天地有情

Prolog入門　～初歩の初歩～

Prolog入門　～初歩の初歩～

＊前口上
Prolog は，第5世代のプログラム言語などとも呼ばれ，人工知能の研究向きの
プログラム言語として使用されてきました．

私自身，ＡＩ（人工知能）を，のちにファジー制御やニューロ制御なるものを
少しばかりかじりました．このとき，Prologの勉強も少しばかりやりました．
今，再び挑戦してみたいと思います．

§１．Prologインタプリタの入手
先ずは，Prologを体感するにはプログラムを作成し，それの動作を確認することです．
Prologインタプリタには何種類かが存在しますが，SWI-Prolog を使うことにします．
SWI-Prolog はアムステルダム大学で開発された Prologインタプリタです．

＊ダウンロード
SWI-Prolog's Home からダウンロードします．
http://www.swi-prolog.org/

＊Version
Stable release Sources and executables for MS-Windows and MacOS X version 6.4.x

インストール途中において，拡張子を設定する項目があります．デフォルトとして
.pl あるいは .pro が用意されていますが .pl はPerlスクリプト言語と，また .pro は各種の
プロジェクトファイルと混同する恐れがあります．ユーザ側で任意に決めることができますが，
.swi が推奨されているようです．このページでも .swi を使うことにします．

§２．Prolog プログラムの構成
Prolog のプログラムは次の３つの要素から成ります．
＊事実: 事物とその関係についていくつかの事実を宣言する．
＊規則: 事物とその関係についての規則を定義する．
＊質問: 事物とその関係について質問する．

Prolog のデータベースは事実(fact) と規則(rule) の集合です．それらは追加したり，
削除したりすることができます．

作り方はエディタで後述に示すような形式で”事実”や”規則”を作成し，ファイル名を付けて保存します．
たとえば，ファイル名を sample.swi としますと，
　　?- [sample].として，Prologシステムに読み込ませます．これで sample.swi のデータベースが完成しました．

この sample.swi データベースを運用するには，利用者が”質問”を送信するとデータベース内が
検索されて該当するものがあれば”応答”してくれます．

§３．事実とは
「i love you」(私は貴方を好きです) という文を考えると，主語が「i」，目的語
が「you」，述語が「love」となります．これは「i」という事物と「you」
という事物の関係(前者が後者をlove である) を表現しています．
Prolog では，この述語に注目して，事物の関係を表します．love(i, you).
次の点に注意します．

1. すべての関係と事物の名前は［小文字］で始まる．
　　　例: love, i, you
2. まず最初に関係の名前（述語）が置かれ，次に括弧で囲まれた中にコンマで区切って事物を書く．
　　　例: love(i, you).
　　　love ← 関係を表す(2つの引数をもつことのできる述語です)
　　　i, you ← 事物を表す
3. 事実の最後には’.’ (ピリオド) が置かれる．
4. コメント記号
　　　一行コメント記号　　　　%
　　　複数行コメント記号　　　/* .....
　　　　　　　　　　　　　　　　......
　　　　　　　　　　　　　　　　......
　　　　　　　　　　　　　　　*/

§４．質問とは
いくつかの事実があるとき，質問をすることができます．質問は ?- という記号を前につけて表します．

?- love(i, you). ←入力
true ← Prolog の回答

Prolog は質問に適合する事実があれば"true" と回答し，なければ"false" と回答します．
つまりProlog における"false" は「知らない」ということです．

＊変数について
Prolog は「大文字で始まる名前」は変数(variable) です．変数は「値が決まっているか」
か「決まっていないか」のどちらかで， Prolog はすべての事実を探索してこの変数が表す
事物を見つけます．ただし，「述部」は変数にできないことに注意が必要です．

?- love(i, X). ← 入力
X = you ← Prolog が変数の値を表示する

つぎのようなデータベースがある場合の質問を考えてみましょう．

love(taro,aichan).
love(jiro,aichan).

?- (X,aichan).
X=taro;　　　　　← 第一の解を表示する．セミコロンを入力すると，
X=jiro.　　　　　← 第二の解を表示する．

Prolog が解を見つけて表示しているときに; を入力することによって， Prolog に別の
解を再探索させることができます．別の解を見つけるために後戻りすることをバックト
ラック(backtrack) と言います．

§５．「かつ」と「または」について

＊「かつ」（連言，論理積）
AND を表す関係を記述したいときには，コンマ(,)で区切って並べて記述します．

?- love(taro,X), love(jiro,X).
X=aichan.

*「または」（選言，論理和）
OR を表す関係を記述したいときには，セミコロン(;)で区切って並べて記述します．

?- love(taro,X);love(Y,aichan).
X = aichan ;
Y = taro ;
Y = jiro.

§６．規則とは
Prolog の規則は一般に次のような形式で表します．

head :- goal1, goal2, ..., goalN.

これは，「goal1 AND goal2 AND ... AND goalN ならばheadである」という意味です．

§７．SWI-Prolog の始動と終了

＊＊始動操作
つぎの3通りがあります．

（１）たとえば sample.swi アイコンをクリックすると，SWI-Prolog が起動してプログラムが実行されます．

（２）prolog実行ファイル swipl-win.exe を起動後，
　　　　?- consult('sample.swi').　または ?- consult(sample).
　　　　拡張子を付けた場合は '...' （シングルコーテーションマーク）で囲みます．

（３）prolog実行ファイル swipl-win.exe を起動後，
　　　　?- ['sample.swi'].　または ?- [sample]
　　　　拡張子を付けた場合は '...' （シングルコーテーションマーク）で囲みます．

＊＊終了操作
halt命令で終了します．すなわち，
　　　　?- halt.
　　　　末尾の .(ピリオド)を忘れないように．

§８．対話形式によるSWI-Prolog の始動と終了

swipl-win.exe を起動すると，?- というプロンプトが現れます(この状態をトップレベルと呼ぶ)．
トップレベルからプログラムを直接実行する場合，

?-[user].
と入力すると，プログラムの入力待ち状態になります．もう一度 Enterキーを押す．ここで，例えばプログラム

p(X):- q(X).
q(a).

を入力した後、Ctrl-D(コントロールキー＋ D) を入力してトップレベル

?-

へ戻る．このとき，質問

?- p(a).

を入力して、リターン・キーを押すとtrue と表示され、次の質問入力待ち状態になります．
以上の遷移を以下に示します．

（１）起動直後

（２）データベース生成と質問状況

こうしたトップレベルからのプログラムの実行は，短いプログラムを１回限り走らせる場合
にはよいが，通常，長いプログラムを何回も走らせる場合は，先述の通りプログラムを別のファイル
に作成しておき，プログラムを実行する段階で読み込む方が便利です．

また、複数のファイルからプログラムを読み込む場合，例えば、prog1, prog2 という2 つ
のファイルのプログラムを読み込む場合は

?-[prog1,prog2].

のように操作します．

?- halt. で終了します．

§９．便利なコマンド
つぎのコマンドを利用すると便利な場合があります．

　　　　?- listing.　　　　　プログラムの内容を表示
　　　　?- chdir('...'). 　　ディレクトリの遷移
　　　　?- pwd.　　　　　　　カレントディレクトリの表示
　　　　?- ls. 　　　　　　　カレントディレクトリのファイル名表示

§１０．例題演習

（１）磯野家の家系図は次の通りです．Prologファイル isono.swi を作成してください．

----- isono.swi -----
% 節
male(namihei).
male(masuo).
male(katuo).
male(tara).

female(fune).
female(sazae).
female(wakame).

father_of(namihei, sazae).
father_of(namihei, katuo).
father_of(namihei, wakame).
father_of(masuo, tara).

mother_of(fune, sazae).
mother_of(fune, katuo).
mother_of(fune, wakame).
mother_of(sazae, tara).

% XはYの親である
% XがYの父親であるか、XがYの母親である
parent_of(X, Y) :- father_of(X, Y).
parent_of(X, Y) :- mother_of(X, Y).

% XはYの息子である
% YはXの親であり、かつXは男性である
suns_of(X, Y) :- parent_of(Y, X), male(X).

% XはYの娘である
% YはXの親であり、かつXは女性である
daughter_of(X, Y) :- parent_of(Y, X), female(X).

% XはYの祖父である
% ZはYの親であり、XはZの父である
grandfather_of(X, Y) :- parent_of(Z, Y), father_of(X, Z).

% XはYの祖母である
% ZはYの親であり、XはZの母
grandmother_of(X, Y) :- parent_of(Z, Y), mother_of(X, Z).

（２）データベース isono.swi の読み込み
　　　　?- [isono].

（３）次の質問をしてください．

?- male(X).
?- female(X).
?- father_of(X, Y).
?- mother_of(X, Y).
?- parent_of(X, sazae).
?- suns_of(X, sazae).
?- suns_of(X, fune).
?- daughter_of(X, Y).
?- grandfather_of(X, Y).
?- grandmother_of(X, Y).

§１１．おわりに
初歩の初歩～と題して説明しましたが，これから先は次を学習して頂ければ幸甚です．
　
　
　
＊参考サイト
　
お気楽Prologプログラミング入門
http://www.geocities.jp/m_hiroi/prolog/
(M.Hiroi's Home Page: 広井誠 (Makoto Hiroi)氏)

スポンサーサイト