COMPUTAÇÃO

Disciplina: Linguagens de Programação

Linguagem PROLOG

Prolog é uma linguagem de programação que se enquadra no paradigma de Programação em Lógica Matemática. É uma linguagem de uso geral que é especialmente associada com a inteligência artificial e linguística computacional. Consiste numa linguagem puramente lógica, que pode ser chamada de Prolog puro, e numa linguagem concreta, a qual acrescenta o Prolog puro com componentes extra-lógicos.

 

O uso Prolog puro foi originalmente restrito em provas do teorema da resolução com Cláusulas de Horn do formato

 

                H :- B1, …, Bn..

Prolog

Paradigma:         lógico, declarativo

Surgido:            em 1972

Criado por:        Alain Colmerauer e

                        Robert Kowalski

Compiladores:   GNU PrologQuintus,

                        SICStusSWI-PrologYAP

Dialetos:           ISO Prolog, Edinburgh Prolog

Influenciou:      Mercury, Oz

A aplicação do provador de teoremas trata estas cláusulas como procedimentos 

               para mostrar/resolver H, mostrar/resolver B1 and … and Bn.

 

O Prolog puro foi então estendido para incluir a negação por falha, na qual condições negativas da forma not(Bi) são mostradas por tentativa e falha para resolver as condições positivas correspondentes Bi).

O nome Prolog para a linguagem concreta foi escolhido por Philippe Roussel como uma abreviação de “PROgrammation en LOGique”. Foi criada em meados de 1972 por Alain Colmerauer e Philippe Roussel, baseados no conceito de Robert Kowalski da interpretação procedimental das cláusulas de Horn. A motivação para isso veio em parte da vontade de reconciliar o uso da lógica como uma linguagem declarativa de representação do conhecimento com a representação procedimental do conhecimento, que era popular na América do Norte no final da década de 1960 para início de 1970.

 

Muito do desenvolvimento moderno do Prolog veio dos projetos de computadores da quinta geração (FGCS), que desenvolveu uma variante do Prolog chamada Kernel Language para seu primeiro sistema operacional.

 

Apesar do longo tempo de desenvolvimento, Prolog ainda não é uma linguagem portável, já que cada implementação usa rotinas completamente diferentes e incompatíveis entre si. Por exemplo, um programa trivial que faz um loop de ler uma linha da console e escreve a mesma linha, terminando quando for entrada uma linha vazia, é impossível de ser escrito de forma que qualquer interpretador consiga rodar.

História

A linguagem de programação Prolog nasceu de um projeto que não tinha por foco a implementação de uma linguagem de programação, mas o processamento de linguagens naturais. Na Universidade de Marselha, Alain Colmerauer e Robert Pasero trabalhavam na parte de linguagem natural e Jean Trudel e Philippe Roussel trabalhavam na parte de dedução do projeto. Interessado pelo método de resolução SL, Trudel persuadiu um dos seus inventores, Robert Kowalski, que se uniu ao projeto. O projeto resultou em uma versão preliminar da linguagem Prolog em fins de 1971 sendo que a versão definitiva apareceu em fins de 1972¹ .

 

 

Características

O Prolog é uma linguagem declarativa, significando que em vez de o programa estipular a maneira de chegar à solução, passo a passo, (como nas linguagens procedimentais ou imperativas), limita-se a fornecer uma descrição do problema que se pretende computar. Usa uma coleção base de dados de fatos e de relações lógicas (regras) que exprimem o domínio relacional do problema a resolver.

 

Um programa pode rodar num modo interativo, a partir de consultas (queries) formuladas pelo usuário, usando a base de dados (os 'fatos') e as regras relacionais (essencialmente implicações lógicas: se.. então), e o mecanismo de unificação para produzir (por uma cadeia de deduções lógicas) a solução.

 

O Prolog é baseado num subconjunto do cálculo de predicados de primeira ordem, o que é definido por cláusulas de Horn. A execução de um programa em Prolog é efetivamente a prova de um teorema por resolução de primeira ordem. Alguns conceitos fundamentais são unificaçãorecursão, e backtracking.

Tipos de dados

Prolog não emprega tipos de dados do mesmo modo que as linguagens de programação mais comuns normalmente fazem. Todos os dados são tratados como sendo de um único tipo, Termo, cuja natureza depende da forma como esse termo foi declarado. Ou seja, os elementos léxicos utilizados na sua declaração determinam se esse termo será um número, um texto, uma variável, uma estrutura complexa e assim por diante.

Escopo dos identificadores

Com exceção de átomos numéricos, funções ou predicados construídos, os nomes em Prolog para constantes, variáveis, funções e predicados, não têm nenhum significado intrínseco e podem ser escolhidos livremente pelo programador. Em geral, duas notações distintas denotarão ou serão objetos distintos. Como em qualquer linguagem de programação, a cada nome deve ser dado um escopo.

 

Em Prolog, as regras de escopo são:

    a) O escopo de uma variável é a asserção (fato, regra, ou consulta) na qual aparece.

    b) O escopo de qualquer outro nome (constante, nome de função, ou nome de predicado) é todo o programa.

 

Isto significa que um nome de variável pode ser utilizado e reutilizado a vontade no programa para denotar variáveis diferentes, enquanto qualquer outra notação representa, ou é, o mesmo objeto para o programa todo.

 

Átomos

As constantes de texto são introduzidas por meio de átomos. Um átomo é uma sequência constituída de letras, números e underscore, mas iniciando com uma letra minúscula. Se um átomo não alfanumérico é necessário, pode-se usar qualquer sequência entre aspas simples (ex: 'um átomo contendo espaços').

 

Um átomo pode ser definido das seguintes maneiras:

começando com letra minúscula:

                                                 pedro      henrique_iv

 

como uma sequência de caracteres entre aspas simples:

                                                'quem é você?' 'eu não sei'.

Números

Um número é uma sequência de dígitos, permitindo também os sinais de . (para números reais), - (número negativo) e e (notação científica). Algumas implementações do Prolog não fazem distinção entre inteiros e números reais.

 

exemplos:

 

             321          3.21

 

Variáveis

Variáveis são declaradas da mesma forma que átomos, porém iniciando com uma letra maiúscula ou underscore. No ambiente Prolog uma variável não é um contêiner cujo valor pode ser atribuído (como ocorre nas linguagens imperativas). Seu comportamento é mais próximo de um padrão, que é incrementalmente especificado pela unificação. Em outras palavras, uma variável Prolog é como uma incógnita, cujo valor é desconhecido a princípio mas, após descoberto, não sofre mais mudanças.

 

Um tipo especial de variável, a variável anônima (explicada mais adiante), é uma expressão que significa 'qualquer variável', e é escrita como um único subtraço (_).

 

exemplos:

 

             X          Nome          Rei_da_Espanha

Termos compostos

Termos compostos são a única forma de se expressar estruturas de dados complexas em Prolog. Um termo composto consiste de uma cabeça, também chamada funtor (que é obrigatoriamente um átomo) e parâmetros (de quaisquer tipos) listados entre parênteses e separados por vírgulas.

 

O número de parâmetros, chamado aridade do termo, é significativo. Um termo é identificado por sua cabeça e aridade, normalmente escrita como funtor/aridade. Átomos e números também podem ser identificados dessa forma, como um termo de aridade zero (ex: um_atomo/0).

 

 

Listas

 

Uma lista não é um tipo de dados à parte, mas sim definida por uma construção recursiva (usando o termo '.'/2):

  • o átomo [] é uma lista vazia;

  • se T é uma lista e H é um elemento, então o termo '.'(H, T) é uma lista.

 

O primeiro elemento, chamado cabeça, é H, que é seguida pelo conteúdo do restante da lista, T, também chamado de cauda. A lista [1, 2, 3] seria representada internamente como '.'(1, '.'(2, '.'(3, []))). Um atalho sintático é [H | T], que é mais usado para construir regras. Uma lista pode ser processada como um todo processando o primeiro elemento, e em seguida o restante da lista, de forma recursiva.

 

Para conveniência do programador, as listas podem ser construídas e destruídas de várias formas.

  • Enumerando os elementos: [abc, 1, f(X), Y, g(A,rst)]

  • Precedendo-a com um elemento: [abc | L1]

  • Precedendo-a com múltiplos elementos: [abc, 1, f(X) | L2]

  • Expandindo o termo: '.'(abc, '.'(1, '.'(f(X), '.'(Y, '.'(g(A,rst), [])))))

  • O predicado append

 

 

 

Strings

Strings são normalmente escritas como uma sequência de caracteres entre aspas. É comum serem representadas internamente como listas de códigos de caracteres, em geral utilizando a codificação local ou Unicode, se o sistema dá suporte a Unicode. O ISO Prolog também permite que strings sejam representadas por uma lista de átomos com um único caractere.

 

 

Operadores de Controle

Backtracking

Backtracking é um procedimento dentro da linguagem Prolog. Uma busca inicial em um programa nesta linguagem segue o padrão Busca em profundidade (depth-first search), ou seja, a árvore é percorrida sistematicamente de cima para baixo e da esquerda para direita. Quando essa pesquisa falha, ou é encontrado um  terminal da árvore, entra em funcionamento o mecanismo de backtracking. Esse procedimento faz com que o sistema retorne pelo mesmo caminho percorrido com a finalidade de encontrar soluções alternativas.

 

 

Exemplo:

Considerando uma base de dados família, fazemos a seguinte consulta:

O comando cut permite indicar ao Prolog quais sub-objetivos já satisfeitos não necessitam ser reconsiderados ao se realizar um backtracking. Isto é, ele aborta o processo debacktracking. O uso do comando cut é importante porque permite que o programa rode mais rápido, sem perder tempo com sub-objetivos que não contribuem para determinar a resposta do objetivo principal. Além disso, o programa ocupará menos memória, pois não será necessário armazenar todos os sub-objetivos considerados (pontos do backtracking). Em alguns casos, o cut evita que o programa entre em laço infinito.

Prolog é uma linguagem de programação lógica, portanto em teoria o programador não deveria ter de se preocupar com o modo como ela executa. Entretanto, às vezes é prudente levar em conta como o algoritmo de inferência funciona, para evitar que o programa Prolog execute por um tempo denecessariamente longo (ou mesmo infinito).

 

Por exemplo, pode-se escrever um código para contar o número de elementos em uma lista.

Ver artigo principal: gramática de cláusulas definidas

Existe uma notação especial chamada gramática de cláusulas definidas (definite clause grammar - DCGs). Uma regra definida via -->/2 em vez de :-/2 é expandida pelo pré-processador (expand_term/2, uma facilidade análoga às macros em outras linguagens) de acordo com algumas regras de reescrita, resultando em cláusulas Prolog ordinárias. DCGs são usadas para escrever parsers e geradores de listas, e também provém uma interface conveniente para operações sobre diferenças de listas.

 

 

Extensões

Visual Prolog (http://www.visual-prolog.com/), também conhecido como PDC Prolog e Turbo Prolog. Visual Prolog é um dialeto de Prolog fortemente tipado que é consideravelmente diferente do Prolog padrão. Foi desenvolvido e divulgado como Turbo Prolog enquanto sob controle da Borland, mas hoje é desenvolvido pela empresa Danish PDC (Prolog Development Center) que foi quem o criou.

 

 

Referências

 

 

Referências

 

  • BERGIN, Thomas J.; GIBSON, Richard G.. History of Programming Languages II. New York: ACM Press, Addison-Wesley, 1996. 864 p. 

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