Prolog - elemente de inteligență artificială în energetică

Cap. 1 PROLOG - Programare Logică (rezumat)

1.1 Introducere

Diverse limbaje de programare integrează raţionamentul logic printre care şi Prolog care a fost implementat la Marsilia de către A. Colmerauer şi echipa sa în 1972, ca urmare a dezvoltărilor teoretice ale lui R. Kowalski.

În continuare enumerăm cele mai importante caracteristici ale limbajului de programare logică PROLOG:

• În Prolog, cunoştinţele sunt reprezentate sub formă de clauze Horn, adică clauze care au un singur literal pozitiv.

O clauză de tipul:

<partea stângă> şi <partea dreaptă> (concluzia şi premizele)

se citeşte:

“pentru a dovedi <partea stângă> este suficient să se dovedească <partea dreaptă> “

De exemplu, clauza Horn se poate exprima: sau „P adevărat dacă Q adevărat”.

Dacă A, B, C, .. sunt literale atunci următoarele expresii sunt echivalente:

• Un program Prolog este constituit dintr-un ansamblu de clauze care pot fi axiome (când ele conţin fapte care sunt totdeauna adevărate) sau reguli propriu-zise (care conţin premise şi concluzii adică reguli de tipul ”dacă – atunci”)

• O regulă în Prolog este adevărată dacă toate premizele (condiţiile) sale sunt adevărate. O regulă în Prolog este descrierea unui predicat cu ajutorul unei implicaţii. Cuantificatorii universali nu fac parte explicit dintre regulile Prolog, dar acest limbaj de programare consideră regulile ca fiind universal cuantificate.

• Un program Prolog este compus din declaraţii care permit o interpretare, declaraţii determinate de ipotezele adevărate în această interpretare, pentru un anumit domeniu de cunoaştere.

• Regula de inferenţă utilizată de Prolog este rezoluţia (enunţată de J.A. Robinson). Forma generală este următoarea:

este o teoremă.

Se poate constata uşor că rezoluţia include regula modus ponens ca un caz special.

Observaţii

1. Diferenţa sintactică în Prolog dintre fapte şi reguli este elementul dacă (if) care separă concluzia regulii de condiţiile sale.

2. La finele fiecărei reguli se pune un punct.

3. Într-o regulă condiţiile sunt în general scrise pe linii diferite.

4. Se notează conectorii logici: „ŞI” cu “,”, „SAU” cu “;” şi „DACĂ” (IF) cu “:-“

1.2 Ce este un program Prolog

Prolog, care poate fi interpretat ca un sistem expert vid, este un limbaj specific al Inteligenţei Artificiale utilizat pentru aplicaţii pe calculator ale sistemelor bazate pe cunoştinţe şi a sistemelor expert. Definiţia sa se inspiră din logica formală.

Prolog manipulează formule logice: calculatorul permite obţinerea de consecinţe logice (concluzii) ale programelor reprezentate de o mulţime de formule logice.

Între Prolog şi limbajele de programare clasice există două diferenţe fundamentale: baza de date în Prolog este formată din simboluri şi nu se specifică algoritmul de execuţie.

În secţiunea care urmează, vom încerca să dăm o descriere succintă a acestui limbaj. Vom prezenta bazele matematice riguroase pe care este fondat Prolog.

Prolog este un limbaj de programare realizat pentru reprezentarea şi utilizarea cunoştinţelor care sunt date pentru un anumit domeniu; acest domeniu este o mulţime de obiecte şi cunoştinţele se materializează printr-un ansamblu de fapte şi reguli care descriu proprietăţile acestor obiecte, relaţiile lor de legătură şi relaţiile lor condiţionale.

1.2.1 Fapte şi predicate

• Faptele sunt enunţuri care oferă o informaţie despre un obiect. Forma generală a unei fapte în Prolog este următoarea:

atribut(subiect(s)).

Atributul este numele predicatului iar subiectul este argumentul predicatului. De aceea se mai poate

scrie:

predicat(argument(s)).

Exemple: ”Alin este student.”, ”X este tatăl lui Y.” se pot scrie: student(alin), tatal(X,Y).

• Un predicat arată o proprietate (atunci când are un singur argument) sau o relaţie (atunci când are mai multe argumente). Un predicat este de aceea o funcţie care poate avea valoarea adevărat sau fals.

O faptă este un predicat în care toate argumentele sunt constante. În Prolog ele se traduc în clauze

fără condiţii. O clauză cu condiţii este o regulă. Regulile arată relaţiile condiţionale dintre fapte.

Exemple: student(alin), tatal_lui(X,Y)

• Un program Prolog este constituit dintr-o suită de enunţuri (axiome), de caluze şi de comentarii cu privire la o bază de cunoştinţe. Fiecare clauză este formată dintr-un membru stâng (capul regulii) şi un membru drept (condiţiile clauzei) realizată cu ajutorul conectorului „:-“ şi terminată cu punct (versiunea Edinburgh). Capul clauzei este redus la un singur termen iar partea de condiţii este constituită dintr-o suită de termeni. Forma generală este: T :- b1, b2, ... , bn

• Un termen (element al universului de discurs) este un obiect sintactic care poate fi o constantă, o variabilă sau o structură (termen funcţional). Termenii sunt constituiţi dintr-un şir de caractere. Caracterele pot fi de patru categorii:

- Majuscule: A ... Z

- Minuscule: a ... z

- Cifre: 0 ... 9

- Caractere speciale: +, -, *, /, >, <, =, :, ; , …

Pentru fiecare tip de termeni, care pot constitui constante, variabile sau structuri, este prezentă o regula distinctă care defineşte modul de asamblare a caracterelor pentru a forma un nume. Un termen poate fi reprezentat de un arbore care este singura structură de date utilizată în Prolog. Rădăcina arborelui se numeşte cap.

Exemplu:

tatal_lui(X,Y) semnifică: X este tatăl lui Y şi X este capul arborelui.

Un termen este un complement instanţiat dacă nu conţine nici o variabilă !.