Prolog

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O que é Prolog?
História.
Características.
Conceitos Básicos.
Fatos.
A sintaxe e as regras do Prolog.
Executando um programa em Prolog.
Campos de uso e algumas aplicações.
“Hello World” em Prolog.
99 bottles of beer em Prolog.
Bibliografia.
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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 lingüística
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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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O Prolog é uma linguagem declarativa, ou seja,
ao invés de o programa estipular a maneira de
chegar à solução passo-a-passo, como
acontece nas linguagens procedimentais ou
orientadas a objeto, ele fornece uma descrição
do problema que se pretende computar
utilizando uma coleção de fatos e regras
(lógica) que indicam como deve ser resolvido o
problema proposto. Como podemos ver, o
Prolog é mais direcionado ao conhecimento do
que aos próprios algoritmos.
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Além de ser uma linguagem declarativa, outro
fato que o difere das outras linguagens é a
questão de não possuir estruturas de
controle (if-else, do-while, for, switch)
presentes na maioria das linguagens de
programação. Para isso utilizamos métodos
lógicos para declarar como o programa
deverá atingir o seu objetivo.
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Um programa em Prolog pode rodar em um
modo interativo, o usuário poderá formular
queries utilizando os fatos e as regras para
produzir a solução através do mecanismo de
unificação.
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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 unificação,
recursão, e backtracking.
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Em Prolog são fornecidos os fatos e as regras
para uma base de dados, que posteriormente
serão executadas consultas (queries) em cima
da base de dados.
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A estrutura de um fato é formada por um predicado, seus
argumentos (objetos) e finalizamos a instrução com um ponto(.)
equivalente ao ponto-vírgula das linguagens comuns de
programação. Veja a seguir:
predicado(argumento1,argumento2...).
O predicado é a relação sobre os quais os objetos irão interagir.
Exemplos:
-> amiga(joana, maria).
Definimos uma relação de amizade entre dois objetos, joana e
maria.
-> homem(jose).
Note que quando usamos apenas um objeto, o predicado passa a
ser uma característica do próprio objeto.
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Então apenas para concluir, é importante ressaltar
que os nomes dos predicados e dos objetos
devem sempre começar por letra minúscula
como devem ter notado nos exemplos anteriores.
Os predicados são escritos primeiro, seguido
pelos objetos que são separados por vírgula.
Também é importante lembrar de que a ordem
dos objetos poderá interferir no resultado de
uma aplicação.
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Sintaxe:
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.
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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.
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Em Prolog, as regras de escopo são:
 O escopo de uma variável é a asserção (fato,
regra, ou consulta) na qual aparece.
 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.
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Átomos:
As constantes de texto são introduzidas por
meio de átomos. Um átomo é uma seqüência
constituída de letras, números e underscore,
mas iniciando com uma letra minúscula. Se
um átomo não alfanumérico é necessário,
pode-se usar qualquer seqüência entre aspas
simples (ex: 'um átomo contendo espaços').

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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'.

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Números:
Um número é uma seqüência 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
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Váriaveis:
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
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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).

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Strings:
São normalmente escritas como uma seqüência
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.

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Questões:
A sintaxe das questões varia de acordo com os
compiladores existentes, mas basicamente é um
fato antecedido de um ponto de interrogação ou
o comando apropriado para o tipo de
compilador. Por exemplo:

?- amiga(joana,maria).
Quando uma questão é feita, o Prolog realiza uma
busca na sua base de conhecimento, procurando
um fato que seja igual ao da questão. Se o fato
for encontrado é retornado "YES", caso contrário
o programa retornará a saída "NO".
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Operadores:
No Prolog existem tanto os operadores relacionais
quanto os aritméticos.

Entre os operadores relacionais temos:
Igualdade: =
Diferença: \= (em alguns compiladores o operador de
diferença é "<>")
Menor que: <
Maior que: >
Menor ou igual: =< (alguns compiladores seguem a
versão ">=")
Maior ou igual: >=
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Vamos construir um pequeno exemplo com
operadores relacionais para verificar se o
número passado é positivo ou negativo.
Para isso, construiremos a seguinte regra:
positivo(numero) :- numero > 0.
Em seguida realizaremos uma consulta:
?- positivo(2).
Que retornará "Yes".
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Agora vamos aos operadores ariméticos. São
eles:
+, -, *, /, mod, is.
O operador mod é utilizado quando
quisermos obter o módulo, e o operador is é
utilizado para obtermos um resultado.
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Verifique a seguinte regra:
o_dobro(Numero,Result) :- Result is Numero * 2.
Realizaremos a questão:
?- o_dobro(5,X).
Obteremos o resultado:
X = 10
É importante lembrar que uma variável terá que
receber o valor da operação aritmética através do
operador "is".
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Entrada e saída:
Já vimos como atribuir os fatos, como construir
regras e fazer questões sobre elas, mas tudo
que recebemos como retorno, foi um "Yes" ou
"No". Assim como nas outras linguagens, o
Prolog também possui propriedades de
entrada e saída de dados, são eles read() e
write().

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Vamos ver um pequeno exemplo:
ola :- read(X), write('Olá '), write(X).
Faremos a chamada:
?- ola. 'Luciano'.
Note que a regra não possuiu nenhum
parâmetro, portanto colocamos apenas o
nome da regra sem atributos, e em seguida o
dado a ser lido pelo comando read(X),
lembrando que cada instrução sempre é
finalizada com um ponto(.).
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É importante ressaltar que dados equivalentes
ao tipo "String" de outras linguagens, devem
sempre ser utilizados entre apóstrofos, caso
contrário, quando digitássemos o nome
"Luciano", o compilador iria aceitar a entrada
como uma variável não alocada, e imprimiria
um valor estranho na saída.
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
Regras:
Utilizamos as regras para fazermos a
construção de questões complexas.
Especificamos situações que podem ser
verdadeiras se algumas condições forem
satisfeitas.
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Para utilizarmos uma regra, usamos o símbolo
":-" que indica uma condição (se). Vamos
exemplificar o uso da regra com um exemplo
simples.
Dados os fatos:
pai(arthur,silvio).
pai(arthur,carlos).
pai(carlos,xico).
pai(silvio,ricardo).
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Utilizaremos a seguinte regra:
avo(X,Z) :- pai(X,Y), pai(Y,Z).
Isso significa que se alguém é pai de uma
pessoa, que por sua vez é pai de outra pessoa,
então ele é avô. Vamos realizar uma querie para
conferir a regra:
?- avo(arthur,xico),avo(arthur,ricardo).
Retornará a saída: "YES"
Ou seja, "arthur" é avô de "xico" e "ricardo", pois
"arthur" é pai de "silvio" e "carlos", que por sua
vez são pais de "xico" e "ricardo".
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Para executar os exemplos mostrados, foi
utilizada a ferramenta JPE (Java Prolog
Environment), desenvolvido por estudantes
da UFRJ. O JPE é um ambiente muito simples
e ágil de se trabalhar, capaz de executar
instruções do padrão SWI Prolog. O download
pode ser feito através do site
http://jpe.dcc.ufrj.br/pt/index.php.
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Como podemos ver na figura, o JPE é uma IDE
muito simples, constituída basicamente de 3
pontos principais:
1- Na barra superior, colocaremos as questões.
Note que não é necessário utilizar o operador "?" antes das consultas, pois o JPE se
responsabilizará por isso.
2- A parte central será onde colocaremos todos
os nossos fatos e regras.
3- A parte inferior apresenta um console,
mostrando todas as ações feitas pelo compilador
e imprimindo a saída do programa.
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Como podemos ver, o Prolog é uma linguagem
muito poderosa, principalmente na área de
Inteligência Artificial onde é líder absoluta.
Entre as implementações do Prolog, podemos
citar o Visual Prolog (Turbo Prolog), o SWI
Prolog, GNU Prolog, Amzi! Prolog, entre
muitas outras já existentes.
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Algumas outras:
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LPA Prolog (http://www.lpa.co.uk/)
Open Prolog (http://www.cs.tcd.ie/open-prolog/)
Ciao Prolog (http://www.clip.dia.fi.upm.es/Software/Ciao)
YAP Prolog (http://www.ncc.up.pt/~vsc/Yap)
Strawberry Prolog (http://www.dobrev.com/)
SICStus Prolog (http://www.sics.se/sicstus/)
B-Prolog (http://www.probp.com/)
tuProlog (http://tuprolog.sourceforge.net/) - Código
Aberto integrável ao Java
XSB (http://xsb.sourceforge.net/)
Trinc Prolog (http://www.trinc-prolog.com)
hProlog ( http://www.cs.kuleuven.ac.be/~bmd/hProlog/ )
ilProlog ( http://www.pharmadm.com/dmax.asp )
CxProlog ( http://ctp.di.fct.unl.pt/~amd/cxprolog/ )
NanoProlog ( http://ctp.di.fct.unl.pt/~amd/cxprolog/ )
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hello :- display('Hello World!') , nl .
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% 99 bottles of beer song implemented in Prolog
% Released into the public domain in 2006 by Brent Spillner
wall_capacity(99).
wait(_) :- true.
report_bottles(0) :- write('no more bottles of beer'), !.
report_bottles(X) :- write(X), write(' bottle'),
(X = 1 -> true ; write('s')),
write(' of beer').
report_wall(0, FirstLine) :(FirstLine = true -> write('No ') ; write('no ')),
report_bottles('more'), write(' on the wall'), !.
report_wall(X, _) :- report_bottles(X), write(' on the wall').
sing_verse(0) :- !, report_wall('No more', true), write(', '),
report_bottles('no more'), write('.'),
nl, write('Go to the store and buy some more, '),
wall_capacity(NewBottles), report_wall(NewBottles, false),
write('.'), nl.
sing_verse(X) :- report_wall(X, true), write(', '),
report_bottles(X), write('.'), nl,
write('Take one down and pass it around, '),
Y is X - 1, report_wall(Y, false), write('.'), nl, nl,
wait(5), sing_verse(Y).
:- wall_capacity(Bottles), sing_verse(Bottles).
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http://www.linhadecodigo.com.br/Artigo.aspx?id=1697
PROLOG. Disponível em: http://www.din.uem.br/ia/ferramen/prolog/.
PROLOG, Wikipédia - Enciclopédia livre. Disponível em:
http://pt.wikipedia.org/wiki/Prolog.
JACQUES ROBIN, Slides sobre Fundamentos do Prolog.
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