Aula de Programação Declarativa - Prolog - Regras

1. Programação em LógicaProgramação em Lógica
MatemáticaMatemática
PrologProlog
– 04 –– 04 –
Inteligência ArtificialInteligência Artificial
Fábio M. PereiraFábio M. Pereira
Baseado emBaseado em
Amzi! inc. – www.amzi.comAmzi! inc. – www.amzi.com

2. PrologProlog
►RegrasRegras
►Como Regras FuncionamComo Regras Funcionam
►Usando RegrasUsando Regras
►ExercíciosExercícios

3. RegrasRegras
►Um predicado é definido por cláusulas, queUm predicado é definido por cláusulas, que
podem ser fatos ou regraspodem ser fatos ou regras
►Uma regra não é nada mais que umaUma regra não é nada mais que uma
consulta armazenadaconsulta armazenada
►A sua sintaxe éA sua sintaxe é
 cabeça :- corpo.cabeça :- corpo.
 cabeçacabeça – uma definição do predicado (da mesma– uma definição do predicado (da mesma
forma como um fatoforma como um fato
 :-:- – o símbolo de– o símbolo de pescoçopescoço, as vezes lido como, as vezes lido como
“se”“se”
 corpocorpo – um ou mais objetivos (uma consulta)– um ou mais objetivos (uma consulta)

4. Exemplo (1)Exemplo (1)
► Uma consulta que encontra onde as coisasUma consulta que encontra onde as coisas
comestíveis estão pode ser armazenada como umacomestíveis estão pode ser armazenada como uma
regra com o predicado de nomeregra com o predicado de nome local_comida/2local_comida/2
local_comida(X,Y) :- local(X,Y), comestivel(X).local_comida(X,Y) :- local(X,Y), comestivel(X).
 Existe algum X para comer na sala Y se X está localizadoExiste algum X para comer na sala Y se X está localizado
em Y e X é comestívelem Y e X é comestível
► Utilizando ...Utilizando ...
?-?- local_comida(X, cozinha).local_comida(X, cozinha).
X = maçã ;X = maçã ;
X = biscoito ;X = biscoito ;
NoNo
?-?- local_comida(Comida, ‘sala de jantar’).local_comida(Comida, ‘sala de jantar’).
NoNo

5. Exemplo (2)Exemplo (2)
► Podemos checar por coisas específicasPodemos checar por coisas específicas
?-?- local_comida(maçã, cozinha).local_comida(maçã, cozinha).
YesYes
► Ou podemos listar tudoOu podemos listar tudo
?-?- local_comida(Comida, Sala).local_comida(Comida, Sala).
Comida = maçãComida = maçã
Sala = cozinha ;Sala = cozinha ;
Comida = biscoitoComida = biscoito
Sala = cozinha ;Sala = cozinha ;
NoNo

6. Múltiplas CláusulasMúltiplas Cláusulas
► Da mesma forma que podemos ter múltiplos fatosDa mesma forma que podemos ter múltiplos fatos
definindo um predicado, também podemos terdefinindo um predicado, também podemos ter
múltiplas regrasmúltiplas regras
► Se quisermos oSe quisermos o brócolisbrócolis incluído emincluído em local_comida/2local_comida/2
local_comida(X,Y) :- local(X,Y), comestivel(X).local_comida(X,Y) :- local(X,Y), comestivel(X).
local_comida(X,Y) :- local(X,Y), gosto_ruim(X).local_comida(X,Y) :- local(X,Y), gosto_ruim(X).
► Agora ...Agora ...
?-?- local_comida(X, cozinha).local_comida(X, cozinha).
X = maçã ;X = maçã ;
X = biscoito ;X = biscoito ;
X = brócolis ;X = brócolis ;
NoNo

7. Como Regras FuncionamComo Regras Funcionam
► Com regras, Prolog unifica o objetivo padrão com aCom regras, Prolog unifica o objetivo padrão com a
cabeça da cláusulacabeça da cláusula
► Se a unificação é bem sucedida, então Prolog iniciaSe a unificação é bem sucedida, então Prolog inicia
uma nova consulta usando os objetivos do corpo dauma nova consulta usando os objetivos do corpo da
cláusulacláusula
► Regras, em seu efeito, levam a múltiplos níveis deRegras, em seu efeito, levam a múltiplos níveis de
consultasconsultas
 O primeiro nível é composto do objetivo originalO primeiro nível é composto do objetivo original
 O próximo nível é uma nova consulta composta deO próximo nível é uma nova consulta composta de
objetivos encontrados no corpo da cláusula do primeiroobjetivos encontrados no corpo da cláusula do primeiro
nívelnível
 Cada nível pode criar níveis mais profundosCada nível pode criar níveis mais profundos
 Teoricamente, isto pode continuar indefinidamente, naTeoricamente, isto pode continuar indefinidamente, na
prática, continua até o limite de memória disponívelprática, continua até o limite de memória disponível

8. Controle de Fluxo com RegrasControle de Fluxo com Regras
► Note como o backtracking a partir do segundoNote como o backtracking a partir do segundo
objetivo do primeiro nível agora leva ao segundoobjetivo do primeiro nível agora leva ao segundo
nívelnível
► Neste exemplo, o objetivo central do primeiro nívelNeste exemplo, o objetivo central do primeiro nível
é bem sucedido ou falha se o seu corpo é bemé bem sucedido ou falha se o seu corpo é bem
sucedido ou falhasucedido ou falha

9. [debug] ?- local_comida(Comida,cozinha).
Call: (7) local_comida(_G286, cozinha) ? creep
Call: (8) local(_G286, cozinha) ? creep
Exit: (8) local(maçã, cozinha) ? creep
Call: (8) comestivel(maçã) ? creep
Exit: (8) comestivel(maçã) ? creep
Exit: (7) local_comida(maçã, cozinha) ? creep
Comida = maçã ;
Fail: (8) comestivel(maçã) ? creep
Redo: (8) local(_G286, cozinha) ? creep
Exit: (8) local(brócolis, cozinha) ? creep
Call: (8) comestivel(brócolis) ? creep
Fail: (8) comestivel(brócolis) ? creep
Redo: (8) local(_G286, cozinha) ? creep
Exit: (8) local(biscoito, cozinha) ? creep
Call: (8) comestivel(biscoito) ? creep
Exit: (8) comestivel(biscoito) ? creep
Exit: (7) local_comida(biscoito, cozinha) ? creep
Comida = biscoito ;
Fail: (8) comestivel(biscoito) ? creep
Redo: (8) local(_G286, cozinha) ? creep
Fail: (8) local(_G286, cozinha) ? creep
Redo: (7) local_comida(_G286, cozinha) ? creep
Call: (8) local(_G286, cozinha) ? creep
Exit: (8) local(maçã, cozinha) ? creep
Call: (8) gosto_ruim(maçã) ? creep
Fail: (8) gosto_ruim(maçã) ? creep
Redo: (8) local(_G286, cozinha) ? creep
Exit: (8) local(brócolis, cozinha) ? creep
Call: (8) gosto_ruim(brócolis) ? creep
Exit: (8) gosto_ruim(brócolis) ? creep
Exit: (7) local_comida(brócolis, cozinha) ? creep
Comida = brócolis ;
Fail: (8) gosto_ruim(brócolis) ? creep
Redo: (8) local(_G286, cozinha) ? creep
Exit: (8) local(biscoito, cozinha) ? creep
Call: (8) gosto_ruim(biscoito) ? creep
Fail: (8) gosto_ruim(biscoito) ? creep
Redo: (8) local(_G286, cozinha) ? creep
Fail: (8) local(_G286, cozinha) ? creep
Fail: (7) local_comida(_G286, cozinha) ? creep
No
Rastreamento de local_comida/2Rastreamento de local_comida/2

10. Usando Regras (1)Usando Regras (1)
► Através do uso de regras, podemos solucionar oAtravés do uso de regras, podemos solucionar o
problema das portas com um único caminhoproblema das portas com um único caminho
► Podemos definir um novo predicado dePodemos definir um novo predicado de doisdois
caminhoscaminhos, com duas cláusulas, chamado, com duas cláusulas, chamado conexao/2conexao/2
conexao(X,Y):- porta(X,Y).conexao(X,Y):- porta(X,Y).
conexao(X,Y):- porta(Y,X).conexao(X,Y):- porta(Y,X).
 A sala X está conectada à sala Y se existe uma porta deA sala X está conectada à sala Y se existe uma porta de
X a Y,X a Y, ouou se existe uma porta de Y a Xse existe uma porta de Y a X
?-?- conexao(cozinha, escritório).conexao(cozinha, escritório).
YesYes
?-?- conexao(escritório, cozinha).conexao(escritório, cozinha).
YesYes

11. Usando Regras (2)Usando Regras (2)
► Podemos agora listar todas as conexões (o dobro doPodemos agora listar todas as conexões (o dobro do
número de portas) com uma consulta geralnúmero de portas) com uma consulta geral
?-?- conexao(X,Y).conexao(X,Y).
X = escritórioX = escritório
Y = saguão ;Y = saguão ;
X = cozinhaX = cozinha
Y = escritório ;Y = escritório ;
......
X = saguãoX = saguão
Y = escritório ;Y = escritório ;
X = escritórioX = escritório
Y = cozinha ;Y = cozinha ;
......

12. Nani Search (1)Nani Search (1)
► Podemos agora acrescentar novas regras a NaniPodemos agora acrescentar novas regras a Nani
SearchSearch
► olhar/0olhar/0 – irá informar ao jogador onde ele/ela está,– irá informar ao jogador onde ele/ela está,
quais objetos existem na sala, e quais as salasquais objetos existem na sala, e quais as salas
adjacentesadjacentes
► Iniciaremos comIniciaremos com lista_objetos/1lista_objetos/1, que lista todos os, que lista todos os
objetos em uma salaobjetos em uma sala
lista_objetos(Lugar):- local(X, Lugar), tab(2), write(X), nl,lista_objetos(Lugar):- local(X, Lugar), tab(2), write(X), nl,
fail.fail.
 Agora podemos usarAgora podemos usar
?-?- lista_objetos(cozinha).lista_objetos(cozinha).
maçãmaçã
brócolisbrócolis
biscoitobiscoito
NoNo

13. Nani Search (2)Nani Search (2)
► Existe um pequeno problema comExiste um pequeno problema com lista_objetos/1lista_objetos/1
 Ela nos dá a lista, mas sempre falhaEla nos dá a lista, mas sempre falha
 Tudo bem, se a chamamos diretamente, mas não permiteTudo bem, se a chamamos diretamente, mas não permite
o uso em conjunção com outras regras que a seguem (ao uso em conjunção com outras regras que a seguem (a
direita do diagrama)direita do diagrama)
► Solucionaremos este problema adicionando umaSolucionaremos este problema adicionando uma
segunda cláusulasegunda cláusula lista_objetos/1lista_objetos/1 que sempre é bemque sempre é bem
sucedidasucedida
lista_objetos(Lugar):- local(X, Lugar), tab(2), write(X), nl,lista_objetos(Lugar):- local(X, Lugar), tab(2), write(X), nl,
fail.fail.
lista_objetos(QualquerLugar).lista_objetos(QualquerLugar).

14. Nani Search (3)Nani Search (3)
► Agora, quando a primeira cláusula falha, a segundaAgora, quando a primeira cláusula falha, a segunda
cláusula será tentadacláusula será tentada
 Uma vez que o seu argumento é uma variável, ela casaráUma vez que o seu argumento é uma variável, ela casará
com sucesso com qualquer coisa, causandocom sucesso com qualquer coisa, causando
lista_objetos/1lista_objetos/1 ser sempre bem sucedida e sair pela portaser sempre bem sucedida e sair pela porta
‘‘ExitExit’’
► Como na segunda cláusula deComo na segunda cláusula de lista_objetos/1lista_objetos/1 nósnós
não nos preocupamos com o valor da variável, ela énão nos preocupamos com o valor da variável, ela é
simplesmente um “simplesmente um “marcador de lugarmarcador de lugar””
 Para estas situações existe uma variável especialPara estas situações existe uma variável especial
chamada dechamada de variável anônimavariável anônima, representada por um, representada por um
underscore (_)underscore (_)
lista_objetos(_).lista_objetos(_).

15. Nani Search (4)Nani Search (4)
► Agora escreveremos o predicadoAgora escreveremos o predicado lista_conexoes/1lista_conexoes/1,,
que mostra todas as conexões de uma salaque mostra todas as conexões de uma sala
► Uma vez que regras podem referenciar outrasUma vez que regras podem referenciar outras
regras, bem como fatos, podemos escreverregras, bem como fatos, podemos escrever
lista_conexoes/1lista_conexoes/1 da mesma forma queda mesma forma que
lista_objetos/1lista_objetos/1 usando a regrausando a regra conexao/2conexao/2
lista_conexoes(Lugar):- conexao(Lugar, X), tab(2), write(X),lista_conexoes(Lugar):- conexao(Lugar, X), tab(2), write(X),
nl, fail.nl, fail.
lista_conexoes(_).lista_conexoes(_).
► Testando ...Testando ...
?-?- lista_conexoes(saguão).lista_conexoes(saguão).
sala de jantarsala de jantar
escritórioescritório
YesYes

16. Nani Search (5)Nani Search (5)
► Agora estamos prontos para escreverAgora estamos prontos para escrever olhar/0olhar/0
► O fato únicoO fato único aqui(cozinha)aqui(cozinha) nos informa ondenos informa onde
estamos no jogoestamos no jogo
 Veremos mais a frente como dinamicamente mudarVeremos mais a frente como dinamicamente mudar
aqui/1aqui/1
► Podemos usá-lo junto com os dois predicados dePodemos usá-lo junto com os dois predicados de
listagem para escreverlistagem para escrever olhar/0olhar/0
olhar :-olhar :-
aqui(Lugar),aqui(Lugar),
write(‘Você está no(a) ’), write(Lugar), nl,write(‘Você está no(a) ’), write(Lugar), nl,
write(‘Você pode ver:’), nl, lista_objetos(Lugar),write(‘Você pode ver:’), nl, lista_objetos(Lugar),
write(‘Você pode ir para:’), nl, lista_conexoes(Lugar).write(‘Você pode ir para:’), nl, lista_conexoes(Lugar).

17. Nani Search (6)Nani Search (6)
► Veremos como funcionaVeremos como funciona olhar/0olhar/0
?-?- olhar.olhar.
Você está no(a) cozinhaVocê está no(a) cozinha
Você pode ver:Você pode ver:
maçãmaçã
brócolisbrócolis
biscoitobiscoito
Você pode ir para:Você pode ir para:
escritórioescritório
porãoporão
sala de jantarsala de jantar
YesYes

18. –– Sumário –Sumário –
►Regras PrologRegras Prolog
 Um programa Prolog é um banco de dados deUm programa Prolog é um banco de dados de
fatosfatos ee regrasregras inter-relacionadasinter-relacionadas
 As regras se comunicam através deAs regras se comunicam através de unificaçãounificação ––
casamento de padrões interno de Prologcasamento de padrões interno de Prolog
 As regras se comunicam com o usuário atravésAs regras se comunicam com o usuário através
dede predicados internospredicados internos comocomo write/1write/1
 Regras podem serRegras podem ser consultadasconsultadas individualmenteindividualmente
através do promptatravés do prompt

19. –– Sumário –Sumário –
►Controle de Fluxo em PrologControle de Fluxo em Prolog
 O comportamento de execução das regras éO comportamento de execução das regras é
controlado pelo mecanismo de busca interno decontrolado pelo mecanismo de busca interno de
Prolog chamadoProlog chamado backtrackingbacktracking
 Podemos forçar o backtracking com o predicadoPodemos forçar o backtracking com o predicado
internointerno fail/0fail/0
 Podemos forçar o sucesso de um predicadoPodemos forçar o sucesso de um predicado
adicionando uma cláusula final com umaadicionando uma cláusula final com uma variávelvariável
anônimaanônima como argumento e sem corpocomo argumento e sem corpo

20. –– Sumário –Sumário –
► Aspectos de Programação em PrologAspectos de Programação em Prolog
 FatosFatos no banco de dados (localizações, portas, ...)no banco de dados (localizações, portas, ...)
substituem a definição convencional desubstituem a definição convencional de dadosdados
 A busca porA busca por backtrackingbacktracking (lista_objetos/1) substitui a(lista_objetos/1) substitui a
codificação de muitos construtores decodificação de muitos construtores de laçoslaços
 A troca de controle através doA troca de controle através do casamento decasamento de
padrõespadrões (conexao/2) substitui(conexao/2) substitui testes condicionaistestes condicionais ee
estruturas deestruturas de ramificaçãoramificação
 As regras podem ser testadas individualmente,As regras podem ser testadas individualmente,
encorajando oencorajando o desenvolvimento modulardesenvolvimento modular
 Regras podem chamar regras encorajando práticasRegras podem chamar regras encorajando práticas
de programação dede programação de abstração proceduralabstração procedural ee
abstração de dadosabstração de dados
► olhar/0 não sabe como lista_objetos/1 funciona e como os dadosolhar/0 não sabe como lista_objetos/1 funciona e como os dados
de local estão armazenadosde local estão armazenados

21. Exercícios (1)Exercícios (1)
►Considerando o seguinte banco de dadosConsiderando o seguinte banco de dados
a(a1, 1).a(a1, 1). b(1, b1).b(1, b1).
a(A, 2).a(A, 2). b(2, B).b(2, B).
a(a3, N).a(a3, N). b(N, b3).b(N, b3).
c(X,Y):- a(X,N), b(N,Y).c(X,Y):- a(X,N), b(N,Y).
d(X,Y):- a(X,N), b(Y,N).d(X,Y):- a(X,N), b(Y,N).
d(X,Y):- a(N,X), b(N,Y).d(X,Y):- a(N,X), b(N,Y).
►Qual o resultado das consultasQual o resultado das consultas
?-?- a(X, 2).a(X, 2). ?-?- b(X, kalamazoo).b(X, kalamazoo).
?-?- c(X, b3).c(X, b3). ?-?- c(X, Y).c(X, Y). ?-?- d(X, Y).d(X, Y).

22. Exercícios (2)Exercícios (2)
► Banco de Dados GenealógicoBanco de Dados Genealógico
 Crie regras para vários relacionamentos familiares queCrie regras para vários relacionamentos familiares que
foram desenvolvidos como consultas na aula anteriorforam desenvolvidos como consultas na aula anterior
mae(M, F):- pais(M, F), mulher(M).mae(M, F):- pais(M, F), mulher(M).
 Crie uma regra para irmãosCrie uma regra para irmãos
► Rastreie o predicado para visualizar o seu funcionamentoRastreie o predicado para visualizar o seu funcionamento
 Podemos resolver o problema de indivíduos seremPodemos resolver o problema de indivíduos serem
irmãos deles mesmos através do predicado interno que éirmãos deles mesmos através do predicado interno que é
bem sucedido caso dois valores sejam diferentes e falhabem sucedido caso dois valores sejam diferentes e falha
caso sejam iguaiscaso sejam iguais
► O predicado é = (X,Y).O predicado é = (X,Y).
► Também podemos escrevê-lo na forma X = YTambém podemos escrevê-lo na forma X = Y
 Use o predicado irmãos para definir regras adicionaisUse o predicado irmãos para definir regras adicionais
para irmãos, irmãs, tios, tias e primospara irmãos, irmãs, tios, tias e primos

23. Exercícios (3)Exercícios (3)
► Banco de Dados GenealógicoBanco de Dados Genealógico
 O predicado para representar casamento leva aoO predicado para representar casamento leva ao
problema da porta com dois caminhos (porta/2)problema da porta com dois caminhos (porta/2)
► Utilize uma solução idêntica para implementá-loUtilize uma solução idêntica para implementá-lo
 Adicione regras para tios e tias que consiga acrescentarAdicione regras para tios e tias que consiga acrescentar
tios e tias por casamento e não apenas por sanguetios e tias por casamento e não apenas por sangue
 Escreva um predicado para avôEscreva um predicado para avô
► Rastreie o uso de avo(alguem, X). e avo(X, alguem). queRastreie o uso de avo(alguem, X). e avo(X, alguem). que
encontra avôs e netosencontra avôs e netos
► Dependendo de como você escrevê-lo, ele poderá precisar deDependendo de como você escrevê-lo, ele poderá precisar de
muito mais passos em uma consulta que em outramuito mais passos em uma consulta que em outra
► Escreva dois predicados, um chamado avo/2 e outro chamadoEscreva dois predicados, um chamado avo/2 e outro chamado
neto/2neto/2
► Certifique-se de que ambos são eficientesCertifique-se de que ambos são eficientes

24. O que vem a seguir?O que vem a seguir?
►AritméticaAritmética
►Gerenciando DadosGerenciando Dados
►......