Prolog中的“谁是理发师”逻辑谜题

时间:2012-04-22 12:52:17

标签: prolog puzzle prolog-dif

我正在阅读Raymond Smullyan的“嘲笑模仿鸟”。书中有一个类似的谜题:

  

这个故事与塞维利亚之间有任何相似之处   西班牙着名的塞维利亚(实际上没有)是纯粹的   巧合。在这个神秘的塞维利亚小镇,男性居民戴着假发,只有他们感觉喜欢的那些日子。没有两个居民在所有日子里都表现得一样;也就是说,如果任何两个男性居民,至少有一天他们中的一个戴着假发,而另一个则没有。   鉴于任何男性居民X和Y,居民Y说   成为X的追随者如果在X的所有日子都戴着假发。   此外,如果有居民X,Y和Z,则说居民Z.   如果Z在所有日子都戴着假发,那么要成为X和Y的追随者   X和Y都可以。

     

其中五名居民被命名为Alfredo,Bernardo,Ben-   伊索,罗伯托和拉马诺。以下事实是已知的   关于他们:

     

事实1 ......贝尔纳多和贝尼托在他们的假发 - 穿着 - 相反   习惯;也就是说,在任何一天,其中一个戴着假发   而另一个则没有。

     事实2:罗伯托和拉马诺同样是对立的。

     

事实3:拉马诺戴着假发,只有那些日子   当阿尔弗雷多和贝尼托都戴上一件。

     

塞维利亚只有一名理发师,以下是事实   了解他:

     事实4:贝尔纳多是阿尔弗雷多和理发师的追随者。

     

事实5:鉴于任何男性居民X,如果Bernardo是一个人   阿尔弗雷多和X的较低者,然后理发师是X的追随者   单独。

     

阿尔弗雷多只穿黑色假发;贝尔纳多只穿白色   假发;贝尼托只穿灰色假发;罗伯托只穿红色   假发;而Ramano只戴着棕色假发。

     一个复活节早晨,理发师戴着假发。   他穿的是什么颜色?

我发现在Prolog中解决这个问题会很有趣,但我很早就陷入了困境:

isOpposite( bernardo, benito   ).
isOpposite( benito  , bernardo ).
isOpposite( roberto , ramano   ).
isOpposite( ramano  , roberto  ).

wears( alfredo , black ).
wears( bernardo, white ).
wears( benito  , gray  ).
wears( roberto , red   ).
wears( ramano  , brown ).

whatWearsTheBarber( WigColor ) :-
  member( Barber, [ alfredo, benito, bernardo, roberto, ramano ] ),
  wears( Barber, WigColor ).

我不知道如何有效地编码有人跟随其他人并且我不知道如何基于该信息进行推理。我已经跟踪了Prolog中其他一些逻辑难题的解决方案,但我无法找到解决方案。

编辑:以下是从Smulyan的书中复制的解决方案:

  

第一步:首先,我们证明罗伯托是一个追随者   理发师。

     

好吧,考虑理发师戴假发的任何一天。   要么阿尔弗雷多当天戴假发,要么他不戴假发。假设   阿尔弗雷多呢。然后贝尔纳多当天也戴着假发,   因为贝尔纳多是阿尔弗雷多和理发师的追随者。所以   贝尼托当天不能戴假发,因为他正好相反   到贝尔纳多。那天拉马诺不能戴假发,   因为他只在阿尔弗雷多和阿尔弗雷多的那些日子戴假发   贝尼托都这样做了,贝尼托在这一天也没有。以来   拉马诺在这一天不戴假发,罗伯托必须,   因为罗伯托与拉马诺相对。这证明了   如果阿尔弗雷多也这样,理发师戴假发的任何一天,   那么罗伯托也是如此。

     

现在,理发师戴着假发的那一天怎么样?   但阿尔弗雷多没有?那么,既然阿尔弗雷多没有,那么它就是 -   阿尔弗雷多和贝尼托都不是这样做的;于是   事实3,Ramano没有,因此罗伯托也没有   事实2.因此罗伯托在理发师的任何一天都戴着假发   并且阿尔弗雷多没有 - 事实上,他在所有日子里都戴着假发   无论理发师如何,阿尔弗雷多都没有。   这证明了在理发师穿的任何一天   无论Alfredo是否这样做,罗伯托都会这样做   或者当天不戴假发。罗伯托确实是一个   理发师的追随者。

2 个答案:

答案 0 :(得分:5)

Edit2:由于@ killy9999从书中发布了部分解决方案,我决定重写我的Prolog,以便能够反映Smullyan的推理。原始的部分解决方案保留在下面。

首先是一些基本结构

 person(alfredo).
 person(benito).
 person(roberto).
 person(ramano).
 person(bernardo).

 day([_Alfredo,_Benito,_Bernardo,_Roberto,_Romano]).

 % barber(alfredo). % Follows from Fact 4.
 barber(benito).
 % barber(bernardo). % Follows from Fact 4.
 barber(roberto).
 barber(romano).

 wearsWig(alfredo,[1,_X,_Y,_Z,_W]). 
 wearsWig(benito,[_X,1,_Y,_Z,_W]).
 wearsWig(bernardo,[_X,_Y,1,_Z,_W]).
 wearsWig(roberto,[_X,_Y,_Z,1,_W]).
 wearsWig(romano,[_X,_Y,_Z,_W,1]).

 noWig(alfredo,[0,_X,_Y,_Z,_W]).
 noWig(benito,[_X,0,_Y,_Z,_W]).
 noWig(bernardo,[_X,_Y,0,_Z,_W]).
 noWig(roberto,[_X,_Y,_Z,0,_W]).
 noWig(romano,[_X,_Y,_Z,_W,0]).

然后我们有两种类型的一致性条件。其中一个原因是对方从不同时戴假发。另一个来自事实3和事实4。

 consistent2(_D,[]).
 consistent2(D,[(X,Y)|Os]):-wearsWig(X,D),noWig(Y,D),consistent2(D,Os).
 consistent2(D,[(X,Y)|Os]):-noWig(X,D),wearsWig(Y,D),consistent2(D,Os).

 consistent3(O,G):-consistent3(O,_D,G).

 consistent3(_O,_D,[]).
 consistent3(O,D,[(X,Y,Z)|Gs]):-
     wearsWig(X,D),wearsWig(Y,D),wearsWig(Z,D),
     consistent2(D,O),consistent3(O,D,Gs).
 consistent3(O,D,[(_X,Y,_Z)|Gs]):-
     noWig(Y,D),consistent2(D,O),consistent3(O,D,Gs).
 consistent3(O,D,[(_X,_Y,Z)|Gs]):-
     noWig(Z,D),consistent2(D,O),consistent3(O,D,Gs).

fact3(D):-wearsWig(romano,D),wearsWig(alfredo,D),wearsWig(benito,D).
fact3(D):-noWig(alfredo,D),noWig(romano,D).
fact3(D):-noWig(benito,D),noWig(romano,D).

这足以证明罗伯托跟随理发师(步骤1):

 ?- person(Barber),barber(Barber),
    O = [(benito,bernardo),(roberto,romano)],
    G = [(bernardo,alfredo,Barber),(romano,alfredo,benito)],
    consistent3(O,D,G),fact3(D),
    wearsWig(Barber,D),noWig(roberto,D).
 false.

因此将罗马诺排除在理发之外。

我们也已经得到(第2步)贝尔纳多跟随罗伯托和阿尔弗雷多:

 ?- person(Barber)barber(Barber),
    O = [(benito,bernardo),(roberto,romano)],
    G = [(bernardo,alfredo,Barber),(romano,alfredo,benito)],
    consistent3(O,D,G),fact3(D),
    wearsWig(alfredo,D),wearsWig(roberto,D),noWig(bernardo,D).
 false.

下一步(步骤3)需要使用事实5,这是一个普遍的陈述(适用于塞维利亚的所有男性居民)并且难以在Prolog中编码。

 consistent4(_D,_Barber,[]).
 consistent4(D,Barber,[X|Xs]):-
    wearsWig(X,D1),wearsWig(alfredo,D1),
    noWig(bernardo,D1),consistent4(D,Barber,Xs).
 consistent4(D,Barber,[X|Xs]):-
    wearsWig(X,D),wearsWig(alfredo,D),
    wearsWig(bernardo,D),wearsWig(Barber,D),
    consistent4(D,Barber,Xs).

现在定义根谓词和花哨的颜色:

wears(alfredo, black).
wears(bernardo, white).
wears(benito, gray).
wears(roberto, red).
wears(ramano, brown).

whatWearsTheBarber(WigColor):-
   person(Barber),
   day(Easter),
   barber(Barber),
   wearsWig(Barber,Easter),
   fact3(Easter),
   G=[(bernardo,alfredo,Barber),(romano,alfredo,benito)],
   O=[(benito,bernardo),(roberto,romano)],
   consistent2(Easter,O), 
   consistent3(O,D,G),
   X=[alfredo,benito,bernardo,roberto,romano],
   consistent4(D,Barber,X),
   wears(Barber, WigColor).

以下SWI-Prolog查询显示RED是唯一的答案

 ?- findall(WigColor,whatWearsTheBarber(WigColor),B),list_to_set(B,R).
 B = [red, red, red, red, red, red, red, red, red|...],
 R = [red].

感谢Andrew Cooke。我借鉴了他的答案。

下面的文字是最初发布并产生评论的答案。


编辑:这个谜题实际上非常困难,因为人们必须记录很多天,而不仅仅是特定的复活节。以下解决方案通过仅在特定日期考虑塞维利亚的事态来大大减少搜索。

可能更容易将塞维利亚市的情况视为列表中的未知关系:

 [ [WearsWig,IsBarber], ... , [WearsWig,IsBarber] ]

目前的人口我们可以说明

 seville(S) :- 
       S=[Benito,Bernardo,Roberto,Ramano,Alfredo], 
       opposite(Benito,Bernardo),
       opposite(Roberto,Ramano),
       fact3(Ramano,Alfredo,Benito),
       fact4(Bernardo,Alfredo),
       noBarber(Bernardo),noBarber(Alfredo),
       onlyOneBarberWearsWig(S).

相关谓词的定义如下:

 noWig([0,_X]).
 wearsWig([1,_X]).

 isBarber([_X,1]).
 noBarber([_X,0]).

 opposite(X,Y):-noWig(X),wearsWig(Y). 
 opposite(X,Y):-noWig(Y),wearsWig(X).


 fact3(X,Y,Z):-wearsWig(X),wearsWig(Y),wearsWig(Z).
 fact3(X,Y,_Z):-noWig(X),noWig(Y).
 fact3(X,_Y,Z):-noWig(X),noWig(Z).

 fact4(X,Y):-wearsWig(X),wearsWig(Y),wearsWig(Z),isBarber(Z).
 fact4(_X,Y):-noWig(Y).

 onlyOneBarberWearsWig([X|Xs]):-isBarber(X),wearsWig(X),noBarbers(Xs).
 onlyOneBarberWearsWig([X|Xs]):-noBarber(X),onlyOneBarberWearsWig(Xs).
 noBarbers([]).
 noBarbers([X|Xs]):-noBarber(X),noBarbers(Xs).

 barbersWigColor([_X,_Y,_Z,_U,Alfredo],black):-isBarber(Alfredo).
 barbersWigColor([_X,Bernardo,_Y,_Z,_U],white):-isBarber(Bernardo).
 barbersWigColor([Benito,_X,_Y,_Z,_U],gray):-isBarber(Benito).
 barbersWigColor([_X,_Y,Roberto,_Z,_U],red):-isBarber(Roberto).
 barbersWigColor([_X,_Y,_Z,Ramano,_U],brown):-isBarber(Ramano).

 whatWearsTheBarber(Color):-seville(X),barbersWigColor(X,Color).

通过上述定义,SWI迅速返回:

 ?- seville(X).
 X = [[0, 0], [1, 0], [1, 1], [0, 0], [0, 0]] ;
 X = [[0, 0], [1, 0], [1, 1], [0, 0], [1, 0]] ;
 X = [[0, 0], [1, 0], [1, 1], [0, 0], [0, 0]] ;
 X = [[1, 1], [0, 0], [1, 0], [0, 0], [0, 0]] ;
 X = [[1, 0], [0, 0], [1, 1], [0, 0], [0, 0]] ;
 false.


 ?- whatWearsTheBarber(Color).
 Color = red ;
 Color = red ;
 Color = red ;
 Color = gray ;
 Color = red ;
 false.

我不太明白事实5是如何运作的。当贝尼托是理发师时,我不能排除这种情况。但我想将此作为答案发布。

答案 1 :(得分:1)

张贴为“答案”只是因为评论很长。这是我第一次尝试使用prolog这样的东西。我不确定我使用not / 1是否正确。给出白色和棕色作为两个(!)答案(虽然棕色将被排除,我认为,如果事实4意味着伯纳德不能成为理发师)。注释掉的部分会导致无限递归。

person(bernardo).
person(benito).
person(roberto).
person(ramano).
person(alfredo).

opposite(bernardo, benito). % fact 1
opposite(benito, bernardo). % fact 1
opposite(roberto, ramano). % fact 2
opposite(ramano, roberto). % fact 2
opposite(X, Y):- dif(X, Y). % cannot be opposite to yourself
%opposite(X, Y):- opposite(Y, X). % symmetric

wears(alfredo, black).
wears(bernardo, white).
wears(benito, gray).
wears(roberto, red).
wears(ramano, brown).

follower(A, A).
follower(bernardo, alfredo). % fact 4
follower(ramano, alfredo):- % fact 3
  follower(alfredo, benito); follower(benito, alfredo).
follower(ramano, benito):- % fact 3
  follower(alfredo, benito); follower(benito, alfredo).
follower(X, ramano):- % fact 3
  follower(X, alfredo); follower(X, benito).
%follower(A, B):-
%  dif(A, B),
%  person(X),
%  follower(A, X),
%  follower(X, B).

follower(A, B):- not(opposite(A, B)).
follower(B, A):- not(opposite(A, B)).

fact5(Barber):-                                                                 
  not(follower(bernardo, X));                                                   
  not(follower(bernardo, alfredo));                                             
  person(X),                                                                    
  person(Y),                                                                    
  follower(Barber, X),                                                          
  dif(Y, X),                                                                    
  not(follower(Barber, Y)).                                                     

whatWearsTheBarber(WigColor):-                                                  
  person(Barber), % implicit in question?                                       
  dif(alfredo, Barber), % fact 4                                                
  follower(bernardo, Barber), % fact 4                                          
  fact5(Barber),                                                                
  wears(Barber, WigColor).