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人工智能语言及其特点与Prolog语言及其基本结构
[ 来源：'d' | 类别：技术 | 时间：2008-6-23 15:45:37 ] [字体：]
摘 要 Prolog是人工智能语言的一个典型代表。本文简要阐述了人工智能语言及其特点，并通过实例介绍了Prolog语言及其基本结构。
关键词 人工智能语言 Prolog
在国家高中信息技术课程新标准的《人工智能初步》选修模块中，要求学生通过学习，“了解一种人工智能语言的基本数据结构和程序结构，掌握相关概念，知道人工智能语言的主要特征。……初步学会使用该语言设计程序求解简单问题，并能够上机调试、执行相应的程序。”事实上，广大的中小学信息技术教师对于Basic、C等过程式程序设计语言大多比较熟悉。那么,什么是人工智能语言? Prolog有哪些特点?目前常用的软件版本有哪些?这就是本文准备回答的问题。
一、什么是人工智能语言
人工智能（AI）语言是一类适应于人工智能和知识工程领域的、具有符号处理和逻辑推理能力的计算机程序设计语言。能够用它来编写程序求解非数值计算、知识处理、推理、规划、决策等具有智能的各种复杂问题。
典型的人工智能语言主要有LISP、Prolog、Smalltalk、C++等。
一般来说，人工智能语言应具备如下特点：
·具有符号处理能力（即非数值处理能力）；
·适合于结构化程序设计，编程容易；
·具有递归功能和回溯功能；
·具有人机交互能力；
·适合于推理；
·既有把过程与说明式数据结构混合起来的能力，又有辨别数据、确定控制的模式匹配机制。
人们可能会问，用人工智能语言解决问题与传统的方法有什么区别呢？
事实上，在解决一些复杂的、非结构化的问题时，人工智能方法与传统方法有着差别。
传统方法通常把问题的全部知识以各种的模型表达在固定程序中，问题的求解完全在程序制导下按着预先安排好的步骤一步一步（逐条）执行。解决问题的思路与冯.诺依曼式计算机结构相吻合。当前大型数据库法、数学模型法、统计方法等都是严格结构化的方法。
对于人工智能技术要解决的问题，往往无法把全部知识都体现在固定的程序中。通常需要建立一个知识库（包含事实和推理规则），程序根据环境和所给的输入信息以及所要解决的问题来决定自己的行动，所以它是在环境模式的制导下的推理过程。这种方法有极大的灵活性、对话能力、有自我解释能力和学习能力。这种方法对解决一些条件和目标不大明确或不完备，（即不能很好地形式化，不好描述）的非结构化问题比传统方法好。它采用用试探法来解决问题。人工智能也尚未发展到完全能解决这类问题的全部问题。这类问题是人工智能研究要解决的问题。随之而来也希望计算机硬件结构也来一个革命，突破冯.诺依曼体系结构。
二、Prolog语言及其基本结构
Prolog是当代最有影响的人工智能语言之一，由于该语言很适合表达人的思维和推理规则，在自然语言理解、机器定理证明、专家系统等方面得到了广泛的应用，已经成为人工智能应用领域的强有力的开发语言。
现在的Prolog语言有许多版本，但它们的核心部分都是一样的。Prolog的基本语句仅有三种，即事实、规则和目标三种类型的语句，且都用谓词表示，因而程序逻辑性强，文法简捷，清晰易懂。另一方面，Prolog是陈述性语言，一旦给它提交必要的事实和规则之后，Prolog就使用内部的演绎推理机制自动求解程序给定的目标，而不需要在程序中列出详细的求解步骤。
１、事实
事实用来说明一个问题中已知的对象和它们之间的关系。在Prolog程序中，事实由谓词名及用括号括起来的一个或几个对象组成。谓词和对象可由用户自己定义。
例如，谓词likes(bill，book).
是一个名为like的关系，表示对象bill和book之间有喜欢的关系。
２、规则
规则由几个互相有依赖性的简单句（谓词）组成，用来描述事实之间的依赖关系。从形式上看，规则由左边表示结论的后件谓词和右边表示条件的前提谓词组成。
例如，规则 bird(X):-animal(X),has(X,feather).
表示凡是动物并且有羽毛，那么它就是鸟。
３、目标（问题）
把事实和规则写进Prolog程序中后，就可以向Prolog询问有关问题的答案，询问的问题就是程序运行的目标。目标的结构与事实或规则相同，可以是一个简单的谓词，也可以是多个谓词的组合。目标分内、外两种，内部目标写在程序中，外部目标在程序运行时由用户手工键入。
例如问题 ?-student(john).
表示“john是学生吗？”
三.Prolog程序的简单例子
以下两个例子在Turbo Prolog 2.0环境下运行通过。
[ 注：一个Turbo Prolog程序至少包括谓词段、子句段和目标段三项。目标可以包含在程序中，也可以在程序运行时给出。]
例1 谁是john的朋友？
predicates /*谓词段，对要用的谓词名和参数进行说明*/
likes(symbol, symbol)
friend(symbol, symbol)
clauses /*子句段，存放所有的事实和规则*/
likes(bell,sports). /*前4行是事实*/
likes(mary,music).
likes(mary,sports).
likes(jane,smith).
friend(john,X):-likes(X,sports),likes(X,music). /*本行是规则*/
当上述事实与规则输入计算机后，运行该程序，用户就可以进行询问，如输入目标：
friend(john,X)
即询问john的朋友是谁,,这时计算机的运行结果为：
X=mary （mary是john的朋友）
1 Solution （得到了一个结果）
程序运行界面如下图所示:
例2 汉诺塔问题:
有N个有孔的盘子，最初这些盘子都叠放在柱a上（如图1），要求将这N个盘子借助柱b从柱a移到柱c（如图2），移动时有以下限制：每次只能移动一个盘子；大盘不能放在小盘上。问如何移动？
该问题可以采用递归法思想来求解,其源程序为:
predicates /*谓词段*/
hanoi(integer)
move(integer,symbol,symbol,symbol)
inform(symbol,symbol).
clauses /*子句段*/
hanoi(N):-move(N,a,b,c).
move(1,A,_,C):-inform(A,C),!.
move(N,A,B,C):-N1=N-1,move(N1,A,C,B),
inform(A,C),move(N1,B,A,C).
inform(Loc1,Loc2):-nl,write("移动1个盘子从柱" ,Loc1,"到柱",Loc2).
goal /*目标段，问移动3个盘子的方法*/
hanoi(3).
这个例子的目标包含在程序里面，因此运行时程序将直接输出所有结果。
程序运行界面如下图所示：
四、Prolog语言的常用版本
Prolog语言最早是由法国马赛大学的Colmerauer和他的研究小组于1972年研制成功。早期的Prolog版本都是解释型的，自1986年美国Borland公司推出编译型Prolog,即Turbo Prolog以后，Prolog便很快在PC机上流行起来。后来又经历了PDC PROLOG、Visual Prolog不同版本的发展。并行的逻辑语言也于80年代初开始研制，其中比较著名的有PARLOG、Concurrent PROLOG等。
1、Turbo Prolog
由美国Prolog开发中心（Prolog Development Center, PDC）1986年开发成功、Borland公司对外发行，其1.0，2.0，2.1版本取名为Turbo Prolog，主要在IBM PC系列计算机，MS-DOS环境下运行。
2、PDC Prolog
1990年后，PDC推出新的版本，更名为PDC Prolog 3.0，3.2，它把运行环境扩展到OS/2操作系统，并且向全世界发行。它的主要特点是:
·速度快。编译及运行速度都很快，产生的代码非常紧凑。
·用户界面友好。提供了图形化的集成开发环境。
·提供了强有力的外部数据库系统。
·提供了一个用PDC Prolog编写的Prolog解释起源代码。用户可以用它研究Prolog的内部机制，并创建自己的专用编程语言、推理机、专家系统外壳或程序接口。
·提供了与其他语言（如C、Pascal、Fortran等）的接口。Prolog和其他语言可以相互调用对方的子程序。
·具有强大的图形功能。支持Turbo C、Turbo Pascal同样的功能。
3、Visual Prolog
Visual Prolog是基于Prolog语言的可视化集成开发环境，是PDC推出的基于Windows环境的智能化编程工具。目前，Visual Prolog在美国、西欧、日本、加拿大、澳大利亚等国家和地区十分流行，是国际上研究和开发智能化应用的主流工具之一。
Visual Prolog具有模式匹配、递归、回溯、对象机制、事实数据库和谓词库等强大功能。它包含构建大型应用程序所需要的一切特性：图形开发环境、编译器、连接器和调试器，支持模块化和面向对象程序设计，支持系统级编程、文件操作、字符串处理、位级运算、算术与逻辑运算，以及与其它编程语言的接口。
Visual Prolog包含一个全部使用Visual Prolog语言写成的有效的开发环境，包含对话框、菜单、工具栏等编辑功能。
Visual Prolog与SQL数据库系统、C++开发系统、以及Visual Basic、Delphi或Visual Age等编程语言一样，也可以用来轻松地开发各种应用。
Visual Prolog软件的下载地址为： 。
参考文献：
1． 廉师友 人工智能技术导论（第二版） 西安电子科技大学出版社 2002
2． 陈群秀 《人工智能》（远程教育研究生课程） http://www.sztvu.com/tsinghua/rgzn/art2011.htm
http://www.sztvu.com/tsinghua/rgzn/art212.htm
3． Visual Prolog语言简介 http://www.kddxy.net/~lei/VIP.html#VPL
4． 人工智能语言 http://myandyou2008.51.net/rengongzhineng/第十四章人工智能语言.htm
A Language of Artifical Intelligence-PROLOG
[Abstract] Prolog is a representative of Artificial Intelligence Language . This thesis simply presents Artificial Intelligence Language and it’s character, and introduce Prolog and its makeup by examples.
[Key Words] Artificial Intelligence Language Prolog
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