Table Of ContentRalfCordes
Rudolf Kruse
Horst Langendorfer
Heinrich Rust
Prolog
Artificial Intelligence
Kiinstliche Intelligenz
Kunstliche Intelligenz steht hier fUr das Bemuhen urn ein Ver
standnis und urn die technische Realisierung intelligenten Ver
haltens.
Die Bucher dieser Reihe sollen Wissen aus den Gebieten der
Wissensverarbeitung, Wissensreprasentation, Expertensysteme,
Wissenskommunikation (Sprache, Bild, Klang, etc.), Spezial
maschinen und -sprachen sowie Modelle biologischer Systeme
und kognitive Modellierung vermitteln.
Bisher sind erschienen:
Automated Theorem Proving
von Wolfgang Bibel
Die Wissensreprasentationssprache OPS 5
von Reinhard Krickhahn und B'ernd Radig
Prolog
von Ralf Cordes, Rudolf Kruse, Horst Langendorfer,
Heinrich Rust
LISP
von Rudiger Esser und Elisabeth Feldmar
Logische Grundlagen der Kiinstlichen Intelligenz
von Michael R. Genesereth und Nils J. Nilsson
Wissensbasierte Echtzeitplanung
von Jurgen Dorn
Modulare Regelprogrammierung
von Siegfried Bocionek
RalfCordes
Rudolf Kruse
Horst Langendorfer
Heinrich Rust
Prolog
Eine methodische Einfiihrung
Herausgege ben von Paul Schmitz
2., verbesserte und erweiterte Aufiage
II
vleweg
Das in diesem Buch enthaltene Programm-Material ist mit keiner Verpflichtung oder Garantie irgen(
einer Art verbunden. Die Autoren, der Herausgeber und der Verlag ubernehmen infolgedessen keir:
Verantwortung und werden keine daraus folgende oder sonstige Haftung ubernehmen, die aufirgenc
eine Art aus der Benutzung dieses Programm-Materials oder Teilen davon entsteht.
1. Auflage 1988
2., verbesserte und erweiterte Auflage 1990
Der Verlag Vieweg ist ein Unternehmen der Verlagsgruppe Bertelsmann International.
Al1e Rechte vorbehalten
© Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig 1990
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Zustimmung des Verlags unzuliissig und strafbar. Das gilt insbesondere ftir
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und Verarbeitung in elektronischen Systemen.
Umschlaggestaltung: Peter Lenz, Wiesbaden
ISBN 978-3-528-14584-2 ISBN 978-3-322-90619-9 (eBook)
DOl 10.1007/978-3-322-90619-9
Vorwort
Die Programmiersprache Prolog gewinnt in weiten Kreisen von EDV-Fachleuten
und Anwendern stark an Popularitat. 1m universitaren Kreis besitzt diese Spra
che besonders im Bereich der wissensbasierten Systeme seit geraumer Zeit einen
hohen Stellenwert.
Das Ziel des Buches ist es, einen in Lektionen eingeteilten, methodisch geglie
derten Einfuhrungskurs in die Programmierung mit Prolog zu geben. Das Buch
basiert auf dem Praktikum "Programmieren in Prolog", das an der Technischen
Universitat in Braunschweig seit dem Wintersemester 1984/85 regelmafiig an
ge boten wird.
Das Buch wendet sich an Schuler und Student en ebenso wie an Interessierte
aller Fachrichtungen, die sich einen Einblick in die logis~he Programmierung
und ihre Anwendungen verschaffen wollen.
Fi.ir die erste Aufiage des Buches haben uns K. Drosten, D. Kruse, J. Risius und
W. Struckmann wertvolle Anregungen gegeben. In der zweiten Aufiage haben
wir zahlreiche Hinweise unserer Leser berucksichtigt.
Wir danken insbesondere Herrn U. Schreiweis, der uns das Material fUr die neue
praxisbezogene Lektion 19 zu Verfiigung gestellt hat und uns bei der Durchsicht
des Manuskripts sehr behilfiich war. Ferner danken wir dem Vieweg-Verlag fUr
die gute Zusammenarbeit.
Braunschweig, im November 1989 R. Cordes
R. Kruse
H. Langendorfer
H. Rust
Inhalt sverzeichnis
Einleitung 1
Zur historischen Entwicklung von Prolog . . . . . . . . . . . . . 2
Einsatz von Prolog in Fachgebieten der Kiinstlichen Intelligenz 3
Verarbeitungsmodelle und Programmierstile . . . 5
Prolog - eine logik-basierte Programmiersprache 7
Zu dies em Buch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
I Reines Prolog 9
1 Fakten und Regeln 10
1.1 Fakten ..... . 10
1.2 Regeln ..... . 12
1.3 Ubungsaufgaben 14
2 Arbeitsweise des Prologinterpreters 16
2.1 Anfragen .. 16
2.2 Unifikation ... 19
2.3 Backtracking . . 22
2.4 Ubungsaufgaben 23
*3 Grundlagen der PriidikRtenlogik 24
3.1 Syntax .. 24
3.2 Semantik ............ . 27
Inhaltsverzeichnis VII
3.3 Klauseln..... 31
3.4 Ubungsaufgaben 36
*4 Grundlagen der logischen Programmierung 37
4.1 Das Resolventenprinzip ..... . 37
4.2 Semantik von Prologprogrammen 44·
4.3 Ubungsaufgaben . . . . . . . . . . 48
II Prolog - Sprache und Programmierumgebung 51
I) Pridikate mit Seitenefl'ekten 52
5.1 Ein- und Ausgabe ...... 52
5.2 Dateibearbeitung....... 56
5.3 Vera.nderung der Wissensbank . 60
5.4 Ubungsaufgaben . . . . . . . . 63
6 Kontrollstrukturen 64
6.1 Und und Oder 64
6.2 Das Fail . . . . . . 65
6.3 Das Cut . .... . 67
6.4 Die Cut-Fail-Kombination . 69
6.5 Das Repeat '" 70
6.6 Ubungsaufgaben . . . . . . 71
*7 Graphische Darstellung von Prologprogrammen 73
7.1 Der Beweisbaum .. 74
7.2 Das Vierportmodell . 78
7.3 Ubungsaufgaben . . 80
8 Arithmetische und relationale Operatoren 81
8.1 Arithmetische Operatoren .............. . 81
8.2 Relationale Operatoren fiir arithmetische Ausdriicke 83
8.3 Relationale Operatoren fiir Terme 84
8.4 Ubungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
9 Klassifikation, Analyse und Synthese von Termen 87
9.1 Klassifikation von Termen . '.' .. 87
9.2 Analyse und Synthese von Termen 89
·9.3 Ausfiihren von Termen: Das Call 92
9.4 Ubungsaufgaben ......... . 93
*Diese Kapitel konnen durchaus vernachlassigt werden, wenn man nur einen schne11en
Einblick in die Programmiersprache Prolog gewinnen will.
VIII Inhal tsverzeichnis
10 Terme und Operatoren 94
10.1 Definition von Operatoren .......... . 95
10.2 Probleme bei der Benutzung von Operatoren 98
10.3 Listennotationen 99
10.4 Ubungsaufgaben ............... . 100
III Datenstrukturen, Algorithmen und Anwendungenl03
11 Listen und Listenoperationen 104
11.1 Die Datenstruktur Liste ... 105
11.2 Reprasentation von Listen in Prolog . . . 105
11.3 Definierbare Listenoperationen in Prolog. 108
11.4 Ubungsaufgaben .............. 113
12 Sortierverfahren 115
12.1 Permutation. 116
12.2 Tauschsort. 117
12.3 Quicksort 117
12.4 Mergesort . 119
12.5 Treesort . . 120
12.6 Ubungsaufgaben 121
*13 Graphen und Graphsuche 122
13.1 Zum Begriff des Graphen ......... 122
13.2 Reprasentation von Graphen in Prolog . . 123
13.3 Wegermittlung in ungerichteten Graphen 124
13.4 Suchstrategien . 128
13.5 Ubungsaufgaben ...... . . . . . . . . 130
*14 Symbolmanipulation 131
14.1 Symbolische Differentiation 131
14.2 Symbolische Klauseltransformation 133
14.3 Ubungsaufgaben ...... . . . . 141
15 Ein Interpreter fUr applikative Programme 142
15.1 Das applikative Konzept 142
15.2 Der Interpreter . 144
15.3 Ubungsaufgaben .. . . 149
*16 Realisierung weiterer Programmierkonzepte in Prolog 150
16.1 Das Datenfiuf3konzept .......... . . . . 150
16.2 Der Stream-Interpreter. . . . . . . . . . . . . . 151
16.3 Ein Interpreter fiir quasiparallele Abarbeitung . 152
16.4 Ubungsaufgaben ., . . . . . . . . . . . . . . . 157
Inhaltsverzeichnis IX
17 Grammatiken und Sprachen 158
17.1 Formale Sprachen ................... . 158
17.2 Grammatik einer kontextfreien Sprache ...... . 159
17.3 Das Erkennen der Worte einer kontextfreien Sprache 161
17.4 Semantik eines Wortes 162
17.5 Ubungsaufgaben ................... . 166
18 Prolog als Implementierungssprache fUr Expertensysteme 167
18.1 Begriffsbestimmungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 168
18.2 Vorteile von Prolog bei der Entwicklung wissensbasierter Systeme 169
18.3 Beispielentwicklung eines Expertensystems . 170
18.4 Ubungsaufgaben ........................... 178
19 Fallstudie: Ein Expertensystem fUr Anderungskonfigurationen179
19.1 Die Domane . . . . . 180
19.2 Die Realisierung .. 181
19.3 Das Inferenzsystem . 187
19.4 Ubungsaufgaben . . 191
*20 Ein Spiel mit der Datenbasis: Mastermind 192
20.1 Der Rechner rat 192
20.2 Der Rechner laBt raten . 196
20.3 Ubungsaufgaben . . . . 197
Anhang 199
A. Syntax von Prolog 200
B. Benutzung von Prologsystemen 204
C. Hardware fiir Prologsysteme 207
D. Turbo-Prolog == Ein Nicht-Standard-Prolog 213
E. Begriffsdefinitionen 216
F. Losungen 220
Literatur 234
Stichwortverzeichnis 241
Pradikatsverzeichnis 246
Einleitung
Die Programmiersprache Prolog gewinnt in weiten Kreisen von EDV-Fachleu
ten und Anwendern stark an Popularitat. 1m universitaren Bereich sowie an
anderen Forschungsinstitutionen, besonders im Bereich der Kiinstlichen In
telligenz (KI) , besitzt diese Sprache schon seit geraumer Zeit einen sehr hohen
Stellenwert. Dieser ist nicht nur mit dem Fifth Generation Computer Sy
stems Projekt in Japan, das Prolog zur Kernsprache hat, begrundbar. Auch
eine Vielzahl von kontinuierlichen Forschungsaktivitaten im europiiischen Raum
in den letzten zehn Jahren belegen die wachsende Bedeutung von Prolog.
1m Rahmen dieses Buches wild ein Einblick in die Programmierung mit der
Programmiersprache Prolog ( Programming in logic ) gegebenj aufierdem
werden grundlegende Verarbeitungsmechanismen und -modelle fiir die logik
basierte Programmierung vermittelt.
1m folgenden geben wit eine kurze Darstellung der historischen Entwicklung
der logischen Programmierung sowie der Programmiersprache Prolog, zeigen
bevorzugte Anwendungsgebiete von Prolog im Forschungsbereich der Kunst
lichen Intelligenz auf und geben einen groben Uberblick uber Verarbeitungsmo
delle sowie Programmierstile. Abschliefiend beschreiben wir kurz die
methodische Konzeption unseres Prolog-Lehrgangs.
