Иван Братко - Программирование на языке Пролог для искусственного интеллекта
% ограничения Предел и выдает новый список Деревья1
% с "решающим статусом" ЕстьРеш.
расширспис( Деревья, Предел, Деревья1, ЕстьРеш) :-
выбор( Деревья, Дер, ОстДер, Предел, Предел1),
расширить( Дер, Предел1, НовДер, ЕстьРеш1),
собрать( ОстДер, НовДер, ЕстьРеш1, Деревья1, ЕстьРеш).
% "продолжить" решает, что делать после расширения
% списка деревьев
продолжить( да, Верш, С, Поддеревья, _,
решдер( Верш, F, Поддеревья), да): -
оценка( Поддеревья, H), F is С + H, !.
продолжить( никогда, _, _, _, _, _, никогда) :- !.
продолжить( нет, Верш, С, Поддеревья, Предел,
НовДер, ЕстьРеш) :-
оценка( Поддеревья, H), F is С + H, !,
расширить( дер( Верш, F, С, Поддеревья), Предел,
НовДер, ЕстьРеш).
% "собрать" соединяет результат расширения дерева со списком деревьев
собрать( или : _, Дер, да, Дер, да):- !. % Есть решение ИЛИ-списка
собрать( или : ДД, Дер, нет, или : НовДД, нет) :-
встав( Дер, ДД, НовДД), !. % Нет решения ИЛИ-списка
собрать( или : [], _, никогда, _, никогда) :- !.
% Больше нет кандидатов
собрать( или:ДД, _, никогда, или:ДД, нет) :- !.
% Есть еще кандидаты
собрать( и : ДД, Дер, да, и : [Дер Э ДД], да ) :-
всереш( ДД), !. % Есть решение И-списка
собрать( и : _, _, никогда, _, никогда) :- !.
% Нет решения И-списка
собрать( и : ДД, Дер, ДаНет, и : НовДД, нет) :-
встав( Дер, ДД, НовДД), !. % Пока нет решения И-списка
% "расшлист" формирует дерево из вершины и ее преемников
расшлист( Верш, С, дер( Верш, F, С, Оп : Поддеревья)) :-
Верш---> Оп : Преемники,
оценить( Преемники, Поддеревья),
оценка( Оп : Поддеревья, H), F is С + H.
оценить( [], []).
оценить( [Верш/С | ВершиныСтоим], Деревья) :-
h( Верш, H), F is С + H,
оценить( ВершиныСтоим, Деревья1),
встав( лист( Верш, F, С), Деревья1, Деревья).
% "всереш" проверяет, все ли деревья в списке "решены"
всереш([]).
всереш( [Дер | Деревья] ) :-
реш( Дер),
всереш( Деревья).
реш( решдер( _, _, _ ) ).
реш( решлист( _ , _) ).
f( Дер, F) :- % Извлечь F-оценку дерева
arg( 2, Дер, F), !. % F - это 2-й аргумент Дер
% встав( Дер, ДД, НовДД) вставляет Дер в список
% деревьев ДД; результат - НовДД
встав( Д, [], [Д] ) :- !.
встав( Д, [Д1 | ДД], [Д, Д1 | ДД] ) :-
реш( Д1), !.
встав( Д, [Д1 | ДД], [Д1 | ДД1] ) :-
реш( Д),
встав( Д, ДД, ДД1), !.
встав( Д, [Д1 | ДД], [Д, Д1 | ДД] ) :-
f( Д, F), f( Д1, F1), F=< F1, !.
встав( Д, [Д1 | ДД], [ Д1 | ДД1] ) :-
встав( Д, ДД, ДД1).
% "оценка" находит "возвращенную" F-оценку И/ИЛИ-списка деревьев
оценка( или :[Дер | _ ], F) :-
% Первое дерево ИЛИ-списка - наилучшее
f( Дер, F), !.
оценка( и :[], 0) :- !.
оценка( и : [Дер1 | ДД], F) :-
f( Дер1, F1),
оценка( и : ДД, F2),
F is F1 + F2, !.
оценка( Дер, F) :-
f( Дер, F).
% Отношение выбор( Деревья, Лучшее, Остальные, Предел, Предел1):
% Остальные - И/ИЛИ-список Деревья без его "лучшего" дерева
% Лучшее; Предел - ограничение для Списка Деревья, Предел1 -
% ограничение для дерева Лучшее
выбор( Оп : [Дер], Дер, Оп : [], Предел, Предел) :- !.
% Только один кандидат
выбор( Оп : [Дер | ДД], Дер, Оп : ДД, Предел, Предел1) :-
оценка( Оп : ДД, F),
( Оп = или, !, мин( Предел, F, Предел1);
Оп = и, Предел1 is Предел - F).
мин( А, В, А) :- А < В, !.
мин( А, В, В).
Рис. 13.12. Программа поиска с предпочтением в И/ИЛИ-графе.
Еще одна процедура
собрать( ОстДер, НовДер, ЕстьРеш1, НовДеревья, ЕстьРеш)
связывает между собой несколько объектов, с которыми работает расширспис. НовДер — это расширенное дерево, взятое из списка деревьев процедуры расширспис, ОстДер — остальные, не измененные деревья из этого списка, а ЕстьРеш1 указывает на "решающий статус" дерева НовДер. Процедура собрать имеет дело с несколькими случаями в зависимости от значения ЕстьРеш1, а также от того, является ли список деревьев И-списком или ИЛИ-списком. Например, предложение
собрать( или : _, Дер, да, Дер, да).
означает: в случае, когда список деревьев — это ИЛИ-список и при только что проведенном расширении получено решающее дерево, считать, что задача, соответствующая всему списку деревьев, также решена, а ее решающее дерево и есть само дерево Дер. Остальные случаи легко понять из текста процедуры собрать.
Для отображения решающего дерева можно определить процедуру, аналогичную процедуре отобр (рис. 13.8). Оставляем это читателю в качестве упражнения.
13.4.3. Пример отношений, определяющих конкретную задачу: поиск маршрута
Давайте теперь сформулируем задачу нахождения маршрута как задачу поиска в И/ИЛИ-графе, причем сделаем это таким образом, чтобы наша формулировка могла бы быть непосредственно использована процедурой и_или рис. 13.12. Мы условимся, что карта дорог будет представлена при помощи отношения
связь( Гор1, Гор2, P)
означающего, что между городами Гор1 и Гор2 существует непосредственная связь, а соответствующее расстояние равно P. Далее, мы допустим, что существует отношение
клпункт( Гор1-Гор2, Гор3)
имеющее следующий смысл: для того, чтобы найти маршрут из Гор1 в Гор2, следует рассмотреть пути, проходящие через Гор3 (Гор3 — это "ключевой пункт" между Гор1 и Гор2). Например, на карте рис. 13.1 f и g — это ключевые пункты между а и z:
клпункт( a-z, f). клпункт( a-z, g).
Мы реализуем следующий принцип построения маршрута:
Для того, чтобы найти маршрут между городами X и Z, необходимо:
(1) если между X и Z имеются ключевые пункты Y1, Y2, …, то найти один из путей:
путь из X в Z через Y1, или
путь из X в Z через Y2, или
…
(2) если между X и Z нет ключевых пунктов, то найти такой соседний с X город Y, что существует маршрут из Y в Z.
Таким образом, мы имеем два вида задач, которые мы будем представлять как
(1) X-Z найти маршрут из X в Z
(2) X-Z через Y найти маршрут из X в Z, проходящий через Y
Здесь 'через' — это инфиксный оператор более высокого приоритета, чем '-', и более низкого, чем '--->'. Теперь можно определить соответствующий И/ИЛИ-граф явным образом при помощи следующего фрагмента программы:
:- op( 560, xfx, через)
% Правила задачи X-Z, когда между X и Z
% имеются ключевые пункты,
% стоимости всех дуг равны 0
X-Z ---> или : СписокЗадач
:- bagof( ( X-Z через Y)/0, клпункт( X-Z, Y),
СписокЗадач), !.
% Правила для задачи X-Z без ключевых пунктов
X-Z ---> или : СписокЗадач
:- bagof( ( Y-Z)/P, связь( X, Y, P), СписокЗадач).
% Сведение задачи типа "через" к подзадачам,
% связанным отношением И
X-Z через Y---> и : [( X-Y)/0, ( Y-Z)/0].
цель( X-X) % Тривиальная задача: попасть из X в X
Функцию h можно определить, например, как расстояние, которое нужно преодолеть при воздушном сообщении между городами.
Упражнение13.4. Напишите процедуру
отобр2( РешДер)
для отображения решающего дерева, найденного программой и_или рис. 13.12. Формат отображения пусть будет аналогичен тому, что применялся в процедуре отобр (рис. 13.8), так что процедуру отобр2 можно получить, внеся в отобр изменения, связанные с другим представлением деревьев. Другая полезная модификация — заменить в отобр цель write( Верш) на процедуру, определяемую пользователем
печверш( Верш, H)
которая выведет Верш в удобной для пользователя форме, а также конкретизирует H в соответствии с количеством символов, необходимом для представления Верш в этой форме. В дальнейшем H будет использоваться как величина отступа для поддеревьев.
