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diff --git a/doc/prolog/prolog handbuch b/doc/prolog/prolog handbuch new file mode 100644 index 0000000..ea7c6a5 --- /dev/null +++ b/doc/prolog/prolog handbuch @@ -0,0 +1,581 @@ +____________________________________________________________________________ + + +#on("b")##on ("u")# +#center#Betriebssystem E U M E L +#off ("u")# + + +#center#Prolog + + + + +#off("b")# +#center#Lizenzfreie Software der +#on ("b")# + +#center#Gesellschaft für Mathematik und Datenverarbeitung mbH, +#center#5205 Sankt Augustin + + +#off("b")# +#center#Die Nutzung der Software ist nur im Schul- und Hochschulbereich für +#center#nichtkommerzielle Zwecke gestattet. + +#center#Gewährleistung und Haftung werden ausgeschlossen + + +____________________________________________________________________________ +#page# + +Dr.P.Heyderhoff 12.03.1987 +GMD.F2.G2 + + + + + + + E L A N - P R O L O G + _____________________ + + (Die Fachsprache der künstlichen Intelligenz) + +#on("u")#Benutzungsanleitung und technische Beschreibung#off("u")# + + +Elan-Prolog ist eine Computersprache der fünften Generation, die für +die Praxis der Programmierung und die Lehre in Informatik eine neue +Dimension erschließt. Für den professionellen Programmierer eröffnet sie +neue Möglichkeiten, mächtige Anwendungen, wie Expertensysteme und andere +neuartige Systeme der Wissensverarbeitung zu entwickeln. + +Elan-Prolog unterscheidet sich grundsätzlich von üblichen konventionellen +Programmiersprachen. In Sprachen wie Elan und Pascal muß der Programmierer +genau angeben, wie ein gewünschtes Ergebnis errechnet werden soll. Um was es +sich dabei handelt, steht bestenfalls dann in der Dokumentation. Ganz anders +ist es in Prolog. PROLOG steht für PROgrammieren in LOgik und basiert auf +dem Prädikaten-Kalkül, der bekanntesten Form der formalen Logik. Also in +Prolog schreibt der Programmierer hin, worin das Problem besteht. Er bedient +sich dabei dieser formalen Logik. Prolog versucht dann eine Lösung zu +finden. Der Lösungsweg ist dabei im Programm nicht vorgeschrieben. Das +entlastet den Programmierer, und er kann seine ganze Kraft auf die logische +Beschreibung des Problems konzentrieren. + +Elan-Prolog ist ein interpretatives System, das voll kompatibel ist mit dem +Edinburgh Standard Prolog und in in komfortabler Weise in das Betriebssystem +Eumel eingebettet ist. + +Eigenschaftes von Elan-Prolog: + +- Syntax gemäß dem Edinburgh Standard Prolog nach Clocksin-Mellish + +- Interpretierendes System mit inkrementellem Einpass-Compiler + +- Interaktiver Mehrfenster-Texteditor des Eumelsystems + +- Zugriff auf Elan-Prozeduren als Prolog-Regeln + +- Geschwindigkeit ca. 100 LIPS auf IBM/PC-XT + +- optionale dynamische Ablaufverfolgung + +- Erklärungskomponente + +- Eingabe und Ausgabe von Prolog-Ausdrücken und Klartext + +- Programmiert und dokumentiert in ELAN (über 2000 Zeilen) + +- daher besonders für den Informatik-Unterricht geeignet +#page# +#on("u")#Beschränkungen des Elan-Prolog:#off("u")# + +Folgende Beschränkungen gelten für die Implementierung von Elan-Prolog im +Eumel-Systems: + +- Maximal 16000 Fakten und Regeln + +- Maximal 16000 Terme zur Konstruktion von Ausdrücken, Listen und Regeln + +- Maximal 800 Variablenbindungen + +- Maximal 800 Einträge im Beweisbaum + +- Maximal 4000 Bezeichner für Atome und Variablen + +- Maximal 16000 Buchstaben für alle Bezeichner zusammen + + +Wie sieht ein Prolog-Programm aus? + +Ein Prolog-Programm besteht aus + + - Fakten über Objekte und ihre Beziehungen + + - Regeln über Objekte und ihre Beziehungen + +und besonders wichtig: + + - Der Benutzer kann Prolog über die Fakten und Regeln ausfragen. + +Fakten aus einer Wissensbasis, nämlich dem Prolog-Programm, sind z.B.: + + enthaelt (wisky, aethanol). + +Das wird gelesen als: "Wisky enthält Aethanol.". Grundzüge der sehr +einfachen Syntax lassen sich hieran erklären. Ein Faktum wird geschrieben +wie in diesem Beispiel: + + - Erst kommt der Name der Relation, geschrieben wie ein Elan-Name in + kleinen Buchstaben. + + - Dann folgt in runden Klammern und durch Kommata getrennt eine Liste + von Objektnamen. + + - Zum Schluß steht ein Punkt. + +Regeln sind Problembeschreibungen in der Form von logischen Ausdrücken der +symbolischen Logik, wie z.B. die folgende Regel: + + bewirkt (A, B, kopfschmerz) :- enthaelt (A, aethanol), + enthaelt (B, aspirin ). + +Das wird gelesen als: "Wenn man eine Droge A, die Aethanol enthält, +und eine Droge B, die Aspirin enthält gleichzeitig einnimmt, dann bewirkt +das Kopfschmerzen." Wie man sieht werden logische Variablen mit großen +Buchstaben (wie Elan-Operatoren) geschrieben. Das Zeichen ":-" steht für das +logische Wenn, und das Komma(",") für die logische Konjunktion. Die logische +Disjunktion wird durch Semikolon(";") ausgedrückt. +#page# +Neben der hiermit vorgestellten Prefix-Schreibweise für Relationen gibt es in +ELAN-Prolog auch noch eine Infix-Schreibweise für zweistellige Relationen. +Hierbei werden die Relationen als Infix-Operatoren in großen +Buchstaben geschrieben (wie in ELAN) und zwischen die beiden Operanden +gesetzt. Als Operatoren sind auch die in Elan üblichen Operatoren + + ( +, -, *, /, MOD, =, <, >, <=, >=, <> ) +zulässig. + +In Infixausdrücken (wie z.B. 2+3*4) gelten die bekannten Vorrangregeln. Auch +Klammern sind zulässig. Selbstdefinierte Operatoren haben niedrigste +Priorität. + +Obiges Beispiel in Infix-Schreibweise: + + wisky ENTHAELT aethanol. + + bewirkt (A, B, kopfschmerz) :- A ENTHAELT aethanol, + B ENTHAELT aspirin. + + +Objekte in Prolog können Atome oder Listen sein. Für Atome gibt es zwei +Schreibweisen: + + - genau so wie Elan-Bezeichner, also bestehend aus kleinen Buchstaben + und Blanks. Dabei werden die Blanks eliminiert. + + - genauso wie Elan-Texte, nämlich in Gänsefüßchen eingeschlossen. + +Für Listen von Objekten gibt es wiederrum zwei Schreibweisen, wie folgende +zwei unterschiedlichen Notationen des gleichen Beispiels zeigen: + + - [ das, ist, [ zum, beispiel ], eine, liste ] + + - [ das, ist, [ zum | [ beispiel | [] ] ], eine, liste ] + +Im zweiten Fall ist die als drittes Element in der Gesamtlisten enthaltene +Teilliste mit dem Konstruktor "|" und der leeren Liste "[]" zusammengesetzt. +Die Grundoperationen, die aus der Programmiersprache LISP bekannt sind, +können als Prolog-Fakten unmittelbar wie folgt definiert werden: + + eq (X, X). + head ([X|Y], X). + tail ([X|Y], Y). + cons (X, Y, [X|Y]). +#page# +#on("u")#Standard - Operatoren von Elan-Prolog:#off("u")# + +Im System sind nur ganz wenige Standardoperatoren eingebaut. Es sind die +folgenden Fakten: + + - ! . der CUT-Operator schaltet des Backtracking ab. + + - bye. beendet die prolog Anwendung. + + - listing. zeigt alle insertierten Regeln. + + - listing (X). zeigt alle insertierten Regeln über X. + + - call (X). X wird ausgeführt. + + - write (X). das an X gebundenen Prolog-Objekts wird ausgegeben, + writeq (X). und wenn nicht eindeutig, gequotet, + put (X). das Zeichen, dessen ASCII-Code X ist wird ausgegeben, + name (X,[Y]). unifiziert das Atom X mit der Liste seiner Buchstaben. + + - read (X). ein Objekt wird gelesen und an die Variable gebunden. + get0 (X). das nächste Zeichen wird gelesen, + get (X). das nächste druckbare Zeichen wird gelesen, + + - X = Y . Die an X und Y gebundenen Objekte sind gleich, + X <> Y . sie sind ungleich, + X <= Y . sie sind kleiner oder gleich, + X == Y . sie sind wörtlich gleich, + X =.. [F|A] . X ist der Term mit Funktor F und Argumentliste A. + + - X + Y . sie sollen addiert, + X - Y . subtrahiert, + X * Y . multipliziert, + X / Y . dividiert, + X MOD Y . der Divisionsrest soll ermittelt werden, + die Auswertung geschieht durch den 'is'-Operators. + + - X IS EXPR . Das Ergebnis des arithmetischen Ausdrucks EXPR wird + gebildet und mit X unifiziert. + + - incr (X). der arithmetische Wert von X wird um eins erhöht. + + - assertz ([X]). insertiert die Regel X am Ende einfügend. + asserta ([Χ]). insertiert die Regel X am Anfang einfügend. + retract ([X]). entfernt die Regel X wieder. + clause (X,[Y]). holt die Regel Y mit dem Kopf X aus der Knowledgebase. + + - functor (X,Y,Z) Y ist der Funktor von X und Z ist seine Arität. + arg (X,Y,Z). Z ist das x-te Argument der Funktion Y. + + - elan (X). Ausführung der insertierten ELAN-Prozedur X + elan (X,Y). Ausführung von X mit dem TEXT-CONST-Parameter Y + + - elan(trace,on). schaltet den dynamischen Ablaufverfolger ein und + elan(trace,off) schaltet ihn wieder ab. + + - elan(consult,X) lädt das Prologprogramm aus der Datei namens X hinzu. + elan(reconsult,X) ersetzt das Prologprogramm aus der Datei X. + elan(abolish,X) entfernt alle Regeln mit dem Namen X. +#page# +#on("u")#Das Dialogverhalten von Elan-Prolog:#off("u")# + +Elan-Prolog wird, sobald es in das Eumel-System insertiert ist, als Prozedur +mit dem Namen "prolog" und einem optionalen TEXT-Parameter aufgerufen. Der +Textparameter enthält den Namen einer Datei, die ein Prolog-Programm enthält, +das geladen werden soll. Fehlt der Parameter, wird, wie üblich, die zuletzt +bearbeitete Datei genommen. Im Prolog-Dialog können später weitere +Prolog-Programme mit der Prozedur namens "consult" hinzugeladen werden. + +Also +einfachster Aufruf: prolog ("") + +Antwort: ?- +Beispiel-Eingabe: 3 = 3 +Antwort: yes + ?- +Eingabe: 4 = -5 +Antwort: no + ?- + +Besondere Dialogkommandos: + + ?- +Eingabe: ? +Antwort z.B.: 13.5 SEC + ?- +Eingabe: listing +Antwort: { zeigt alle aktuell verfügbaren Regeln } + ?- +Eingabe: {ESCAPE} q +Ausgabe: gib kommando: + +Eingabe: prolog again +Ausgabe: ?- +Eingabe: [sum, permute] {in eckigen Klammern!} + { konsultiert diese beiden Dateien } +Antwort z.B.: 25 rules inserted. + ?- +Eingabe: [-sum, -permute] + { löscht und rekonsultiert aus diesen Dateien } +Antwort z.B.: 25 rules inserted. + +Eingabe: {ESCAPE} {ESCAPE} +Antwort: gib kommado: +Elan-Eingabe z.B.: show ("standard") + { zeigt die Datei dieses Namens } + ?- + +Auf diese Weise können bequem Eumel-Kommandos gegeben werden. Die +Umschaltung vom Prolog- zum Eumelmonitor-Betrieb erfolgt durch die Tasten +{ESCAPE},{ESCAPE} und {RETURN}. Wie üblich ist das zuletzt verwendete +Kommando auch im Prolog-Dialog mit dem Escapekommando "{ESCAPE} k" +wiederzubekommen. Das Kommando "{ESCAPE} q" beendet den Dialog. +#page# +#on("u")#Ausprobieren der Prolog-Programmbeispiele:#off("u")# + +Zum Ausprobieren sind die Prologbeispiele "eq", "permute" und "mann" +beigefügt. + +Beispiel: ?- +Eingabe: [permute] {in eckigen Klammern!} +Antwort: 5 rules inserted. + ?- +Eingabe: marquise(X) +Antwort: beautiful marquise your beautiful eyes make me die of love +Eingabe: {Semicolon} +Antwort: your beautiful eyes beautiful marquise make me die of love + { usw } +Eingabe: {Return} +Antwort: ?- + +Jede #on("u")#Eingabe von Semicolon#off("u")# liefert als Antwort die nächste Permutation. Wenn +eine andere Taste gedrückt wird, bricht die Ausgabe weiterer Ergebnisse ab. + +#on("u")#Eingabe von Fragezeichen#off("u")# liefert neben der Angabe der benötigten +Rechenzeit eine Erklärung der letzten Antwort durch Ausgabe aller zu dieser +Antwort führenden Schlußfolgerungen. Dabei wird der Beweisbaum in Form einer +Einrückstruktur dargestellt. Die Einrückung stellt die Erklärungstiefe dar. + + +#on("u")#Benutzung von Prolog von Elan-Programmen aus#off("u")# + +Wenn man Prolog als Unterprogramm von Elan aus aufrufen will, geht man +folgendermaßen vor: + +1. Laden einer Wissensbasis, + die in einer Datei namens <knowledgebase> z.B."permute" bereitsteht: + + push ("bye"13""); + prolog ("permute"); + + +2. Abfragen an diese Wissensbasis: + + TEXT VAR query, answer; + query:= "marquise (X)"; + IF prolog ( query, answer) + THEN put (answer) + ELSE put ("NO") + FI; + +In diesem Anwendungsbeispiel liefert die Ausgabeanweisung 'put (answer)': + + beautiful marquise your beatiful eyes make me die of love + +#page# +#on("u")#Literatur:#off("u")# + + +1.) W.F.Clocksin, C.S.Mellish: + Programming in Prolog + Springer 1984 + +2.) M.H.van Emden: + An interpreting algorithm for prolog programs + in Implementations of Prolog, Ellis Herwood Ltd, 1984 + +3.) Alain Colmerauer: + Prolog in 10 Figures + Communications of the ACM December 1985 + +4.) J. Cohen: + Describing Prolog by its Interpretation and Compilation + Communications of the ACM December 1985 + +5.) Alain Colmerauer: + Les system q ou un formalisme pour alalyser et synthetiser des phrases + sur ordinateur. + Intern.Rep. 43, Departement d'informatique. Universite de Montreal + Sept. 1970 +#page# +(*************************************************************************) +(* *) +(* Elan-Prolog *) +(* *) +(* Programm-Beispiele: *) +(* *) +(****************** standard (nach Clocksin-Mellish) ********************) + +abolish (X) :- elan (abolish, X). +append ([], X, X) :- !. +append ([X|Y], Z, [X|W]) :- append (Y, Z, W). +atom (X) :- functor (X, Y, 0). +atomic (X) :- atom (X); integer (X). +consult (X) :- elan (consult, X). +end :- bye. +fail :- []. +findall (X, Y, Z) :- tell ("$$"), write ("("), findall (X,Y); + write (")"), told, see ("$$"), read (Z), + seen, elan (forget, "$$"). +findall (X, Y) :- call (Y), writeq (X), write (","), []. +integer (X) :- functor (X, Y, -1). +listing (X). +member (X, [X|Z]). +member (X, [Y|Z]) :- member (X, Z). +nl :- elan (line). +non var (X) :- var (X), !, []; . +not (X) :- call (X), !, []; . +notrace :- elan (trace, off). +reconsult (X) :- elan (reconsult, X). +repeat. +repeat :- repeat. +see (X) :- elan (sysin, X). +seen :- elan (sysin, ""). +tab (X) :- tab(X,1). +tab (X,Y) :- Y<=X, !, put (32), incr(Y), tab(X,Y);. +tell (X) :- elan (sysout, X). +told :- elan (sysout, ""). +trace :- elan (trace, on). +true. +< (X, Y) :- <= (X, Y), <> (X, Y). +> (X, Y) :- <= (Y, X). +>= (X, Y) :- < (Y, X). +#page# +(**************************** sum ***********************************) + +suc (0, 1). suc (1, 2). suc (2, 3). suc (3, 4). suc (4, 5). +suc (5, 6). suc (6, 7). suc (7, 8). suc (8, 9). +sum (0, X, X). +sum (X, Y, Z):- suc (V, X), sum (V, Y, W), suc (W, Z). +plus (X, [0,0], X):- !. +plus (X, Y, Z):- plus one (V, Y), plus (X, V, W), !, plus one (W, Z). +plus one ([X, Y], [V, W]):- suc (Y, W), X = V, !; + Y = 9, suc (X, V), W = 0. +treereverse (X,Y):- rev (X,Y), !; rev (Y,X), !. +rev ([], []). +rev ([X|Y], Z):- X <> [H|T], rev (Y, W), !, append (W, [X], Z); + rev (X, V), rev (Y, W), !, append (W, [V], Z). + +(**************************** permute ************************************) + +permute ([], []). +permute ([E|X], Z):- + permute (X, Y), insert (E, Y, Z). +insert (E, X, [E|X]). +insert (E, [F|X], [F|Y]):- + insert (E, X, Y). +marquise(RESULT):- + permute (["beautiful marquise", + "your beautiful eyes", + "make me", + "die", + "of love" + ], + RESULT). + +(**************************** puzzle ************************************) + + {Solution: 9,5,6,7,0,8,2} +puzzle:- repeat, permute ((9,8,7,6,5,2,0), SENDMORY), + write (SENDMORY), + puzzle (SENDMORY, SEND, MORE, MONEY), + elan (line), + write (SEND), write (+), + write (MORE), write (=), + write (MONEY). + +puzzle([S,E,N,D,O,R,Y], SEND, MORE, MONEY):- + SEND IS ((S * 10 + E) * 10 + N) * 10 + D, + MORE IS ((10 + O) * 10 + R) * 10 + E, + MONEY IS (((10 + O) * 10 + N) * 10 + E) * 10 + Y, + MONEY IS SEND + MORE. + +permute ([], []). +permute ([E|X], Z):- permute (X, Y), insert (E, Y, Z). + +insert (E, X, [E|X]). +insert (E, [F|X], [F|Y]):- insert (E, X, Y). + +repeat. +repeat:- repeat. +#page# +(**************************** prieks ***********************************) + +ist priek (bo priek). +ist priek (ki priek). +ist priek (bla priek). + +WER GNASELT WEN :- population (B), + member ([WEN, WER, _], B), + bedingungen (B). + +WER KNAUDERT WEN:- population (B), + member ([WER, _, WEN], B), + bedingungen (B). + +population (B):- sind prieks (U, V, W), + sind knauderarten (R, S, T), + B = [ [drausla puemfe, U, R], + [glessla puemfe, V, S], + [hapla puemfe, W, T] ]. + +sind prieks (X,Y,Z):- ist priek (G), + ist priek (H), H<>G, + ist priek (I), I<>G, I<>H, !, + permute ([G,H,I], [X,Y,Z]). + +sind knauderarten (X,Y,Z):- ist knauderart (G), + ist knauderart (H), H<>G, + ist knauderart (I), I<>G, I<>H, !, + permute ([G,H,I],[X,Y,Z]). + +ist knauderart (an). +ist knauderart (ab). +ist knauderart (ueber). + +bedingungen (B):- not member ([hapla puemfe,ki priek,_],B) , + not member ([hapla puemfe,_,ueber],B) , + not member ([drausla puemfe,bo priek,_],B) , + not member ([_,bo priek,ab],B) , + noch ne bedingung (B) , + weitere bedingungen (B) , !. + +weitere bedingungen (B):- not member([_,ki priek,ueber],B), + not member([_,bo priek,ueber],B) + ; + member([drausla puemfe,_,an],B). + +noch ne bedingung (B):- not member ([drausla puemfe,ki priek,_],B) + ; + not member ([glessla puemfe,_,ueber],B). + +permute ([], []). +permute (X, [Y|Z]):- delete (Y ,X, E), permute (E, Z). +delete (X, [X|Z], Z). +delete (X, [Y|Z], [Y|E]):- delete (X, Z, E). +member (X, [X|Z]). +member (X, [Y|Z]):- member (X, Z). +not member (X, []). +not member (X, [Y|Z]):- X <> Y, not member (X,Z). +#page# +(**************************** calc ************************************) + +{ CALC evaluates arithmetic expressions with store } + +calc:- eval ([], RS), write (result store), write (RS), nl. + +eval (SI, SO):- + read (CALC), nonvar (CALC), eval member (CALC, SI, SO). + +eval member (CALC, SI, SO):- + member (CALC, [stop,end,bye,eof]), SO=SI; + eval (CALC,I,SI,ST), write (I), eval (ST,SO); + write (error in), write (CALC), nl, eval (SI, SO). + +eval (I, I, S, S):- integer (I). +eval (N, I, S, S):- atom (N), eval atom (N, I, S). + +eval atom (N, I, S):- + member (N=I, S); + write ("error: Cell"), write (N), + write("not found in store. 0 substituted."), nl, I=0. + +eval ( L+R,I,SI,SO):- eval (L,J,SI,ST), eval (R,K,ST,SO), I IS J+K. +eval ( L-R,I,SI,SO):- eval (L,J,SI,ST), eval (R,K,ST,SO), I IS J-K. +eval ( L*R,I,SI,SO):- eval (L,J,SI,ST), eval (R,K,ST,SO), I IS J*K. +eval ( L/R,I,SI,SO):- eval (L,J,SI,ST), eval (R,K,ST,SO), I IS J/K. + +eval (N=O, I, SI, SO):- + atom (N), eval (O,I,SI,ST), eval repl (N,I,ST,SO). + +eval repl (N, I, [], [=(N,I)]). +eval repl (N, I, [=(N,_)|S], [=(N,I)|S]). +eval repl (N, I, [=(M,J)|SI], [=(M,J)|SO]):- eval repl (N, I, SI, SO). + |