这篇文章重点介绍Prolog语言。Prolog(Programming in Logic)是一种逻辑编程语言,它创建在逻辑学的理论基础之上,最初被运用于自然语言等研究领域。现在它已被广泛地应用在人工智能的研究中,可以用来建造专家系统、自然语言理解、智能知识库等。 Prolog语言最早由艾克斯马赛大学(Aix-Marseille University)的Alain Colmerauer与Philippe Roussel等人于20年代60年代末研究开发的。1972年被公认为是Prolog语言正式诞生的年份,自1972年以后,分支出多种Prolog的方言。 最主要的两种方言为Edinburgh和Aix-Marseille。最早的Prolog解释器由Roussel建造,而第一个Prolog编译器则是David Warren编写的。 Prolog一直在北美和欧洲被广泛使用。日本政府曾经为了建造智能计算机而用Prolog来开发ICOT第五代计算机系统。在早期的机器智能研究领域,Prolog曾经是主要的开发工具。 20世纪80年代Borland开发的Turbo Prolog,进一步普及了Prolog的使用。1995年确定了ISO Prolog标准。 有别于一般的函数式语言,Prolog的程序是基于谓词逻辑的理论。最基本的写法是定立对象与对象之间的关系,之后可以用询问目标的方式来查询各种对象之间的关系。系统会自动进行匹配及回溯,找出所询问的答案。 Prolog代码中以大写字母开头的元素是变量,字符串、数字或以小写字母开头的元素是常量,下划线(_)被称为匿名变量。 # Prolog的语言特征 逻辑编程是靠推理,比如下面的示例: ``` program mortal(X) :- philosopher(X). philosopher(Socrates). philosopher(Plato). philosopher(Aristotle). mortal_report:- write('Known mortals are:'), nl, mortal(X), write(X),nl, fail. ``` 我们可以看到下面的几个步骤。 1. 先定义一个规则:哲学家是人类。 1. 然后陈述事实:苏格拉底、亚里士多德、柏拉图都是哲学家。 1. 然后,我们问,谁是人类?于是就会输出苏格拉底、亚里士多德、柏拉图。 下面是逻辑编程范式的几个特征。 - 逻辑编程的要点是将正规的逻辑风格带入计算机程序设计之中。 - 逻辑编程建立了描述一个问题里的世界的逻辑模型。 - 逻辑编程的目标是对它的模型建立新的陈述。 - 通过陈述事实——因果关系。 - 程序自动推导出相关的逻辑。 # 经典问题:地图着色问题 我们再来看一个经典的四色地图问题。任何一个地图,相邻区域不能用相同颜色,只要用四种不同的颜色就够了。 首先,定义四种颜色。 ``` color(red). color(green). color(blue). color(yellow). ``` 然后,定义一个规则:相邻的两个地区不能用相同的颜色。 ``` neighbor(StateAColor, StateBColor) :- color(StateAColor), color(StateBColor), StateAColor \= StateBColor. /* \= is the not equal operator */ ``` 最前面的两个条件:`color(StateAColor)` 和 `color(StateBColor)` 表明了两个变量 `StateAColor` 和 `StateBColor`。然后,第三个条件: `StateAColor \= StateBColor` 表示颜色不能相同。 接下来的事就比较简单了。我们描述事实就好了,描述哪些区域是相邻的事实。 比如,下面描述了 BW 和 BY 是相邻的。 `germany(BW, BY) :- neighbor(BW, BY).` 下面则描述多个区 BW、 BY、 SL、 RP、 和 ND 的相邻关系: `germany(BW, BY, SL, RP, HE) :- neighbor(BW, BY), neighbor(BW, RP), neighbor(BW, HE).` 于是,我们就可以描述整个德国地图的相邻关系了。 ``` germany(SH, MV, HH, HB, NI, ST, BE, BB, SN, NW, HE, TH, RP, SL, BW, BY) :- neighbor(SH, NI), neighbor(SH, HH), neighbor(SH, MV), neighbor(HH, NI), neighbor(MV, NI), neighbor(MV, BB), neighbor(NI, HB), neighbor(NI, BB), neighbor(NI, ST), neighbor(NI, TH), neighbor(NI, HE), neighbor(NI, NW), neighbor(ST, BB), neighbor(ST, SN), neighbor(ST, TH), neighbor(BB, BE), neighbor(BB, SN), neighbor(NW, HE), neighbor(NW, RP), neighbor(SN, TH), neighbor(SN, BY), neighbor(RP, SL), neighbor(RP, HE), neighbor(RP, BW), neighbor(HE, BW), neighbor(HE, TH), neighbor(HE, BY), neighbor(TH, BY), neighbor(BW, BY). ``` 最后,我们使用如下语句,就可以让Prolog推导到各个地区的颜色。 ``` ?- germany(SH, MV, HH, HB, NI, ST, BE, BB, SN, NW, HE, TH, RP, SL, BW, BY). ``` # 小结 Prolog这种逻辑编程,把业务逻辑或是说算法抽象成只关心规则、事实和问题的推导这样的标准方式,不需要关心程序控制,也不需要关心具体的实现算法。只需要给出可以用于推导的规则和相关的事实,问题就可以被通过逻辑推导来解决掉。是不是很有意思,也很好玩? 如果有兴趣,你可以学习一下,这里推荐两个学习资源: - [Prolog Tutorial](http://www.doc.gold.ac.uk/~mas02gw/prolog_tutorial/prologpages/) - [Learn Prolog Now!](http://www.learnprolognow.org) 以下是《编程范式游记》系列文章的目录,方便你了解这一系列内容的全貌。**这一系列文章中代码量很大,很难用音频体现出来,所以没有录制音频,还望谅解。** - [01 | 编程范式游记:起源](https://time.geekbang.org/column/article/301) - [02 | 编程范式游记:泛型编程](https://time.geekbang.org/column/article/303) - [03 | 编程范式游记:类型系统和泛型的本质](https://time.geekbang.org/column/article/2017) - [04 | 编程范式游记:函数式编程](https://time.geekbang.org/column/article/2711) - [05 | 编程范式游记:修饰器模式](https://time.geekbang.org/column/article/2723) - [06 | 编程范式游记:面向对象编程](https://time.geekbang.org/column/article/2729) - [07 | 编程范式游记:基于原型的编程范式](https://time.geekbang.org/column/article/2741) - [08 | 编程范式游记:Go 语言的委托模式](https://time.geekbang.org/column/article/2748) - [09 | 编程范式游记:编程的本质](https://time.geekbang.org/column/article/2751) - [10 | 编程范式游记:逻辑编程范式](https://time.geekbang.org/column/article/2752) - [11 | 编程范式游记:程序世界里的编程范式](https://time.geekbang.org/column/article/2754)