Question

我有一个用Prolog编写的非常简单的min函数，我不明白它是如何工作的。

代码：

min(E, [E]) :- write('case 1: '), write(E), nl.
min(E, [E|L]) :- write('case 2: '), write(E), write(' '), write([E|L]), nl, min(F, L), E =< F.
min(E, [F|L]) :- write('case 3: '), write(E), write(' '), write([F|L]), nl, min(E, L), E =< F.

我们刚开始在课堂上使用Prolog，我不明白它是如何评估像这样的递归案例。我在这个函数中包含了print语句，看看发生了什么，我不明白这里的一些步骤：

10 ?- min(E, [2, 1]).
case 2: 2 [2,1]
case 1: 1
case 2: 1 [1]
case 3: _L164 [1]
case 3: _G323 [2,1]
case 1: 1
E = 1 .

我理解前两个调用，但我不明白在行case 1: 1之后会发生什么。在转到案例1 min(E, [E|L])后，为什么在第3行调用第二个案例min(E, [E])？这并不是代码中的任何地方。如果有人能够解释前两次通话后发生的事情，那就太棒了。我四处寻找一些解释，但我无法理解这里发生了什么。

Answer 1

为了解决这个问题，我们将扮演prolog口译员。：）

min(E, [E]) :-
    write('case 1: '), write(E), nl.
min(E, [E|L]) :-
    write('case 2: '), write(E), write(' '), write([E|L]), nl,
    min(F, L),
    E =< F.
min(E, [F|L]) :-
    write('case 3: '), write(E), write(' '), write([F|L]), nl,
    min(E, L),
    E =< F.

我们进行查询：

min(E, [2,1]).

（A）Prolog从第一个子句min(E, [E])开始，由于[2,1]无法与[E]统一而失败。然后转到下一个子句min(E, [E|L])，并通过[2,1]与[E|L]和E统一2，将L与[1]统一起来case 2: 2 [2,1] % This is E instantiated as 2, and [E|L] as [2|[1]]然后我们看到：

min(F, [1])

（B）Prolog然后进行递归查询min(E, [E])。从这里开始，它返回到子句列表的顶部（在新查询中，它从顶部开始）并且能够通过统一{{1来统一第一个子句F中的变量与1一起使用。然后我们看到：

case 1: 1

（C）此查询成功并返回到查询的子句并遇到E =< F E与2统一，F与1统一{1}}。但是E =< F失败，因为1 =< 2不正确。此时，Prolog将回溯并重新尝试它刚刚执行的先前递归查询min(F, [1])。回想一下，查询已经执行了第一个子句并且成功了，现在回溯它会尝试第二个子句。它希望将min(F, [1])与min(E, [E|L])统一起来，并且可以将E与1和L与[]统一起来。然后第2条执行，我们得到：

case 2: 1 [1]

（D）我们现在在第2条中深入了解另一个电话。我们尚未完成第一个电话。因此，此新来电将查询min(F, [])（在这种情况下，请记住L与[]统一）。谓词中没有与min(F, [])匹配的子句，因此失败。因此，案例2查询的这个实例完全失败（回溯通过不在回溯上重新执行的writes）。这是上面（C）的递归查询。

（E）由于案例2在（C）的递归调用中失败，Prolog继续回溯并通过执行第三个子句重新尝试并将min(E, [F|L])与min(F, [1])统一起来（注意：这些是＆＃ 34;不同的＆＃34; F＆＃39;通过将第一个F与1统一，L与[]和E统一第二个F（但未实例化 - 没有分配值）。这里需要注意的重要一点是，在Prolog中，两个变量可以统一，但尚未赋值。由于第三个条款的头部已经统一，案例3执行，我们看到：

case 3: _L164 [1]    % This is E (uninstantiated) and [F|L] ([1|[]])

_L164出现是因为我们正在编写一个未实例化的变量。在这样的输出中，未实例化的变量显示为生成的变量名称，后面带有下划线（_）。

（F）因此案例3执行并对min(E, L)进行递归调用，其中E未实例化且L为[]。此查询将失败，因为没有与min(_, [])匹配的子句。然后Prolog将从案例3回溯，然后从（C）到min(F, [1])的整个递归调用都失败了。

（G）请记住，我们从（C）中描述的案例2中的递归调用得到（F）。由于该递归调用失败（如（D）到（F）中所述）Prolog通过回溯，失败案例2以及继续到案例3来恢复（C）中描述的案例2.这个谓词的整个执行来自原始查询min(E, [2,1])。第三个子句的头部是min(E, [F|L])，Prolog将第一个E与第二个E统一（未经实例化），将F与2统一起来{ {1}} L。我们现在看到：

[1]

（H）案例3进行并对case 3: _G323 [2,1] % This is E (uninstantiated) and [F|L] ([2|[1]])（已实例化min(E, [1]) L）进行递归查询，该查询再次从顶部开始，匹配第一个句子{{1} }和prolog将[1]与min(E, [E])统一起来并匹配条款的头部。然后我们看到：

（I）案例1成功，并返回到案例3，案例3继续并检查1 case 1: 1（见（G）中的统一），这是真的。我们现在完全成功了案例3！

我们已经完成了！随着案例3的成功（案例1如（A）中所述失败，案例2如（E）中所述失败），原始查询成功地将E =< F与1 =< 2统一起来，我们看到了：

当您在Prolog中执行查询时，它将从您正在查询的谓词的第一个子句开始，按顺序尝试每个子句，直到找到一个成功然后它将声明成功。如果它们都失败了，那么，当然，查询失败了。在尝试每个子句的过程中，如果存在递归查询（调用），则该递归调用将再次从第一个子句开始。每个递归调用都是对谓词的完整查询。因此，每个递归调用将从谓词的第一个子句开始，通过每个谓词的子句进行自己的求真之旅。这是了解Prolog的一个重要原则，它将有助于理解基本的递归行为。

关于跟踪主题，代码中的1语句可以很好地显示谓词触发的子句。但他们没有显示条款中的哪些查询失败，这在了解何时尝试了解查询中发生的情况时同样重要。因此，仅使用E = 1.语句就会有点混乱。 @User建议的write（或write）命令将显示成功和失败的查询。它是一个很好的工具，用于查看子句中发生的事情，可能与gtrace语句一起查看变量等。

Answer 2

您可以在SWI-Prolog中使用gtrace来跟踪评估。

10？ - gtrace，min（E，[2,1]）。

Stack Trace Prolog Predicate

2 个答案: