Programação Lógica. A Linguagem Prolog. Paulo Henrique Ribeiro Gabriel Faculdade de Computação Universidade Federal de Uberlândia

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1 Programação Lógica A Linguagem Prolog Paulo Henrique Ribeiro Gabriel phrg@ufu.br Faculdade de Computação Universidade Federal de Uberlândia 21 de agosto de 2015 Paulo H. R. Gabriel (FACOM/UFU) Programação Lógica 21 de agosto de / 24

2 Créditos O material a seguir consiste em adaptações dos originais gentilmente cedidos pela Profa. Dra. Elaine Ribeiro de Faria Paiva Paulo H. R. Gabriel (FACOM/UFU) Programação Lógica 21 de agosto de / 24

3 Linguagens Declarativas Linguagens que utilizam o paradigma lógico são classificadas como linguagens declarativas Descrevem o problema e não a solução Descrevem o que deve ser feito e não como deve ser feito Conceito de mundo fechado Descreve-se o problema através de fatos e regras São realizadas consultas que deverão ser respondidas pelo interpretador, avaliando-se os fatos e regras anteriormente descritos Tudo o que o interpretador não souber terá uma resposta negativa (false) Paulo H. R. Gabriel (FACOM/UFU) Programação Lógica 21 de agosto de / 24

4 Programação Lógica Principal linguagem de programação do paradigma de programação lógico: Prolog Linguagem de programação utilizada para resolver problemas envolvendo objetos e relações entre objetos Exemplo Expressar em Prolog o fato João gosta de Maria : Objetos: Maria e João Relacionamento: gosta de ou, simplificando, gosta Em Prolog: gosta(joão,maria). Paulo H. R. Gabriel (FACOM/UFU) Programação Lógica 21 de agosto de / 24

5 Aplicações da Programação Lógica Sistemas Baseados em Conhecimento Sistemas que aplicam mecanismos automatizados de raciocínio para a representação e inferência de conhecimento Bancos de Dados Inteligentes Sistemas que empregam agentes de busca de dados com base em critérios Sistemas Especialistas Sistemas que emulam a especialização humana em algum domínio específico Processamento da Linguagem Natural Desenvolvimento de ferramentas para a comunicação homem máquina em geral, e para a construção de interfaces Paulo H. R. Gabriel (FACOM/UFU) Programação Lógica 21 de agosto de / 24

6 Aplicações da Programação Lógica Indústria de aviação, em soluções de planejamento e escalonamento Estima-se que 20% do tráfego aéreo do mundo é coordenado utilizando aplicações Prolog Previsão do tempo Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) Modelagem ambienta Modelos matemáticos para a simulação do desenvolvimento de florestas Logística Soluções ótimas em tempo-real para um fluxo contínuo de ordens de serviço Mineração de dados Busca automática em bancos de dados por padrões e relacionamentos significantes Construção de compilares Erlang é uma linguagem (funcional ) criada pela Ericsson cuja primeira versão foi feita em Prolog Paulo H. R. Gabriel (FACOM/UFU) Programação Lógica 21 de agosto de / 24

7 Modelo Geral de Programas Prolog 1 Descrever a situação de interesse 2 Fazer uma pergunta 3 Prolog deduz logicamente novos fatos sobre a situação que nós descrevemos 4 Prolog exibe suas deduções como respostas Paulo H. R. Gabriel (FACOM/UFU) Programação Lógica 21 de agosto de / 24

8 Consequência Pensar declarativamente, não procedimentalmente Desafiador Requer uma mentalidade diferente Linguagem de alto nível Não tão eficiente quanto C Boa para prototipagem rápida Útil em muitas aplicações de inteligência artificial (IA) Paulo H. R. Gabriel (FACOM/UFU) Programação Lógica 21 de agosto de / 24

9 Estrutura de um Programa Prolog Todo programa Prolog é baseado em: 1 Fatos 2 Regras 3 Consultas Paulo H. R. Gabriel (FACOM/UFU) Programação Lógica 21 de agosto de / 24

10 Estrutura de um Programa Prolog Fatos São entendidos como relações entre objetos Constituem afirmações que são feitas ao Prolog São verdades nas quais Prolog irá se basear para responder às consultas solicitadas Paulo H. R. Gabriel (FACOM/UFU) Programação Lógica 21 de agosto de / 24

11 Estrutura de um Programa Prolog Regras Uma regra é a especificação de algo que pode ser verdadeiro se algumas condições forem satisfeitas Regras são compostas de duas partes: condição (direita) e conclusão (esquerda) Paulo H. R. Gabriel (FACOM/UFU) Programação Lógica 21 de agosto de / 24

12 Estrutura de um Programa Prolog Consultas Questionamentos que serão respondidos quando os fatos e as regras são avaliados Utilizamos variáveis, expressadas em letras maiúsculas Paulo H. R. Gabriel (FACOM/UFU) Programação Lógica 21 de agosto de / 24

13 Estrutura de um Programa Prolog Observação O conjunto de todos os fatos e todas as regras de um programa Prolog é chamado base de conhecimento Paulo H. R. Gabriel (FACOM/UFU) Programação Lógica 21 de agosto de / 24

14 Exemplo Um exemplo clássico: construir uma árvore genealógica Paulo H. R. Gabriel (FACOM/UFU) Programação Lógica 21 de agosto de / 24

15 Exemplo Fatos: relação Fulano é progenitor de Sicrano. Regras: Sicrano é filho de Fulano SE Fulano é progenitor de Sicrano. Consultas: Quem é progenitor de Bumi? Quem é filho de Kya Paulo H. R. Gabriel (FACOM/UFU) Programação Lógica 21 de agosto de / 24

16 Mais Alguns Conceitos Considere o seguinte base de conhecimento feliz ( vicente ). feliz ( maria ). escuta_musica ( bruno ). escuta_musica ( maria ) :- \+ feliz ( maria ). tocaviolao ( vicente ) :- escuta_musica ( vicente ), feliz ( vicente ). tocaviolao ( bruno ) :- escuta_musica ( bruno ); feliz ( bruno ). Paulo H. R. Gabriel (FACOM/UFU) Programação Lógica 21 de agosto de / 24

17 Mais Alguns Conceitos Essa base de conhecimento anterior possui: Seis cláusulas: três fatos e três regras O final de uma cláusula é sempre marcado com um ponto final Três predicados: feliz, escuta_musica e tocaviolao Um operador de conjunção (vírgula) Indica que, para tocar violão, Vicente deve escutar música e ser feliz Um operador de disjunção (ponto-e-vírgula) Indica que, para tocar violão, Bruno deve escutar música ou ser feliz Um operador de negação (\+) Indica que, para escutar música, Maria não deve ser feliz O operador (:-) representa uma implicação ou uma condição É sempre usado para construir regras Paulo H. R. Gabriel (FACOM/UFU) Programação Lógica 21 de agosto de / 24

18 Mais Alguns Conceitos Observação Predicados podem ter zero ou mais argumentos Nesse caso, chamamos o número de argumentos de aridade Representamos por nome_do_predicado/n, onde n é a aridade Exemplos: feliz ( maria ). % Aridade 1, ou feliz /1 gosta ( joão, música ). % Aridade 2, ou gosta /2 chovendo. % Aridade 0, ou chovendo /0 Paulo H. R. Gabriel (FACOM/UFU) Programação Lógica 21 de agosto de / 24

19 Variáveis em Prolog Considere a seguinte base de conhecimento: gosta ( joao, peixe ). gosta ( joao, maria ). gosta ( maria, livro ). gosta ( pedro, livro ). gosta ( maria, flor ). gosta ( maria, vinho ). Paulo H. R. Gabriel (FACOM/UFU) Programação Lógica 21 de agosto de / 24

20 Variáveis em Prolog Execute as seguintes consultas, mostrando todas as soluções alternativas:?- gosta ( maria,x).?- gosta (X, livro ).?- gosta ( Quem, Oque ).?- gosta (X,Y).?- gosta (X,X).?- gosta (_a,_b).?- gosta (A, peixe ). Paulo H. R. Gabriel (FACOM/UFU) Programação Lógica 21 de agosto de / 24

21 Variáveis em Prolog Observações Note que nomes de predicados e objetos são escritos com iniciais minúsculas Variáveis são escritas com iniciais maiúsculas ou sublinhado (_) Para se verificar soluções alternativas, utilizamos ponto-e-vírgula após cada resultado Para interrompermos a busca por soluções, utilizamos ponto-final Paulo H. R. Gabriel (FACOM/UFU) Programação Lógica 21 de agosto de / 24

22 Variáveis em Prolog Considere a seguinte base de conhecimento: ama ( vicente, maria ). ama ( marcelo, maria ). ama ( coelho, abobrinha ). tem_ciumes (X,Y) :- ama (X,Z), ama (Y,Z). Execute as seguintes consultas, mostrando todas as soluções alternativas:?- mulher (X).?- ama ( marcelo,x), mulher (X).?- ama ( coelho,x), mulher (X).?- tem_ciumes ( marcelo,w). Paulo H. R. Gabriel (FACOM/UFU) Programação Lógica 21 de agosto de / 24

23 Linguagem Prolog Comentários em Prolog Comentários de linha: % Comentários de bloco: /*... */ Paulo H. R. Gabriel (FACOM/UFU) Programação Lógica 21 de agosto de / 24

24 Leitura Recomendada Luis, A. M. Palazzo, Introdução à Programação Prolog, Capítulo 2, Educat, Paulo H. R. Gabriel (FACOM/UFU) Programação Lógica 21 de agosto de / 24