在进入正题之前,我们先一起思考一个问题:当我们在编程时,我们在做什么?
看到这个问题,有些同学可能会第一时间要回答:
- 在听音乐
- 在打字
- 在发呆
- 在装作很忙的样子
- ……
呃,我不是那个意思,说认真的:当我们在编程时,我们在做什么?
我们在把所想的「解决方案」转换成计算机可理解的「计算机语言」。
JavaScript, Python, Java, Ruby, C++ …… 等等等等,哪怕是世界上最好的语言 PHP,也大抵如此:「解决方案」->「计算机语言」。
但你有没有想过反过来?「计算机语言」->「解决方案」 这样,我们使用「计算机语言」描述问题,而计算机来告诉我们「解决方案」?
或许你会想到人工智能、深度学习等等概念,但那些热门话题不是我们今天要讨论的。
今天,我们来一起聊聊那迷人的被遗忘的语言:Prolog.
Prolog 简介
Prolog(Programming in Logic)是一种逻辑编程语言。它创建在逻辑学的理论基础之上, 诞生与 1972 年,最初被运用于自然语言等研究领域,距今 46 年历史。当下火热的 JavaScript 语言 23 岁,年龄刚好是 Prolog 的一半。
说到 Prolog 是一种逻辑编程语言,那么跟一般的函数式语言有什么区别呢?答:完全不是一码事情。在 Prolog 里,最基本的做法是先描述事实(定立对象与对象之间的关系),然后用询问目标的方式来查询各种对象之间的关系,系统会自动进行匹配、回溯,并给出答案。
举个例子:
我们使用下面的语法来表述一个事实
handsome(ergou).
这个语句描述了一个事实:二狗 (ergou) 是无比帅气 (handsome) 的,然后以句号 (.) 结束,表明这个事实描述完毕,不容置疑。
然后接下来我们在 Prolog 的控制台 (REPL) 里就会得到如下的结论:
?- handsome(X).
X = ergou.
?-
其中 ?-
开头的是我们手动输入的,其他的是 Prolog 返回的。上面的那些操作是:
- 我们首先问 Prolog:谁是世界上最帅的人?
handsome(X).
其中X
是大写字母开头,在 Prolog 里所有大写字母开头的都是变量。 - 然后 Prolog 回答说:
X = ergou.
,当然是二狗了!
以上,应该可以算作 Prolog 基本思路的一个演示。你可以去下载适用于你的 Prolog 环境,然后在自己的电脑上把玩一下。
建议使用 SWI Prolog(本文的所有演示代码都是在 SWI Prolog 进行的操作):http://www.swi-prolog.org/
安装完毕之后,执行下面三步,即可复现上面的结果:
- 将事实写入文件
echo 'handsome(ergou).' > fact.prolog
- 启动 Prolog REPL 并加载既定事实:
swipl fact.prolog
- 在 Prolog REPL 内输入以下语句并回车:
handsome(X).
谁是我大爷?
刚才的例子是我们描述了一个事实,然后又让 Prolog 告诉了我们这个事实,好像没有太大的用途,接下来我们试着做一下别的事情:
文件名:grandfather.prolog
father(yigou,ergou).
father(linggou,yigou).
grandfather(X,Z) :- father(X,Y), father(Y,Z).
看了上面的代码,应该可以理解到,我们是描述了三个事实:
- 二狗 (ergou) 的父亲是 一狗 (yigou)
- 一狗 (yigou) 的父亲是零狗 (linggou)
- X 是 Z 大爷的前提条件是:X 是 Y 的父亲,Y 是 Z 的父亲
有了这些事实,我们可以干什么?可以找到二狗爷爷啊!
载入既定事实
swipl grandfather.prolog
执行询问语句
?- grandfather(X,yigou).
false.
?- grandfather(X,ergou).
X = linggou.
?-
可以看到一狗 (yigou) 是没有爷爷的,二狗 (ergou) 的爷爷是零狗 (linggou) 。
我和小红的共同爱好是什么?
像刚才那个例子,我们再举一个来加深一下这种思维方式:
文件名:music.prolog
listen(ergou, bach). % 二狗 听 巴赫
listen(ergou, beethoven). % 二狗 听 贝多芬
listen(ergou, mozart). % 二狗 听 莫扎特
listen(xiaohong, mj). % 小红 听 迈克尔·杰克逊
listen(xiaohong, dylan). % 小红 听 鲍勃·迪伦
listen(xiaohong, bach). % 小红 听 巴赫
listen(xiaohong, beethoven). % 小红 听 贝多芬
上面这些代码描述了二狗和小红的听歌品味,现在如果二狗想要找出自己与小红在听歌品味上的共同之处,该怎么办?
载入既定事实
swipl music.prolog
执行询问语句
?- listen(ergou, X),listen(xiaohong,X).
X = bach ;
X = beethoven ;
false.
?-
我们在加载了既定事实之后,开始询问:有什么音乐是二狗 (ergou) 和小红 (xiaohong) 都有在听的呢?
?- listen(ergou, X),listen(xiaohong,X).
然后我们得到了下面的答案:
?- listen(ergou, X),listen(xiaohong,X).
X = bach
如果你有在跟着文章手动操作,如果你是个细心的同学,你会发现这次询问之后光标停留在了 X = bach
这里,而不是换行显示出 ?-
。这是为什么呢?
这时候 Prolog 是在说:问题还有别的解答,按下 ;
寻求更多,按下 Enter
表示接受当前答案。在上边了例子中,我们持续按下 ;
,直到返回 false
才停下来。
于是我们得到了二狗和小红共同欣赏的音乐,是巴赫和贝多芬。
鸡兔同笼问题
接下来我们来一个经典问题:
今有雉兔同笼,上有三十五头,下有九十四足,问雉兔各几何?
—— 《孙子算经》
翻译成白话文:
有若干只鸡兔同在一个笼子里,从上面数,有35个头,从下面数,有94只脚。问笼中各有多少只鸡和兔?
停!快停止思考!
如果你在使用 JavaScript、Python 等等语言的思路去尝试编程解决问题的话,赶紧停下来,现在我们要用描述既定事实的方式,让 Prolog 给我们答案!
文件名:chicken-and-rabbits.prolog
% 首先,我们引入一个 clpq 的库来帮助我们进行运算符描述
:- use_module(library(clpq)).
% 然后,我们定义事实:脑袋的总数量(H) 应当等于 鸡的总数量(C) 加上 兔子的总数量(R)
head(C,R,H) :- {H = C + R}.
% 然后,我们定义事实:脚的总数量(F) 应当等于 鸡的总数量(C)乘以二 加上 兔子的总数量(R)乘以四
foot(C,R,F) :- {F = C*2 + R*4}.
我们定义好了事实,那么接下来让我们去询问 Prolog 答案:
载入既定事实
swipl chicken-and-rabbits.prolog
执行询问语句
?- head(C,R,35),foot(C,R,94).
C = 23,
R = 12.
答:鸡有 23 只!兔有 12 只!
哈哈哈哈,没错!再也不需要去绞尽脑汁思考怎么告诉计算机去计算啦!只需要告诉 Prolog 既定事实,剩下的,就是提出正确的问题啦!
古老的 Prolog 在计算机科学中的逐渐退热,必然有对应的原因,但这种语言所特有的思维方式,也不妨去探寻一下。在当下的编程氛围里,或许 Prolog 就像是夏日的一杯加冰柠檬水,给我们带来凉爽和清新呢!
好了,关于 Prolog 的讨论,我们今天就到这里了,多谢各位!
还有更多关于 Prolog 的资料,感兴趣可以继续阅读:
- Prolog - Wikipedia
- SWI-Prolog
- SWI-Prolog manual / clpqr
- Introduction to the Programming Language PROLOG: A Language for Logic Programming and Symbolic Computation
文 / 王二狗
职业程序员,周末爱好者编 / 荧声
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