SWI-Prolog：理解无限循环

Question

我目前正在尝试了解prolog的基础知识。

我有这样的知识库： p(a). p(X) :- p(X). 如果我输入查询p(b)，则与事实的统一将失败，并且使用规则p(X) :- p(X)导致统一事实再次失败。为什么规则在此之后反复应用？在这一点上，无法通过prolog返回false吗？ 一段时间后，我收到消息＆＃34;超出时间限制＆＃34;。 我不太清楚为什么prolog会一遍又一遍地使用规则，但既然如此，我就不明白为什么我会得到不同的错误信息，如下例所示。 要清楚，我确实理解＆＃34; p（X）如果p（X）＆＃34;是一个不合理的规则，但我想了解那里到底发生了什么。

如果我有这样的知识库： p(X) :- p(X). p(a). 即使使用p(a)也没有机会得出结果，因为事实低于规则并且规则被一遍又一遍地调用。对于这个变体，我几乎立即收到一个不同的错误消息＆＃34;错误：超出本地堆栈＆＃34;这是可以理解的。

现在我的问题 - 这些案件有什么区别？ 为什么我收到不同的错误消息？为什么在上述情况下第一次应用规则后prolog没有返回false？我的想法是，在上面的情况下，每次调用规则时都会重新启动过程，在下面的情况下，相同的过程会一遍又一遍地调用规则。如果有人能详细说明，我将不胜感激。

更新：如果我查询p(a).到第二个KB，就像我收到的那样＆＃34;超出本地堆栈＆＃34;，但如果我查询p(b).来我获得相同的KB＆＃34;超出时间限制＆＃34;。这对我来说更加困惑，不应该与无限循环无关？

Answer 1

让我们首先考虑两个例子共同的以下程序片段：

p(X) :- p(X).

正如您正确指出的那样，很明显没有特定的解决方案被这个片段单独描述。在声明中，我们可以将其读作：“如果p（X）成立，则p（X）成立”。好的，所以我们不能只从这个条款中推断出任何具体的解决方案。

这解释了如果仅考虑此片段，p(b)无法保持的原因。此外，p(a)也不暗示p(b)，因此无论您将事实p(a)置于何处，您都不会从这两个条款中获得p(b)。

程序性，Prolog仍然尝试查找p(X)成立的案例。因此，如果您将?- p(X).作为查询发布，Prolog将尝试找到解决方案的反驳，无视它已经“尝试过”的内容。因此，它会尝试反复证明p(X)。 Prolog的默认解析策略SLDNF解决方案不保留已经尝试过哪些分支的内存，并且由于这个原因可以非常有效地实现，与其他编程语言相比，开销很小。

无限推理尝试与超出本地堆栈错误错误之间的差异只能通过考虑Prolog如何执行这些片段而在程序上理解。

Prolog系统通常应用称为尾调用优化的优化。如果不再有选择点，则这是适用的，这意味着它可以丢弃（或重用）现有的堆栈帧。

两个示例之间的关键区别显然是 你添加了这个事实：在递归子句之前或之后。

在您的情况下，如果递归子句 last ，则在调用目标p(X)时不再有选择点。因此，可以重用或丢弃现有的堆栈帧。

另一方面，如果您首先编写递归子句 ，然后查询?- q(X).（或?- q(a).），那么两个子句是适用的，Prolog通过创建一个选择点来记住这一点。当调用递归目标时，选择点仍然存在，因此堆栈帧会堆积，直到它们超出可用限制。

如果您查询?- p(b).，那么参数索引会检测到p(a) 不适用，并且仅适用递归条款，独立于无论你是在事实之前还是之后写的。这解释了查询p(X)（或p(a)）和p(b)（或其他查询）之间的区别。请注意，Prolog实现在其索引机制的强度方面存在差异。无论如何，你应该期望你的Prolog系统至少在第一个参数的最外面的functor和arity上编制索引。如有必要，可以在此机制之上手动构建更复杂的索引方案。 Modern Prolog系统提供 JIT索引，深度索引和其他机制，因此它们通常会自动检测适用的子句的确切子集。

请注意，有一种特殊形式的分辨率称为 SLG分辨率，在这种情况下，您可以使用它来改善程序的终止属性。例如，在SWI-Prolog中，您可以通过在程序之前添加以下指令来启用SLG解析：

:- use_module(library(tabling)).

:- table p/1.

使用这些指令，我们获得：

?- p(X).
X = a.

?- p(b).
false.

这与您期望定义的声明性语义相吻合。其他几个Prolog系统提供类似的设施。

Answer 2

通过研究如何实现标准repeat/0，应该容易理解无限循环的概念：

repeat.
repeat :- repeat.

这将创建无限数量的选择点。第一个子句repeat.仅允许一次性执行。第二个子句repeat :- repeat.使它无限深度地递归。

添加任意数量的参数：

repeat(_, _, ..., _).
repeat(Param1, Param2, ..., ParamN) :- repeat(Param1, Param2, ..., ParamN).

您可能已将主体添加到这些子句中，并且第一类的参数具有有意义的名称，具体取决于您要归档的内容。如果主体不包含直接或从使用的谓词继承的切割，则也将像repeat/0一样，成为无限循环。