамм тщательного программирования стоит килограмма отладки. В этой главе мы расскажем о некоторых методах отладки, но начнем с того, как избежать проникновения ошибок в программы. Сознавая, что в общем виде эта проблема неразрешима, мы хотим просто поделиться некоторыми неформальными приемами, которые уже приносили пользу другим программистам, работающим на Прологе.

Как и всякое творчество, будь то сочинение музыки, литература или архитектура, программирование располагает множеством способов представления объектов и обработки этих объектов и отношений между ними в конкретной программе. В общем случае для некоторого элемента данных в программе существует несколько возможных способов его представления или обработки. Всякий раз, когда программист решает использовать в данной программе один из них, мы говорим, что программист принял проектное решение.

Новички, впервые столкнувшиеся с задачей выбора проектных решений, часто испытывают трудности. Помочь им может знание возможных вариантов решений, и, кроме того, важно, чтобы руководитель разъяснил им методику программирования в целом, поскольку искусство принятия проектных решений в программировании – это самостоятельная дисциплина. Мы уже пытались затронуть эту проблему в разд. 1.1, где обсуждались различные способы интерпретации утверждений. Эти вопросы связаны с представлением объектов и отношений. В разд. 7.7 мы снова столкнулись с этой проблемой при описании трех различных способов упорядочения списка объектов. Эти вопросы связаны с разными способамиобработки объектов и отношений.

В данной книге мы старались оказать помощь в выборе проектных решений двумя путями. Во-первых, наличие в книге большого числа примеров программ должно способствовать усвоению идей некоторых решений, выработанных опытными программистами. Во-вторых, в данной главе можно найти некоторые советы и рекомендации, специфические для Пролога.