Prolog教程 4

现在我们的游戏中已经有了一些事实，使用Prolog的解释器调入此程序后，我们就可以对这些事实进行查询了。本章和下一章中的Prolog程序只包括事实，我们要学会如何对这些事实进行查询。

Prolog的查询工作是靠模式匹配完成的。查询的模板叫做目标(goal)。如果有某个事实与目标匹配，那么查询就成功了，Prolog的解释器会回显'yes.'。如果没有匹配的事实，查询就失败了，解释器回显'no.'。

我们把Prolog的模式匹配工作叫做联合(unification)。当数据库中只包括事实时，以下三个条件是使联合成功的必要条件。

目标谓词名与数据库中的某个谓词名相同。
这两个谓词的参数数目相同。
所有的参数也相同。

在介绍查询之前，让我们回顾一下上一章所编写的Prolog程序。

room(kitchen).
room(office).
room(hall).
room('dining room').
room(cellar).
door(office, hall).
door(kitchen, office).
door(hall, 'dining room').
door(kitchen, cellar).
door('dining room', kitchen).

location(desk, office).
location(apple, kitchen).
location(flashlight, desk).
location('washing machine', cellar).
location(nani, 'washing machine').
location(broccoli, kitchen).
location(crackers, kitchen).
location(computer, office).

edible(apple).
edible(crackers).
tastes_yucky(broccoli).
here(kitchen).


以上是我们的“寻找Nani”中的所有事实。把这段程序调入Prolog解释器中后就可以开始进行查询了。

我们的第一个问题是：office在本游戏中是不是一个房间。

?-room(office). {?-是解释器的提示符}
yes.

Prolog回答yes，因为它在数据库中找到了room(office).这个事实。我们继续问：有没有attic这个房间。

?-room(attic).
no.

Prolog回答no，因为它在数据库中找不到room(attic).这个事实。同样我们还可以进行如下的询问。

?- location(apple, kitchen).
yes

?- location(kitchen, apple).
no

你看Prolog懂我们的意思呢，它知道苹果在厨房里，并且知道厨房不在苹果里。但是下面的询问就出问题了。

?- door(office, hall).
yes

?- door(hall, office).
no

由于我们定义的门是单方向的，结果遇到了麻烦。

在查询目标中我们还可以使用Prolog的变量。这种变量和其他语言中的不同。叫它逻辑变量更合适一点。变量可以代替目标中的一些参数。

变量给联合操作带来了新的意义。以前联合操作只有在谓词名和参数都相同时才能成功。但是引入了变量之后，变量可以和任何的条目匹配。

当联合成功之后，变量的值将和它所匹配的条目的值相同。这叫做变量的绑定(binding)。当带变量的目标成功的和数据库中的事实匹配之后，Prolog将返回变量绑定的值。

由于变量可能和多个条目匹配，Prolog允许你察看其他的绑定值。在每次Prolog的回答后输入“；”，可以让Prolog继续查询。下面的例子可以找到所有的房间。“；”是用户输入的。

?- room(X).
X = kitchen ;
X = office ;
X = hall ;
X = 'dining room' ;
X = cellar ;
no

最后的no表示找不到更多的答案了。

下面我们想看看kitchen中都有些什么。（变量以大写字母开始）

?- location(Thing, kitchen).
Thing = apple ;
Thing = broccoli ;
Thing = crackers ;
no

我们还可以使用两个变量来查询所有的物体及其位置。

?- location(Thing, Place).
Thing = desk
Place = office ;

Thing = apple
Place = kitchen ;

Thing = flashlight
Place = desk ;


...
no

查询的工作原理

当Prolog试图与某一个目标匹配时，例如：location/2，它就在数据库中搜寻所有用location/2定义的子句，当找到一条与目标匹配时，它就为这条子句作上记号。当用户需要更多的答案时，它就从那条作了记号的子句开始向下查询。

我们来看一个例子，用户询问：location（X，kitchen）.。Prolog找到数据库中的第一条location/2子句，并与目标比较。

目标 location(X, kitchen)
子句#1 location(desk, office)

匹配失败，因为第二个参数不同，一个是kitchen，一个是office。于是Prolog继续比较第二个子句。

目标 location(X, kitchen)
子句#2 location(apple, kitchen)

这回匹配成功，而变量X的值就被绑定成了apple。

?- location(X, kitchen).
X = apple

如果用户输入分号(;)，Prolog就开始寻找其他的答案。首先它必须释放（unbinds）变量X。然后从上一次成功的位置的下一条子句开始继续搜索。这个过程叫做回溯（backtracking）。在本例中就是第三条子句。

目标 location(X, kitchen)
子句#3 location(flashlight, desk)

匹配失败，直到第六条子句时匹配又成功了 。

目标 location(X, kitchen)
子句#6 location(broccoli, kitchen)

结果变量X又被绑定为broccoli，解释器显示：

X = broccoli ;

再度输入分号，X又被解放，开始新的搜索。又找到了：

X = crackers ;

这回再没有新的子句能够匹配了，于是Prolog回答no，表示最后一次搜索失败了。

no

要想了解Prolog的运行顺序，最好的方法就是单步调试程序，不过在此之前，还是让我们加深一下对目标的认识吧。

Prolog的目标有四个端口用来控制运行的流程：调用（call）、退出（exit）、重试（redo）以及失败（fail）。一开始使用Call端口进入目标，如果匹配成功就到了exit端口，如果失败就到了fail端口，如果用户输入分号，则又从redo端口进入目标。下图表示了目标和它的四个端口。


每个端口的功能如下：

call 开始使用目标搜寻子句。
exit 目标匹配成功，在成功的子句上作记号，并绑定变量。
redo 试图重新满足目标，首先释放变量，并从上次的记号开始搜索。
fail 表示再找不到更多的满足目标的子句了。
下面列出了调试location(X,kitchen).时的情况。括号中的数字表示当前正在考虑的子句。

?- location(X, kitchen).
CALL: - location(X, kitchen)
EXIT:(2) location(apple, kitchen)
X = apple;
REDO: location(X, kitchen)
EXIT:(6) location(broccoli, kitchen)
X = broccoli ;
REDO: location(X, kitchen)
EXIT:(7) location(crackers, kitchen)
X = crackers ;
FAIL - location(X, kitchen)
no

在Prolog的解释器中输入，

?- debug.

就可以开始调试你的程序了。

在下一章中将介绍更为复杂的查询。