PROGRAMOWANIE LOGICZNE: CHARAKTERYSTYKA I PRZYKŁADY - TECHNOLOGIA - 2026

Programowanie logiki to paradygmat programowania, który korzysta z układów logicznych, a nie tylko do kontroli funkcji matematycznych, jak fakty i reguły są ustawione.

Zamiast starannie ustrukturyzowanego przepływu sterowania, który dyktuje, kiedy wykonać i jak ocenić wywołania funkcji lub inne instrukcje, reguły logiczne programu są zapisywane jako klauzule lub predykaty logiczne.

Przykłady programowania logicznego w Prologu. Źródło: Autor: Kuldeepsheoran1 - zrzut ekranu, CC BY-SA 3.0, wikimedia commons

To podejście, które jest często stosowane w programowaniu genetycznym i ewolucyjnym, generalnie mówi modelowi, jaki cel ma osiągnąć, a nie jak go osiągnąć.

Każda reguła zawiera nagłówek i treść ze sformalizowaną logiką, a nie wykonywalną funkcję matematyczną. Na przykład „I jest prawdą (nagłówek): jeśli C1, C2 i C3 są prawdziwe (treść)”. Fakty lub wyniki są wyrażane bez treści, na przykład „I to prawda”.

Jednak w przypadku niektórych języków programowania, takich jak Prolog, można również uwzględnić programowanie imperatywne, aby powiedzieć modelowi, jak rozwiązać określone problemy. Na przykład „Aby rozwiązać Y, dodaj C1, C2 i C3”.

Charakterystyka programowania logicznego

Programowanie logiczne znacznie różni się od innych istniejących strategii programowania. Zamiast wydawać instrukcje komputerowi z programem, ustanawiane są relacje między obiektami. W ten sposób komputer może rozumować te relacje, a tym samym osiągać logiczne rozwiązania.

W programie logicznym istnieją dwa główne zestawy kodu: fakty i reguły. Reguły stosuje się do faktów w celu uzyskania wiedzy o środowisku.

Prawda i logiczna dedukcja

Programy logiczne można rozszyfrować za pomocą dwóch ważnych pojęć: prawdy i logicznej dedukcji. Prawda wychodzi na jaw, czy obliczenia w programie są prawdziwe, czy nie, po wdrożeniu symboli programu. Odliczenie logiczne określa, czy klauzula logiczna jest konsekwencją programu.

Instrukcje te zawsze będą interpretowane jako zdania i klauzule logiczne, a wynik ich wykonania będzie logiczną konsekwencją zawartych w nich obliczeń.

Logika pierwszego rzędu

Jest pochodną logiki zdań. Zastanów się, czy obiekty są prawdziwe, czy fałszywe z częściowej perspektywy świata, zwanej domeną. Programowanie logiczne opiera się na uogólnieniu logiki pierwszego rzędu.

Ta logika składa się ze składni i semantyki. Składnia to formalny język używany do wyrażania pojęć. Z drugiej strony semantyka formuł logicznych pierwszego rzędu wskazuje, jak określić prawdziwą wartość dowolnej formuły.

Ta logika jest oparta na alfabecie i języku pierwszego rzędu, a także na zestawie aksjomatów i reguł wnioskowania.

Forma clausalna

Jest to podzbiór logiki pierwszego rzędu. Ma znormalizowaną postać, w której instrukcja jest zdefiniowana przez uniwersalny przedrostek lub łańcuch uniwersalnych kwantyfikatorów oraz dowolny zestaw kwantyfikatorów w klauzuli.

Podczas wysyłania zapytania do programu zostanie uwzględniona treść klauzuli, której nagłówek może się pokrywać. To jest to samo, co stosowanie reguły wnioskowania w logice.

Jako krok w wnioskowaniu wybiera się dwie klauzule, które mają taką właściwość, że jedna zawiera rozłączny X (literał dodatni), a druga zawiera rozłączny ¬X (literał ujemny). Te kompromisy są znane jako komplementarne.

Z tych dwóch początkowych klauzul budowana jest nowa klauzula rozstrzygająca, używając wszystkich literałów, z wyjątkiem tych uzupełniających.

Sztuczna inteligencja

Programowanie logiczne jest metodologią używaną do wnioskowania przez komputery, ponieważ jest przydatna do reprezentowania wiedzy. Logika służy do reprezentowania wiedzy i wnioskowania, aby ją obsłużyć.

Logika używana do przedstawiania wiedzy to forma klauzuli. Jest używany, ponieważ logika pierwszego rzędu jest dobrze rozumiana i może reprezentować wszystkie problemy obliczeniowe.

Prolog to język programowania oparty na ideach programowania logicznego. Ideą Prologu jest sprawienie, by logika wyglądała jak język programowania.

Przykłady programowania logicznego

Przykład 1

- Fakt: Rubí to kot.

- Zasada: wszystkie koty mają zęby.

- Konsultacja: Czy Rubí ma zęby?

- Wniosek: tak.

Zasadę „wszystkie koty mają zęby” można zastosować do Rubiego, ponieważ istnieje fakt, że „Ruby to kot”. Ten przykład nie jest napisany z żadną składnią dla prawdziwego języka programowania.

Przykład 2

Ten przykład można zobaczyć w Prologu, ponieważ jest to jeden z najpopularniejszych języków programowania logiki:

- kobiecy (alissa).

- męski (bobby).

- męski (carlos).

- kobiecy (doris).

- son_of (doris, carlos).

- son_of (carlos, bobby).

- son_of (doris, alissa).

- ojciec_of (K, P): - piesek (K), syn_of (K, K).

Ten program staje się trudny do odczytania, ponieważ Prolog znacznie różni się od innych języków. Dowolny komponent kodu, który przypomina „żeński (alisa)”. to jest fakt.

Jedna zasada to „ojciec_z (K, P): - mężczyzna (K), dziecko_ (K, K)”. Symbol „: -” można odczytać jako „jest prawdą, jeśli”. Wielkie litery oznaczają, że zmienne można zastosować do dowolnego obiektu, więc F może oznaczać carlos, doris, alissa lub bobby. Ten kod można przetłumaczyć jako:

- Alissa jest kobietą.

- Bobby to mężczyzna.

- Carlos to mężczyzna.

- Doris jest kobietą.

- Doris jest córką Carlosa.

- Carlos jest synem Bobby'ego.

- Doris jest córką Alissy.

- «F jest ojcem P» jest prawdą, jeśli F jest mężczyzną i jeśli P jest synem F.

Pytanie

Załóżmy, że chcesz zapoznać się z programem, aby uzyskać więcej informacji. Możesz wyszukiwać, pytając, z kim jest ojciec Bobby :? - father_of (bobby, X). System wskaże następującą odpowiedź: X = Carlos.

W tym przypadku przekazywana jest relacja, w której jedna z jej wartości jest zmienną. To, co zrobił Prolog, polegało na zastosowaniu różnych obiektów do tej relacji, aż jeden z nich był logicznie solidny.

Jedynym ojcem Carlosa jest Bobby, a Bobby jest mężczyzną. To spełniało regułę „ojciec_z (F, P): - męski (K), syn_z (P, K)”. Kiedy X równa się „carlos”, logika jest rozsądna.

Inne zapytania

Do Prologu można skierować inne, bardziej ogólne zapytania, które powodują, że system generuje wiele wyników:

-? - parent_of (Parent, Child).

- Ojciec = bobby

- Dziecko = Carlos

- Ojciec = Carlos

- Dziecko = doris

Jak widzieliśmy, programowanie logiczne nie wymaga posiadania informacji, że alissa czy bobby są ludźmi, aby uzyskać wiedzę o nich. W rzeczywistości nie jest konieczne wskazywanie, że istnieje pojęcie zwane osobą.

W większości nielogicznych języków programowania należałoby najpierw zdefiniować te pojęcia, zanim będzie można pisać programy przetwarzające informacje o ludziach.

Bibliografia

1. Głęboka AI (2020). Programowanie logiczne. Zaczerpnięte z: deepai.org.
2. Wikiversity (2020). Teoria języków programowania / Programowanie logiczne. Zaczerpnięte z: en.wikiversity.org.
3. Imperial College London (2006). Programowanie logiczne. Zaczerpnięte z: doc.ic.ac.uk.
4. Jia-Huai You (2020). Wprowadzenie do programowania logicznego. Uniwersytet Alberty. Zaczerpnięte z: eng.ucy.ac.cy.
5. C2 Wiki (2020). Programowanie logiczne. Zaczerpnięte z: wiki.c2.com.