七周七语言——Prolog（二）

1  递归

首先来看一个知识库：

father(zeb,john_boy_sr).
father(john_boy_sr,john_boy_jr).

ancestor(X,Y):-father(X,Y).
ancestor(X,Y):-father(X,Y),ancestor(Z,Y).

规则ancestor/2有两个子句。 如果一个规则由多个子句组成，那么其中一个子句为真，则这个规则为真。

下面我们来测试一下：

|?-ancestor(zeb,Who).

Who=john_boy_sr?a

Who=john_boy_jr

no

这些都是以前就讲过的了，不多赘述。尤其要强调的是： 每个递归的子目标都会使用栈空间，最终你很可能会耗尽栈空间。声明式语言通常使用一种称为 尾递归优化的技术来解决这个问题。 如果你将一个递归的子目标放到递归规则的末尾，Prolog会通过丢弃调用栈来优化这次调用，并保持内存占用不变。这里的调用就是一个尾递归，因为递归子目标ancestor(Z,Y)是递归规则中的最后一个目标。

2  列表和元组

可以用[1,2,3]来指定一个 列表，也可以用(1,2,3)来指定一个 元组。列表是 变长容器，而元组则是 定长容器。

合一，第二部分

|?-(A,B,C)=(1,2,3).

A=1
B=2
C=3

yes
|?-[2,2,3]=[X,X,Z].

X=2
Z=3

yes

例子很简单。列表拥有一项元组不具备的能力，即你可以通过 [Head|Tail]解构列表。当你将一个列表与这种结构合一时，Head将绑定列表的第一个元素，而Tail将绑定剩余元素，像这样：

|?-[a,b,c]=[Head|Tail].

Head=a
Tail=[b,c]

yes

注意， [Head|Tail]不能与一个空列表合一，不过单元素列表可以。

|?-[]=[Head|Tail].

no
|?-[a]=[Head|Tail].

Head=a
Tail=[]

yes

再来看两个复杂的例子：

|?-[a,b,c]=[a|Tail].

Tail=[b,c]

yes
|?-[a,b,c]=[a|[Head|Tail]].

Head=b
Tail=[c]

yes
|?-[a,b,c,d,e]=[_,_|[Head|_]].

Head=c

yes

“_”是一个通配符，可以与任何对象合一。

3  列表与数学运算

count(0,[]).
count(Count,[Head|Tail]):-count(TailCount,Tail),Count is TailCount+1.

sum(0,[]).
sum(Total,[Head|Tail]):-sum(Sum,Tail),Total is Head+Sum.

average(Average,List):-sum(Sum,List),count(Count,List),Average is Sum/Count.

这些规则很简单。下面逐步说明他们的工作方式。

• 发起查询count(What,[1])，由于列表非空，无法与第一个规则合一。继续满足第二个规则count(Count,[Head|Tail])中的目标。进行合一操作，What绑定为Count，Head绑定为1，Tail绑定为[]。
• 和以后，第一个目标变为count（TailCount,[]），我们尝试证明这个子目标。这次，我们与第一条规则进行合一。TailCount绑定为0。现在第一个规则满足了，所以接下来处理第二个目标。
• 现在，对Count的求值为TailCount+1。我们可以合一变量。TailCount绑定为0，因此将Count绑定为0+1或1.

其他类似，不再赘述。

4  两个方向上使用规则

下面我们讨论 append规则。如果List3为List1+List2，那么规则append(List1,List2,List3)为真。

|?-append([oil],[water],[oil,water]).

yes
|?-append([oil],[water],[oil,slick]).

no

下面是一个列表构造器：

|?-append([tiny],[bubbles],What).

What=[tiny,bubbles]

yes

下面的代码用于列表减法操作：

|?-append([dessert_topping],Who,[dessert_topping,floor_wax]).

Who=[floor_wax]

yes

下面的代码用于计算出可能的排列：

|?-append(One,Two,[apples,oranges,bananas]).

One=[]
Two=[apples,oranges,bananas]?a

One=[apples]
Two=[oranges,bananas]

One=[apples,oranges]
Two=[bananas]

One=[apples,oranges,bananas]
Two=[]

no

下面我们来看一下实现append需要多少代码。重新实现Prolog的append，不过将它称为concatenate。步骤如下：

• 编写一个规则concatenate(List1,List2,List3)，它可以将一个空列表与List1连接在一起。
• 添加一个规则，它可以将List1中的一个元素与List2连接在一起。
• 添加一个规则，它可以将List1中的两个元素或三个元素与List2连接在一起。
• 看看我们可以泛化哪些东西。

代码如下：

concatenate([],List,List).
concatenate([Head|[]],List,[Head|List]).
concatenate([Head1|[Head2|[]]],List,[Head1,Head2|List]).
concatenate([Head1|[Head2|[Head3|[]]]],List,[Head1,Head2,Head3|List]).

这只是前面提到的简单规则的使用，不赘述，下面看一个使用了嵌套规则的concatenate：

concatenate([],List,List).
concatenate([Head|Tail1],List,[Head|Tail2]):-concatenate(Tail1,List,Tail2).

这段代码非常简单，首先， 判断第一个列表是否为空，如果为空并且第二个和第三个列表系统，那么规则为真，这表明将一个空列表与List连接在一起，你将得到那个List。第二个子句表明如果List1和List3的Head相同，并且你可以证明将List1的Tail和List2连接在一起将得到List3的Tail，那么将List1和List2连接在一起将会得到List3。

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