Table Of ContentLeitfäden der angewandten Informatik
Schreiner: SYltemprogrammlerungln UNIX
Teil 1: Werkzeuge. 315 Seiten. Kart. DM 48,
Teil 2: Techniken. 408 Seiten. Kart. DM 58,-
Singer: Programmieren In der Praxll
2. Aufl. 178 Seiten. Kart. DM 28,80
Specht: APL-Praxll
192 Seiten. Kart. DM 24,80
Vetter: Aufbau betrieblicher InformatlonllYlteme
mlnell konzeptioneller Datenmode"'erung
2. Aufl. 317 Seiten. Kart. DM 38,-
Weck: Datenllcherhelt
328 Seiten. Gab. DM 44,-
Wingert: Medizinische InformaUk
272 Seiten. Kart. DM 25,80
WiBkirchen et al.: Informatlonltechnlk und BOrolpteme
255 Seiten. Kart. DM 28,80
Wolf!Unkelbach: InformatIonimanagement In Chemie und Pharma
244 Seiten. Kart. DM 34,-
Zehnder: InformatlonlQlleme und Datenbanken
255 Seiten. Kart. DM 32,-
Zehnder: Informatlk-ProJektentwlcklung
223 Seiten. Kart. DM 32,-
LelHäden und Monographien der Informatik
Brauer: AutomatentheorIe
493 Seiten. Geb. DM 58,-
Messerschmidt: L1ngullUsche Datenverarbeitung mit Comlkee
207 Seiten. Kart. DM 38,-
Pflug: StochalUsche Modelle In der Informatik
272 Seiten. Kart. DM 38,-
Richter: Betrlebupteme
2., neubearbeitete und erweiterte Auflage
303 Seiten. Kart. DM 38,-
Wirth: Algorithmen und Datenetrukturen
Pascal-Version
3., überarbeitete Auflage
320 Seiten. Kart. DM 38,-
Wirth: Algorithmen und Datenltrukturen mit Modula -Z
4., überarbeitete und erweiterte Auflage
299 Seiten. Kart. DM 38,-
Prelainderungen vorbehalten
B.G.TeubnerStuUgart
Leitfäden der angewandten Informatik
H. Kleine Büning / S. Schmitgen
PROLOG
Leitfäden der angewandten Informatik
Unter beratender Mitwirkung von
Dr. Hans-Jürgen Appelrath, Zürich
Dr. Hans-Werner Hein, St. Augustin
Dr. Rolf Pfeifer, Zürich
Dr. Johannes Retti, Wien
Prof. Dr. Michael M. Richter, Kaiserslautern
herausgegeben von
Prof. Dr. Lutz Richter, Zürich
Prof. Dr. Wolffried Stucky, Karlsruhe
Die Bände dieser Reihe sind allen Methoden und Ergebnissen der In
formatik gewidmet, die für die praktische Anwendung von Bedeutung
sind. Besonderer Wert wird dabei auf die Darstellung dieser Methoden
und Ergebnisse in einer allgemein verständlichen, dennoch exakten und
präzisen Form gelegt. Die Reihe soll einerseits dem Fachmann eines ande
ren Gebietes, der sich mit Problemen der Datenverarbeitung beschäftigen
muß, selbst aber keine Fachinformatik-Ausbildung besitzt, das für seine
Praxis relevante Informatikwissen vermitteln; andererseits soll dem Infor
matiker, der auf einem dieser Anwendungsgebiete tätig werden will, ein
Überblick über die Anwendungen der Informatikmethoden in diesem Ge
biet gegeben werden. Für Praktiker, wie Programmierer, Systemanalytiker,
Organisatoren und andere, stellen die Bände Hilfsmittel zur Lösung von
Problemen der täglichen Praxis bereit; darüber hinaus sind die Veröffentli
chungen zur Weiterbildung gedacht.
PROLOG
Grundlagen und Anwendungen
Von Dr. rer. nat. Hans Kleine Büning
Professor an der Universität Karlsruhe
und Dipl.-Wi.-Ing. Stefan Schmitgen
Universität Karlsruhe
Mit zahlreichen Abbildungen, Tabellen
und Programmbeispielen
B. G. Teubner Stuttgart 1986
Prof. Dr. rer. nat. Hans Kleine Büning
1948 geboren in Innsbruck. Von 1970 bis 1975 Studium der Mathematik und
Mathematischen Logik in Münster; 1977 Promotion in Mathematischer Logik
bei Prof. Dr. D. Rödding. Von 1976 bis 1982 wiss. Assistent am Institut für
Mathematische Logik und Grundlagenforschung der Universität Münster.
1981 Habilitation im Fach Mathematik. Seit 1982 Professor für Angewandte
Informatik an der Universität Karlsruhe.
Dip\.-Wi.-Ing. Stefan Schmitgen
1961 geboren in Heidelberg. Von 1981 bis 1986 Studium des Wirtschaftsinge
nieurwesens an der Universität Karlsruhe; 1986 Diplom in Wirtschaftsinge
nieurwesen.
CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek
Kleine Büning, Hans:
PROLOG: Grundlagen u. Anwendungen I
von Hans Kleine Büning u. Stefan Schmitgen. - Stuttgart: Teubner, 1986.
(Leitfäden der angewandten Informatik)
ISBN 978-3-519-02484-2 ISBN 978-3-322-92747-7 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-322-92747-7
NE: Schmitgen, Stefan:
Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung
außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlages
unzulässig und strafbar. Das gilt besonders für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikrover
filmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen.
© B. G. Teubner Stuttgart 1986
Gesamtherstellung: Zechnersche Buchdruckerei GmbH, Speyer
Umschlaggestaltung: M. Koch, Reutlingen
Vorwort
Die Programmiersprache PROLOG hat in den letzten Jahren, nicht zuletzt durch zahl
reiche Anwendungen im Bereich der Expertensysteme und der natürlichsprachlichen Ver
arbeitung, immer mehr an Bedeutung gewonnen. Gegenüber prozeduralen Programmier
sprachen, wie z.B. Pascal, in denen Verfahren zur Lösung eines Problems programmiert
werden müssen, besteht Programmieren in PROLOG im Prinzip aus einer Beschreibung
des Problems. Daraus ergeben sich natürlich ganz andere Methoden und Schwierigkeiten
beim Entwurf eines Programms.
Dieses Buch ist aus Vorlesungen an der Universität Karlsruhe entstanden. Aus den dabei
gemachten Erfahrungen resultiert auch der Aufbau des Buches. Zuerst werden einfache
Programme und Konstrukte in Prolog vorgestellt, um den Leser mit der Vorgehensweise
bei der Programmierung in PROLOG vertraut zu machen. Nach einem Exkurs über
Grundlagen der Logik schließt sich ein Kapitel über die Syntax der Sprache an, wobei
wir uns an der Syntax von C-Prolog orientiert haben. Bevor dann eine ausführliche
Darstellung der wichtigsten Built-in-Prädikate mit Beispielen stattfindet, wird auf den
Ablauf bei der Lösungssuche in PROLOG eingegangen.
Die Anwendungen sind in zwei Bereiche aufgeteilt. Zum einen werden relativ kurze Bei
spiele über Mengen, Parser, Spiele, Logik und Mathematik vorgestellt und zum anderen
ist den Expertensystemen ein ganzes Kapitel gewidmet. Hierbei geht es weniger um
eine Vorstellung und allgemeine Diskussion solcher Systeme, sondern um die Entwick
lung einer Shell für die Implementation von Expertensystemen. Im Anha.ng befindet sich
dann, bis auf ein Modul für die Wissenserfassung, das vollständige Programm für diese
Entwicklungsumgebung.
Wir haben uns entschlossen, einen Exkurs über die elementare Prädikatenlogik mit auf
zunehmen, um zu verdeutlichen, warum PROLOG als Abkürzung für PROgramming in
LOGic steht. Ferner zeigt unsere Erfahrung, daß ein gewisses Maß an Kenntnissen der
Logik für die Umsetzung eines Problems in ein Programm sehr hilfreich sein kann.
Die in diesem Buch enthaltenen Beispiele und Programme sind in C-Prolog, Version
1.5 Aug.85 des Instituts für Informatik I der Universität Karlsruhe, unter UNIX auf
einem NCR-Tower 1632 geschrieben worden. In anderen PROLOG-Versionen und unter
anderen Betriebssystemen wird das eine oder andere etwas geändert werden müssen.
Soweit es eben ging, haben wir dies in den Beispielen deutlich gemacht.
Zum Abschluß gilt unser Dank Frau M. Stanzel und Herrn St. Ciecior für das Erstellen
der Druckvorlage in TEX, Herrn Th. Lettmann für die hilfreichen Kommentare und
Herrn A. Flögel für die kritische Durchsicht des Manuskripts.
Karlsruhe, im März 1986
H. Kleine Büning S. Schmitgen
Inhaltsverzeichnis
1 Einführung 13
2 Einfache Konstrukte und Programme in Prolog 15
2.1 Fakten 16
2.2 Fragen 19
2.3 Regeln 27
2.4 Exkurs: Arbeiten mit einem Prolog-Interpreter 31
3 Elementare Prädikatenlogik 35
3.1 Aussagenlogik 35
3.1.1 Begriffe 35
3.1.2 Äquivalenz von Syntax und Semantik 39
3.1.3 Normalformen 43
3.1.4 Resolution 45
3.2 Prädikatenlogik 54
3.2.1 Syntax 54
3.2.2 Semantik 56
3.2.3 Äquivalenz von Syntax und Semantik 58
3.2.4 Normalformen 60
3.2.5 Resolution 63
3.2.6 Herbrand-Modelle 68
4 Die Syntax von Prolog 70
4.1 Die Beschreibung der Metasprache 70
4.2 Prolog-Daten typen 71
4.2.1 Atome 72
4.2.2 Zahlentypen 73
4.2.3 Variablen 74
4.3 Strukturen 74
4.4 Prolog-Programm 76
4.5 Die Datentypen Term und Liste 77
5 Ablauf der Lösungssuche in Prolog 79
5.1 Lösungsverfahren 79
5.2 Trace, Boxenmodell 85
5.3 Rekursion 88
5.4 Besonderheiten bei einigen prozeduralen
Built-in-Prädikaten 90
5.5 fall 93
8 Inhaltsverzeichnis
5.6 true 94
5.7 repeat 94
5.8 not 95
5.9 Der Cut 97
6 Built-in-Prädikate und Built-in-Operatoren 102
6.1 Input/Output 102
6.1.1 Output 103
6.1.2 Input 105
6.2 Arithmetik 110
6.3 Vergleich 116
6.3.1 Vergleich von Termen 116
6.3.2 Vergleich von Zahlen 120
6.4 Listen und Listenmanipulation 123
6.4.1 Notation 123
6.4.2 Built-in-Prädikate für Listen 127
6.4.3 Kleine Programme mit Listen 133
6.4.4 Sortieren von Listen 139
6.4.5 ASCII-Listen 142
6.5 Termklassifizierung 146
6.6 Aufbau von Strukturen, Definition von Operatoren 148
6.6.1 Aufbau von Strukturen 148
6.6.2 Definition von Operatoren 154
6.7 Programmkon trolle 162
6.7.1 Ablaufsteuerung 162
6.7.2 Debugger 164
6.8 Filehandling 169
6.8.1 Schreiben auf Dateien 169
6.8.2 Lesen von Dateien 171
6.8.3 Allgemeine Prädikate zur Dateibearbeitung 173
6.9 Manipulieren der Datensammlung 175
6.9.1 Programm-Datensammlung 175
6.9.2 Inhalt der Programm-Datensammlung 181
6.9.3 Interne Datensammlung 184
6.9.4 Programmstatus 189
6.10 Sammeln von Antworten 192
6.11 Benutzen von Betriebssystembefehlen 198
7 Anwendungen 201
7.1 Mengen 201
7.2 Parser 204
7.3 Spiele 209
Inhaltsverzeichnis 9
7.3.1 Nimm 209
7.3.2 Siebzehn und Vier 211
7.4 Logik 217
7.4.1 Transformation in Prolog-Form 217
7.4.2 Syntaktische Transformation 218
7.4.3 Beschränkte Quantoren 227
7.4.4 Query und Insert für Teile der Aussagenlogik 229
7.4.5 Erkennen von Zyklen 232
7.5 Mathematik 234
7.5.1 Umwandlung der p-adischen ZahlendarsteIlung in die
Dezimaldarstellung 234
7.5.2 Quadratische Kongruenz 234
8 Expertensysteme 236
8.1 Der Begriff des Expertensystems 236
8.2 Die Struktur eines Expertensystems 238
8.3 Die Realisierung eines Expertensystems in Prolog 241
8.3.1 Struktur und Aufbau 241
8.3.2 Merken von Antworten, Lösungsweg und benutzten Regeln 243
8.3.3 Die Fragekomponente 245
8.3.3.1 Das Grundgerüst der Fragekomponente 245
8.3.3.2 Hilfefunktionen der Fragekomponente 247
8.3.3.3 Rückgängigmachen einer Antwort 250
8.3.4 Die Wissensrepräsentation 252
8.3.4.1 Einstufige Regelsysteme 253
8.3.4.2 Mehrstufige Regelsysteme 255
8.3.4.3 Besonderheiten bei möglichen Mehrfachlösungen 257
8.3.4.4 Allgemeine Form der Wissensrepräsentation 259
8.3.5 Die Erklärungskomponente 259
8.3.5.1 Ausgabe aller Fragen und Antworten 260
8.3.5.2 Ausgabe aller getesteten und erfolgreichen Regeln 260
8.3.5.3 Ausgabe der falsifizierten Regeln 261
8.3.5.4 Warum eine mögliche Lösung keine Lösung ist 262
8.3.6 Der Rahmen für die einzelnen Komponenten 264
8.3.7 Einbinden von Datenbankaufrufen und Programmen 270
8.3.8 Abänderungen und Erweiterungsmöglichkeiten 272
10 Inhaltsverzeichnis
Anhang 273
A Die Syntax von Prolog 273
B Built-in-Prädikate 276
C Realisierung eines Expertensystems 280
C.l Die Schale des Expertensystems 280
C.2 Beispiel" Autosuche" 290
D Anpassung von Regeln an die Schale des Expertensystems 296
D.l Die Regeldatei 297
D.2 Die Datei mit den Erklärungen 299
Literaturverzeichnis 300
Stichwortverzeichnis 301
Description:Die Programmiersprache PROLOG hat in den letzten Jahren, nicht zuletzt durch zahl reiche Anwendungen im Bereich der Expertensysteme und der natürlichsprachlichen Ver arbeitung, immer mehr an Bedeutung gewonnen. Gegenüber prozeduralen Programmier sprachen, wie z.B. Pascal, in denen Verfahren
