lập trình logic và ràng buộc ( logic programming and constraint)

1

Lập trình logic và ràng buộc(Logic Programming and Constraint)

Ts. Lê Mạnh Hải

Khoa CNTT,

ĐH Kỹ thuật Công nghệ TP HCM

Bài 2: Kỹ thuật lập trình

• Mục tiêu:– Các kỹ thuật xử lý danh sách– Các phép toán– Xử lý CSDL– Nhập xuất qua tập tin

2

Xử lý danh sáchDanh sách (list) là cấu trúc dữ liệu quan trọng.

•Biểu diễn danh sách [X], [a,b,c], [], [Head|Tail].

•Các vị từ build-in (/doc/Manual/lists.html‘)– member(?Elem, ?List), delete(+List1, @Elem, -List2)

– append(?List1, ?List2, ?List1AndList2),

– select(?Elem, ?List1, ?List2)

– nextto(?X, ?Y, ?List), last(?List, ?Last)

– nth0(?Index, ?List, ?Elem), nth1(?Index, ?List, ?Elem)

– max_member(-Max, +List), min_member(-Max, +List),

– sum_list(+List, -Sum)

3

Kiểm tra hoạt động1 ?- member(3,[2,4,3,5]).

true .

2 ?- member([3],[2,4,3,5]).

false.

3 ?- member(3,[2,4,[3,2],5]).

false.

4 ?- member([3,_],[2,4,[3,2],5]).

true .

5 ?- member([3|T],[2,4,[3,2],5]).

T = [2] .

6 ?- delete([2,4,3,5],3,X).

X = [2, 4, 5].4

Kiểm tra hoạt động1 ?- append([2,4,5],[3,4,5,6],X).

X = [2, 4, 5, 3, 4, 5, 6].

4 ?- select(3,[2,3,4],X).

X = [2, 4] .

5 ?- last([a,f,d,b,c],X).

X = c.

Hãy tìm phần tử đứng thứ 3 trong danh sách

6 ?- nextto(3,X,[2,4,3,5,6]).

X = 5 .

Hãy tìm phần tử đứng trước số 4 trong danh sách sau

[3,5,4,6,8,4,7].

7 ?- sum_list([3,5,4,6,8,4,7],X).

X = 37.5

6

• Ví dụ1:

– Viết chương trình đếm số phần tử của 1 danh sách

size([],0).

size([H|T],N) :- size(T,N1), N is N1+1.

37 ?- size([a,3,d,4,v],X).

X = 5.

• Bài tập 1: tính tổng một danh sách (mysum)

Các phép tính số họcCác phép tính số học +,-,* và /.

Các phép so sánh <, >, =<, >=, =:= (equals), =\=

Ví dụ:

?- 5<7,integer(4).

true.

?- 4+3=:=7.

true.

7

Suy diễn lùi (BackTracking)

Chẳng hạn ta có định nghĩa vi từ bigger saubigger(N,M):-

N < M, write(‘The bigger number is ‘), write(M).

bigger(N,M):-

N > M, write(‘The bigger number is ‘), write(N).

bigger(N,M):-

N =:= M, write(‘Numbers are the same‘).

Bây giờ ta truy vấn

?- bigger(5,4).

Prolog làm gì?8

Tìm vị từ

?- bigger(5,4).

bigger(N,M):-

N < M,

write(‘The bigger number is ‘), write(M).

bigger(N,M):-

N > M,

write(‘The bigger number is ‘), write(N).

bigger(N,M):-

N =:= M,

write(‘Numbers are the same‘).

9

bigger(5,4).

bigger(5,4):-

5 < 4, fails

write(‘The bigger number is ‘), write(M).

bigger(N,M):-

N > M,

write(‘The bigger number is ‘), write(N).

bigger(N,M):-

N =:= M,

write(‘Numbers are the same‘).

10

Backtrack

11

|?- bigger(5,4).

bigger(N,M):-

N < M,

write(‘The bigger number is ‘), write(M).

bigger(5,4):-

5 > 4, succeeds, go on with body.

write(‘The bigger number is ‘), write(N).

bigger(N,M):-

N =:= M,

write(‘Numbers are the same‘).

Đến dấu chấm= thành công

12

Backtracking – Suy diễn lùi ?- bigger(5,5). If our query only matches the final clause

bigger(N,M):-

N < M,

write(‘The bigger number is ‘), write(M).

bigger(N,M):-

N > M,

write(‘The bigger number is ‘), write(N).

bigger(5,5):-

5 =:= 5,

write(‘Numbers are the same‘). Đã biết trước là không xảy ra.

Clauses should be ordered according to specificityMost specific at top Universally applicable at bottom

13

Đích trung gian

1) drinks(alan,beer).2) likes(alan,coffee).3) likes(heather,coffee).

4) likes(Person,Drink):-drinks(Person,Drink). Đích trung gian

5) likes(Person,Somebody):-likes(Person,Drink), đệ quy likes(Somebody,Drink).

Đệ quy

14

• Một mệnh đề đệ quy là mệnh đề đệ quy là mệnh đề sử dụng chính nó để định nghĩa nó.

• Một mệnh đề đệ quy sẽ bị lặp vô hạn nếu không có điều kiện thoát. Vì vậy phải có định nghĩa trường hợp cụ thể không đệ quy ngay trước mô tả đệ quy.

• Ví dụ: size([],0).

• Lập trình viên prolog thường sử dụng đệ quy gián tiếpa(X):-b(Y).

b([]) is 1. %điều kiện thoát đệ quy bên dưới

b(Y):-a(X).

Ví dụ 2: Bài toán tháp Hà nội

Đế đặt nằm ngang; các cột thẳng đứng. Các đĩa đặt theo thứ tự từ lớn đến nhỏ từ thấp lên cao; tạo nên một Tòa tháp. Trò chơi đòi hỏi di chuyển các đĩa, bằng cách đặt chúng vào cột bên cạnh, một đĩa trong một di chuyển, theo luật sau:I. -- Sau mỗi di chuyển, các đĩa đều nằm trên một, hai, hoặc ba cột, theo thứ tự từ lớn đến nhỏ từ thấp đến cao.II. -- Đĩa trên cùng của một trong ba cột đĩa được đặt vào cột rỗng.III. -- Đĩa trên cùng của một trong ba cột đĩa được đặt lên một cột đĩa khác, nếu đĩa này nhỏ hơn các đĩa của cột này.

15

Lưu đoạn code sau vao file hanoi.pl

move(1,X,Y,_) :-

write('chuyen dia tren cung tu '),

write(X), write(' sang '),write(Y), nl.

move(N,X,Y,Z) :- N>1, M is N-1, move(M,X,Z,Y), move(1,X,Y,_),move(M,Z,Y,X).

55 ?- [hanoi].

% hanoi compiled 0.00 sec, 1 clauses

true.

56 ?- move(5,giua,trai,phai).

chuyen dia tren cung tu giua sang trai

chuyen dia tren cung tu giua sang phai

chuyen dia tren cung tu trai sang phai16

Cắt “!”Giả sử có các vị từ a,b và c

a(X, Y) :- b(X), !, c(Y).

b(1). b(2). b(3).

c(1). c(2). c(3).

Truy vấn

?- a(Q,P). Sẽ hoạt động như thế nào

17

Cắt “!”

?- a(Q,P).

Q = P, P = 1 ;

Q = 1,

P = 2 ;

Q = 1,

P = 3.

vì có dấu ! (cut)18

Cắt “!”

• Cắt không làm thay đổi kết quả truy vấn

• Cắt chỉ giới hạn số phép quay lui khi điều kiện ngay trước đó đã được thỏa mãn.– Nhanh hơn– Chống đệ quy vô hạn

19

Bài tập 2Sắp xếp một danh sách theo thứ tự tăng dần.

• Bubble sort? QuickSort? MergeSort?

•Prolog “ưa” các giải thuật đệ quy => QS và MS dễ viết hơn!

20

Quicksortquicksort([X|Xs],Ys) :-  partition(Xs,X,Left,Right),  quicksort(Left,Ls),  quicksort(Right,Rs),  append(Ls,[X|Rs],Ys).quicksort([],[]).

partition([X|Xs],Y,[X|Ls],Rs) :-  X <= Y, partition(Xs,Y,Ls,Rs).partition([X|Xs],Y,Ls,[X|Rs]) :-  X > Y, partition(Xs,Y,Ls,Rs).partition([],Y,[],[]).

append([],Ys,Ys).append([X|Xs],Ys,[X|Zs]) :- append(Xs,Ys,Zs). 21

Mergesortmergesort([],[]).    /* covers special case */

mergesort([A],[A]).

mergesort([A,B|R],S) :-      split([A,B|R],L1,L2),    mergesort(L1,S1),    mergesort(L2,S2),    merge(S1,S2,S). split([],[],[]). split([A],[A],[]). split([A,B|R],[A|Ra],[B|Rb]) :-  split(R,Ra,Rb). merge(A,[],A). merge([],B,B). merge([A|Ra],[B|Rb],[A|M]) :-  A =< B, merge(Ra,[B|Rb],M).

merge([A|Ra],[B|Rb],[B|M]) :- 

A > B,  merge([A|Ra],Rb,M).

Truy vấn: ?- mergesort([4,3,6,5,9,1,7],S).

S=[1,3,4,5,6,7,9]

22

23

Bài tập

1. Viêt một chương trình để bỏ ba phần tử đầu của một danh sách.

2. Định nghĩa hai vị từ :

even_length( List ) và odd_length( List ) để kiểm tra số các phần tử của một danh sách là chẵn hay lẻ.

Ví dụ danh sách :

even_length([ a, b, c, d ]) là true

even_length([ a, b, c]) là false.

3. Viêt chương trình Prolog kiểm tra một danh sách có phải là một tap hợp con của một danh sách khác không ?

?- subset2([4,3],[2,3,5,4]).

Yes

4. Viết chương trình Prolog tìm phần tử lớn nhất và phần tủ nhỏ nhất trong một danh sách các số.

?- maxmin([3,1,5,2,7,3],Max,Min).

Max = 7

Min = 1

Yes

24

5. Viết chương trình Prolog kiểm tra hai danh sách có rời nhau không

?- disjoint([a,b,c],[d,g,f,h]).

Yes

?- disjoint([a,b,c],[f,a]).

No

6. Viết chương trình Prolog tìm phần tử X đầu tiên trong danh sách L

25

Bài kế tiếp

Cơ sở dữ liệu

Xuất nhập

26

Cơ sở dữ liệu

• Tổ chức cơ sở dữ liệu dưới dạng bảng

• Các bảng có mối liên kết (quan hệ ràng buộc)

• Ví dụ: ‘bảng’ individual

individual( tom, smith, date(7, may, 1960),

work(microsoft, 30000) ).

individual( ann, smith, date(9, avril, 1962),

inactive).

27

• ‘bảng’ family

family(individual(…), individual(…), [individual(…)]). Với ám chỉ ngôi 1 là chồng, ngôi 2 là vợ, ngôi 3 là danh sách các con.

family(individual( tom, smith, date(7, may, 1960),

work(microsoft, 30000) ),

individual( ann, smith, date(9, avril, 1962),inactive),

[ individual( roze, smith, date(16, june, 1991), inactive),

individual( eric, smith, date(23, march, 1993), inactive) ] ).husban( X ) :- % X là chồng

family( X , _ , _ ).

wife( X ) :- % X là vợ

family( _, X , _ ).

children( X ) :- % X là một người con,

family( _, _ , Children ), member( X, Children ). 28

Ta định nghĩa một số vị từ để tiện truy vấn

exist( Individual ) :- % mọi thành viên của gia dình

husban( Individual ) ;

wife( Individual ) ;

chidren( Individual ). % dấu ; là hoặc, dấu , là và!!!

dateofbirth( individual( _ , _, Date , _ ), Date ).

salary( individual( _ , _, _ , work( _ , S ) ), S ).

salary( individual( _ , _, _ , inactive ), 0 ).

Tại sao phải có 2 định nghĩa salary?

29

Truy vấn dữ liệu

Các lệnh truy vấn sau đây sẽ trả lại những thông tin gì?

?- exist( individual( Firstname, Lastname, _ , _ ) ).

?- chidren( X ), dateofbirth( X, date( _ , _ , 1991 )).

?- wife( individual( Firstname, Lastname, _ , work( _, _ ) ) ).

Hãy viết các lệnh truy vấn các thông tin sau:

1.Tìm những người sinh trước 1975 không có việc làm

2.Tìm những người sinh trước 1970 có thu nhập trên 10000

3.Tìm những gia đình có trên 3 người con.

30