那迷人的被遺忘的語言：Prolog

創宇前端發表於2018-08-13

在進入正題之前，我們先一起思考一個問題：當我們在程式設計時，我們在做什麼？

看到這個問題，有些同學可能會第一時間要回答：

  • 在聽音樂
  • 在打字
  • 在發呆
  • 在裝作很忙的樣子
  • ……

呃，我不是那個意思，說認真的：當我們在程式設計時，我們在做什麼？

我們在把所想的「解決方案」轉換成計算機可理解的「計算機語言」。

JavaScript, Python, Java, Ruby, C++ …… 等等等等，哪怕是世界上最好的語言 PHP，也大抵如此：「解決方案」->「計算機語言」。

但你有沒有想過反過來？「計算機語言」->「解決方案」 這樣，我們使用「計算機語言」描述問題，而計算機來告訴我們「解決方案」？

或許你會想到人工智慧、深度學習等等概念，但那些熱門話題不是我們今天要討論的。

今天，我們來一起聊聊那迷人的被遺忘的語言：Prolog.

Prolog 簡介

Prolog（Programming in Logic）是一種邏輯程式語言。它建立在邏輯學的理論基礎之上， 誕生與 1972 年，最初被運用於自然語言等研究領域，距今 46 年曆史。當下火熱的 JavaScript 語言 23 歲，年齡剛好是 Prolog 的一半。

說到 Prolog 是一種邏輯程式語言，那麼跟一般的函式式語言有什麼區別呢？答：完全不是一碼事情。在 Prolog 裡，最基本的做法是先描述事實（定立物件與物件之間的關係），然後用詢問目標的方式來查詢各種物件之間的關係，系統會自動進行匹配、回溯，並給出答案。

舉個例子：

我們使用下面的語法來表述一個事實

handsome(ergou).
複製程式碼

這個語句描述了一個事實：二狗 (ergou) 是無比帥氣 (handsome) 的，然後以句號 (.) 結束，表明這個事實描述完畢，不容置疑。

然後接下來我們在 Prolog 的控制檯 (REPL) 裡就會得到如下的結論：

?- handsome(X).
X = ergou.

?-
複製程式碼

其中 ?- 開頭的是我們手動輸入的，其他的是 Prolog 返回的。上面的那些操作是：

  1. 我們首先問 Prolog：誰是世界上最帥的人？handsome(X). 其中 X 是大寫字母開頭，在 Prolog 裡所有大寫字母開頭的都是變數。
  2. 然後 Prolog 回答說：X = ergou. ，當然是二狗了！

以上，應該可以算作 Prolog 基本思路的一個演示。你可以去下載適用於你的 Prolog 環境，然後在自己的電腦上把玩一下。

建議使用 SWI Prolog（本文的所有演示程式碼都是在 SWI Prolog 進行的操作）：www.swi-prolog.org/

安裝完畢之後，執行下面三步，即可復現上面的結果：

  1. 將事實寫入檔案
echo 'handsome(ergou).' > fact.prolog
複製程式碼
  1. 啟動 Prolog REPL 並載入既定事實：
swipl fact.prolog
複製程式碼
  1. 在 Prolog REPL 內輸入以下語句並回車：
handsome(X).
複製程式碼

誰是我大爺？

剛才的例子是我們描述了一個事實，然後又讓 Prolog 告訴了我們這個事實，好像沒有太大的用途，接下來我們試著做一下別的事情：

檔名：grandfather.prolog

father(yigou,ergou).
father(linggou,yigou).

grandfather(X,Z) :- father(X,Y), father(Y,Z).
複製程式碼

看了上面的程式碼，應該可以理解到，我們是描述了三個事實：

  1. 二狗 (ergou) 的父親是 一狗 (yigou)
  2. 一狗 (yigou) 的父親是零狗 (linggou)
  3. X 是 Z 大爺的前提條件是：X 是 Y 的父親，Y 是 Z 的父親

有了這些事實，我們可以幹什麼？可以找到二狗爺爺啊！

載入既定事實

swipl grandfather.prolog
複製程式碼

執行詢問語句

?- grandfather(X,yigou).
false.

?- grandfather(X,ergou).
X = linggou.

?-
複製程式碼

可以看到一狗 (yigou) 是沒有爺爺的，二狗 (ergou) 的爺爺是零狗 (linggou) 。

我和小紅的共同愛好是什麼？

像剛才那個例子，我們再舉一個來加深一下這種思維方式：

檔名：music.prolog

listen(ergou, bach). % 二狗 聽 巴赫
listen(ergou, beethoven). % 二狗 聽 貝多芬
listen(ergou, mozart). % 二狗 聽 莫扎特
listen(xiaohong, mj).  % 小紅 聽 邁克爾·傑克遜
listen(xiaohong, dylan). % 小紅 聽 鮑勃·迪倫
listen(xiaohong, bach). % 小紅 聽 巴赫
listen(xiaohong, beethoven). % 小紅 聽 貝多芬
複製程式碼

上面這些程式碼描述了二狗和小紅的聽歌品味，現在如果二狗想要找出自己與小紅在聽歌品味上的共同之處，該怎麼辦？

載入既定事實

swipl music.prolog
複製程式碼

執行詢問語句

?- listen(ergou, X),listen(xiaohong,X).
X = bach ;
X = beethoven ;
false.

?-
複製程式碼

我們在載入了既定事實之後，開始詢問：有什麼音樂是二狗 (ergou) 和小紅 (xiaohong) 都有在聽的呢？

?- listen(ergou, X),listen(xiaohong,X).
複製程式碼

然後我們得到了下面的答案：

?- listen(ergou, X),listen(xiaohong,X).
X = bach
複製程式碼

如果你有在跟著文章手動操作，如果你是個細心的同學，你會發現這次詢問之後游標停留在了 X = bach 這裡，而不是換行顯示出 ?-。這是為什麼呢？

這時候 Prolog 是在說：問題還有別的解答，按下 ; 尋求更多，按下 Enter 表示接受當前答案。在上邊了例子中，我們持續按下 ; ，直到返回 false 才停下來。

於是我們得到了二狗和小紅共同欣賞的音樂，是巴赫和貝多芬。

雞兔同籠問題

接下來我們來一個經典問題：

今有雉兔同籠，上有三十五頭，下有九十四足，問雉兔各幾何？

—— 《孫子算經》

翻譯成白話文：

有若干只雞兔同在一個籠子裡，從上面數，有35個頭，從下面數，有94只腳。問籠中各有多少隻雞和兔？

停！快停止思考！

如果你在使用 JavaScript、Python 等等語言的思路去嘗試程式設計解決問題的話，趕緊停下來，現在我們要用描述既定事實的方式，讓 Prolog 給我們答案！

檔名：chicken-and-rabbits.prolog

% 首先，我們引入一個 clpq 的庫來幫助我們進行運算子描述
:- use_module(library(clpq)).

% 然後，我們定義事實：腦袋的總數量(H) 應當等於 雞的總數量(C) 加上 兔子的總數量(R)
head(C,R,H) :- {H = C + R}.

% 然後，我們定義事實：腳的總數量(F) 應當等於 雞的總數量(C)乘以二 加上 兔子的總數量(R)乘以四
foot(C,R,F) :- {F = C*2 + R*4}.
複製程式碼

我們定義好了事實，那麼接下來讓我們去詢問 Prolog 答案：

載入既定事實

swipl chicken-and-rabbits.prolog
複製程式碼

執行詢問語句

?- head(C,R,35),foot(C,R,94).
C = 23,
R = 12.
複製程式碼

答：雞有 23 只！兔有 12 只！

哈哈哈哈，沒錯！再也不需要去絞盡腦汁思考怎麼告訴計算機去計算啦！只需要告訴 Prolog 既定事實，剩下的，就是提出正確的問題啦！

古老的 Prolog 在電腦科學中的逐漸退熱，必然有對應的原因，但這種語言所特有的思維方式，也不妨去探尋一下。在當下的程式設計氛圍裡，或許 Prolog 就像是夏日的一杯加冰檸檬水，給我們帶來涼爽和清新呢！

好了，關於 Prolog 的討論，我們今天就到這裡了，多謝各位！

還有更多關於 Prolog 的資料，感興趣可以繼續閱讀：

文 / 王二狗 職業程式設計師，週末愛好者

編 / 熒聲

本文已由作者授權釋出，版權屬於創宇前端。歡迎註明出處轉載本文。本文連結：knownsec-fed.com/2018-08-09-…

想要看到更多來自知道創宇開發一線的分享，請搜尋關注我們的微信公眾號：創宇前端（KnownsecFED）。歡迎留言討論，我們會盡可能回覆。

那迷人的被遺忘的語言：Prolog

感謝您的閱讀。

相關文章