A.o.Univ.Prof. Dr. Franz Hörmann1 PROgramming in LOGic Von Alain Colmerauer in Marseille entwickelt (70er Jahre) Standardwerk Programming in Prolog (Clocksin/Mellish)

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1 a.o.Univ.Prof. Dr. Franz Hörmann1 PROgramming in LOGic Von Alain Colmerauer in Marseille entwickelt (70er Jahre) Standardwerk Programming in Prolog (Clocksin/Mellish) Deklarative Sprache (Problem wird beschrieben, Interpreter sucht selbst nach Lösung) Keine Schleifen sondern Rekursion (Datentyp: Liste) ISO-Standard Viele unterschiedliche Implementationen Problem oftmals: Integration grafischer Oberflächen (dazu zumeist objektorientierte Spracherweiterungen)

2 a.o.Univ.Prof. Dr. Franz Hörmann2 PROgramming in LOGic Verwendete Version: SWI-Prolog (http://www.swi- prolog.org/)http://www.swi- prolog.org/ Programme bestehen aus Fakten und Regeln, die zur Laufzeit geändert werden können (auch Regeln können geladen, verändert oder gelöscht werden – selbstmodifizierende Programme AI) Lösungssuche durch Interpreter: Backtracking FRAGE: Können Programme jemals intelligent sein? Was wären die Kriterien?

3 a.o.Univ.Prof. Dr. Franz Hörmann3 PROgramming in LOGic EXPERTENSYSTEME: –Programme, die selbst Probleme lösen (wie menschliche Experten) –Programme, die menschliche Experten unterstützen Expert System Shell: –Benutzeroberfläche –Leere Fakten- und Regelbank –Schlußfolgerungsmechanismus (Inference Engine) – Knowledge Engineer

4 a.o.Univ.Prof. Dr. Franz Hörmann4 PROgramming in LOGic Beispiele erfolgreicher Expertensysteme: –PROSPECTOR (fand ein Molybdänvorkommen im Wert von über US-$ 100 Mio) –R1 (konfigurierte VAX-Computersysteme) –DENDRAL (chemische Strukturanalysen) –CADUCEUS (Expertenwissen über interne Medizin) –PUFF (Expertensystem zur Diagnose von Lungenkrankheiten)

5 a.o.Univ.Prof. Dr. Franz Hörmann5 PROgramming in LOGic Facts: –fact(a, b, c). Rules: –rule(A, B, C) :- rule1(A, B, C), rule2(A, B, C). Queries (Goal): –?-rule(A, B, C). Variablen beginnen mit Großbuchstaben oder _

6 a.o.Univ.Prof. Dr. Franz Hörmann6 PROgramming in LOGic SWI-Prolog: –File/Consult Program1.pl –likes/2: Prädikat (predicate) von der Stelligkeit 2 (arity 2) –Wer liebt Erdbeeren? –?- likes(X,strawberry). –X wird nach Suche in der Faktenbank gebunden (instantiated)

7 a.o.Univ.Prof. Dr. Franz Hörmann7 PROgramming in LOGic Program2.pl –Ausgabe der Lösung mittels write Program2a.pl (verbesserte Ausgabe) Program2b.pl (wer liebt was? Durch fail wird die Suche wiederholt = Backtracking ausgelöst) Program2c.pl (fehlerhafte Programmänderung Variable X kann nicht gebunden werden!

8 a.o.Univ.Prof. Dr. Franz Hörmann8 PROgramming in LOGic Program3a.pl (kommt man von Raum a2 nach Raum a5?) –trace,r(a2,a5). –Goal ändern: r(a1, a5). –Funktioniert ebenfalls

9 a.o.Univ.Prof. Dr. Franz Hörmann9 PROgramming in LOGic Program3a.pl (Endlosschleife!) –Goal r(a5,a1) testen –trace, r(a5,a1) –Mittels Taste a abbrechen! (jedem) Prolog fehlt (noch) Loop-Check Function! Program3b.pl (Fakten wurden in c(a1, a2) umbenannt!) –r(a5,a1). –No funktioniert problemlos!

10 a.o.Univ.Prof. Dr. Franz Hörmann10 PROgramming in LOGic Datenstrukturen: Terme Ein Term besteht aus einem Funktor und einem oder mehreren Argumenten –functor(arg1, arg2,...). Auch Regeln (rules) sind Terme (terms)! Program4.pl (arithmetische Prädikate) Program4a.pl (allgemeingültige Version unter Verwendung des Ungleich-Prädikats)

11 a.o.Univ.Prof. Dr. Franz Hörmann11 PROgramming in LOGic Program5.pl (Verwendung von Listen: r(X,Y) geht X in der Liste Y voran?)

12 a.o.Univ.Prof. Dr. Franz Hörmann12 PROgramming in LOGic Program6.pl (Modifikation der Datenbank zur Laufzeit: assert, retract) –?- add_between(b1, a2, a3) funktioniert! –Danach: –?- remove_between(b1, a2, a3) funktioniert NICHT (Datenbank wird zu Beginn wieder mit den URSPRÜNGLICHEN Fakten geladen, d.h. ohne b1!!) Program6.pl (ein Element am Anfang einfügen: add_first)

13 a.o.Univ.Prof. Dr. Franz Hörmann13 PROgramming in LOGic Program7.pl (Einsatz des Prädikats not) –Fragen wie ?-tier(hund) sind möglich, aber auch Generatoren wie –?-tier(X),write(X),write(" ist ein Tier"),nl. Program7a.pl –Fragen wie ?-tier(hund) funktionieren, aber –?-tier(X),write(X),write(" ist ein Tier"),nl. sind nun NICHT MÖGLICH (im Prädikat not können keine Variablen gebunden werden!!) Program7b.pl –Andere Möglichkeiten not darzustellen, Generatoren nicht darstellbar!

14 a.o.Univ.Prof. Dr. Franz Hörmann14 PROgramming in LOGic Program8.pl (einfache Arten der Wissensrepräsentation) –?- X(lassie), write(X), nl. in SWI-Prolog leider nicht möglich! Program9.pl (Mitarbeiterdatenbank) Program10.pl (Kundendatenbank) –Es wird nur ein relevanter Kunde gefunden Program10a.pl –Nun werden alle relevanten Kunden gefunden! Program10b.pro –Wie Program10a.pro, aber ohne No am Ende

15 a.o.Univ.Prof. Dr. Franz Hörmann15 PROgramming in LOGic Program11.pl (Prädikate zur Listenverarbeitung) –?- member(c,[a,b,c,d]). –?- member(X,[a,b,c,d]),write(X),nl,fail. –?- append([1,2,3],[4,5],X),write_list(X). –?- append([1,2,3],X,[1,2,3,4,5]),write_list(X). Program11.pl (vollständige Zerlegung einer Liste in zwei Teil-Listen mittels append)

16 a.o.Univ.Prof. Dr. Franz Hörmann16 PROgramming in LOGic Program12.pl (verschachtelte Listen) Program13.pl (Anwendung verschachtelter Listen: Einkaufsbummel) Program14.pl (Arithmetische Listen- und andere Prädikate)

17 a.o.Univ.Prof. Dr. Franz Hörmann17 PROgramming in LOGic Program15.pl (Darstellung eines semantischen Netzwerks zum Liebesleben) –?-likes(mary,john). –?-likes(mary,X), write(X), nl. –?-likes(X,Y), dislikes(Y,X), write(Poor ), write(X), nl. –?-likes(X,Y), dislikes(Y,X), write(Poor ), write(X), nl, fail. –FRAGE: Wer wird von Anne nicht gemocht und beneidet jemanden, den Anne mag?

18 a.o.Univ.Prof. Dr. Franz Hörmann18 PROgramming in LOGic Program15a.pl –Allgemeingültige Formulierung von envies/2. Program15b.pl (Strukturiertes Wissen mit verschachtelten Termen) –?-knows(john,X),write(X),nl. –?-knows(john,likes(anne,X)),write(X),nl. –?-is_a(john,person). –?-is_a(john,man).

19 a.o.Univ.Prof. Dr. Franz Hörmann19 PROgramming in LOGic Program16.pl (Klassifizierte Fähigkeiten) –?-can(dolphin,swim). –Modifizieren, damit das stimmt (auch alle anderen Fakten ergänzen!) –FRAGE: Ein neues Säugetier wurde entdeckt – das Quirn. Was wissen wir alles über das Quirn? Woher wissen wir es? Wie sieht eine Prolog-Datenbank dazu aus?

20 a.o.Univ.Prof. Dr. Franz Hörmann20 PROgramming in LOGic Program16a.pl selbst erstellen nach folgenden Regeln: –If a patient is sweating and has high temperature then the patient has a fever. –If the patient has a fever and a cough then the patient has the flu. –If the patient has a rash and a fever then the patient has chicken-pox. –If the patient has the flu then go to bed and take aspirin. –If the patient has chicken-pox then keep away from other people and go to bed.

21 a.o.Univ.Prof. Dr. Franz Hörmann21 PROgramming in LOGic Anwendung dieser Regeln von links nach rechts forward chaining (aus Indizien werden Schlüsse gezogen) Zweite Möglichkeit: die Regeln von rechts nach links anwenden Vermutungen werden (durch Fakten) bewiesen = backward chaining Die meisten Expertensysteme wenden beide Techniken an.

22 a.o.Univ.Prof. Dr. Franz Hörmann22 PROgramming in LOGic Program17.pl (Infektionsgefahr!) –?-infect(john,X). –?-infect(X,Y). –?-infect(mary,X). –Im Trace-Modus beobachten! Program18.pl (Expertensystem zur Tiererkennung) –Wird mittels ?-recognize(animal). gestartet Program18.pl (Erweiterte Version – erklärt die Schlußfolgerung) –Wo muß der Term explain(List) eingebaut werden?

23 a.o.Univ.Prof. Dr. Franz Hörmann23 PROgramming in LOGic Prolog-Versionen im Internet –SWI-Prolog: http://www.swi-prolog.org/http://www.swi-prolog.org/ –Strawberry Prolog: http://www.dobrev.com/http://www.dobrev.com/ –Trinc-Prolog: http://www.trinc-prolog.com/http://www.trinc-prolog.com/ –BinProlog: http://www.binnetcorp.com/http://www.binnetcorp.com/ –Visual Prolog: http://www.visual-prolog.com/http://www.visual-prolog.com/ –Amzi Prolog: http://www.amzi.com/http://www.amzi.com/ –Arity Prolog: http://www.arity.com/http://www.arity.com/ –LPA Prolog: http://www.lpa.co.uk/http://www.lpa.co.uk/ Ausführlichere Liste: –Logic Programming Archive: http://archive.comlab.ox.ac.uk/logic-prog.html http://archive.comlab.ox.ac.uk/logic-prog.html