[prolog 基础系列] Prolog 的使用以及 Knowledge Base

Posted 2021-10-13 GoldenaArcher

[prolog 基础系列] Prolog 的使用以及 Knowledge Base

prolog 是一种逻辑编程语言。它建立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。现在它已广泛的应用在人工智能的研究中，它可以用来建造专家系统、自然语言理解、智能知识库等。

据说 prolog 的语法和 LISP 很像，有空的时候倒是可以看看 LISP 的语法……

Prolog 的运行

Prolog 实际上有多个运行平台，这里选择的是 SWI-Prolog，下载地址在：https://www.swi-prolog.org/download/stable，包含 Windows，MacOSX，Linux 多个平台的下载。

SWI-Prolog 是安装包式，所以这里就不多做赘述，安装成功之后的 SWI-Prolog 的界面如下：

其中，?- 指代的是 prolog 的命令，一般代表“询问”的意思，大多数情况下，知识基础(Knowledge Base) 会写在另外的文件中，文件以 .pl 结尾。

如：

isAnimal(bird).
canFly(bird).
canWalk(bird).
canWalk(dog).

上面的就是 prolog 的 Knowledge Base，这时候导入文件后既可在命令行中 咨询(consult) prolog 以获得讯息。假设文件保存在 C:/prolog-study.pl 这个地址，在 SWI-Prolog 中导入文件就需要以 ['file-address'] 的方式进行导入：

?-  ['C:/prolog-study.pl'].
true.

true 代表导入成功，false 代表导入失败。

导入成功之后即可进行询问：

注意 isAnimal(dog). 的结果是 false，这是因为 Knowledge Base 并不包含 isAnimal(dog). 这个条件。

这个时候再进行询问 isAnimal(X). 和 canWalk(X). 的结果如下：

Prolog 会告诉你，Bird 是动物，Dog 和 Bird 可以走，而这些都是在之前提供的 Knowledge Base 之中。

Knowledge Base

之前列举的 Knowledge Based 是一重的，相对而言比较简单，但是 Knowledge Based 也可以进行嵌套。假设这里定义成鸟的特性为：

• 是动物
• 会飞
• 有羽毛

其写法如下：

isAnimal(bird).
canFly(bird).
hasFether(bird).
isBird(X) :-
    isAnimal(X),
    canFly(X),
    hasFether(X).

在 SWI-Prolog 终端运行命令：

?- isBird(X).

Prolog 可以自动进行推理，并且得出 X 的结果为 Bird:

但是当询问 Prolog 狗是不是鸟 时，Prolog 返回的结果就是 False.

同样，对于多层嵌套，Prolog 也能够找到对应的答案。基础的 Knowledge Base 如下：

can(fly, bat).
can(fly, bird).
hasFeather(bird).

只要给出推理条件：能飞，有羽毛，Prolog 就能自动推测出答案是鸟：

现在进行一个稍微复杂一点的逻辑推理，即，通过给出父母的关系，寻找出两个人是否是组孙关系。其基础条件如下：

parent(Parent, Child) :- father(Parent, Child).
parent(Parent, Child) :- mother(Parent, Child).

father(vincent, bobby).
mother(mia, bobby).
mother(judy, mia).

grand_parent(Grandchild, Grandparent) :-
    parent(Parent, Grandchild),
    parent(Grandparent, Parent).

其中，parent(Parent, Grandchild) 这一条会找出 父母 - 子孙 之间的关系，第二条 parent(Grandparent, Parent) 会查找 祖父母 - 父母 之间的关系。组孙关系必须同时满足 第一条 和 第二条 的关系才能够同时成立：

如果只是想要单纯的找到祖先，只需要修改代码：

parent(Parent, Child) :- father(Parent, Child).
parent(Parent, Child) :- mother(Parent, Child).

father(vincent, bobby).
mother(mia, bobby).
mother(judy, mia).

ancestor(Grandchild, Grandparent) :-
    parent(Parent, Grandchild).

ancestor(Grandchild, Grandparent) :-
    parent(Parent, Grandchild),
    ancestor(Grandparent, Parent).

即可。

在这一条代码中，ancestor(Grandchild, Grandparent) 同样会查询 子孙 之间是否有父子关系，如果是，则返回 true，不再继续寻找。

由此可以看出，Prolog 的功能还是非常强大的。