В разд. 7.9 мы рассмотрим некоторые общие процедуры поиска по графу, в том числе программу, находящую кратчайший путь.
Упражнение 7.2. Допишите вышеприведенную программу так, чтобы она печатала такие сообщения, как «входим в комнату X» и «телефон найден в комнате Y», подставляя в них соответствующие номера комнат.
Упражнение 7.3. Может ли эта программа находить альтернативные пути? Если да, то где нужно «отсечь», чтобы избежать нахождения более чем одного пути?
Упражнение 7.4. Чем определяется порядок, в котором просматриваются комнаты?
7.3. Ханойские башни
Ханойские башни - это игра, в которой используются три штыря и набор дисков. Все диски различаются диаметром и нанизываются на штыри через отверстие в центре каждого диска. Первоначально все диски находятся на левом штыре. Цель игры состоит в том, чтобы переместить все диски на центральный штырь. Правый штырь можно использовать как «запасной» для временного размещения дисков. При каждом перемещении диска с одного штыря на другой должны соблюдаться два ограничения: перемещать можно только самый верхний диск на штыре, и, кроме того, нельзя ставить диск на другой диск меньшего размера.
Многим из тех людей, которые играют в эту игру, практически никогда не удается обнаружить весьма простую стратегию, позволяющую успешно играть в Ханойские башни с тремя штырями и N дисками. Чтобы не утомлять вас поисками решения этой задачи, мы откроем его:
• Граничное условие выполняется в случае, когда на исходном (левом) штыре нет дисков.
• Переместить N-1 дисков с исходного штыря на запасной (правый) штырь, используя итоговый штырь как запасной; отметим, что это перемещение осуществляется рекурсивно.
• Переместить один диск с исходного штыря на итоговый штырь. В этом месте наша программа будет выдавать сообщение об этом перемещении.
• Наконец, переместить N-1 дисков с запасного на итоговый, используя исходный штырь в качестве запасного.
Пролог-программа, реализующая данную стратегию, определяется следующим образом. Определяется предикат ханой с одним аргументом, такой, что xaной(N) означает выдачу сообщений о последовательности перемещений, когда на исходном штыре находится N дисков. Из двух утверждений предиката переместить один задает граничное условие, которое сформулировано выше, а второй – реализует рекурсивные случаи. Предикат переместить имеет четыре аргумента. Первый аргумент – это число дисков, которые нужно переместить. Три другие представляют исходный, итоговый и запасной штыри для перемещения дисков. Предикат сообщить использует предикат write для печати названий штырей, участвующих в перемещении диска.
xaной(N):- переместить(N, левый,средний,правый).
переместить(О,_,_,_):-!.
переместить(N, А,В,С):-М is N-1,переместить(М,А,С,В),сообщить(А,В), переместить(М,С,В,А).
сообщить(Х,Y):-write([переместили,диск,со,штыря,Х,на, штырь,Y]),nl.
7.4. Справочник комплектующих деталей
В главе 3 мы рассматривали программу, выдающую на печать список деталей, необходимых при сборке некоторого узла на основе справочника комплектующих деталей. В данном разделе мы усовершенствуем эту программу, будем учитывать количество деталей путем суммирования числа требуемых деталей по мере перехода от узлов к их составляющим. Кроме того, усовершенствованная программа правильно обрабатывает повторения; процедура собрать устраняет повторения при суммировании для каждой из требуемых деталей перед тем, как ответ выдается на печать.
Организация базы данных справочника сходна с тем, что описано в гл. 3. Сборочный узел представлен в виде списка структур вида чис(X, Y), где X – это имя некоторой детали (простой детали или узла), a Y – необходимое количество таких деталей. Ниже перечислены все предикаты измененной программы с указанием их назначения:
Деталиузла(А): выдает на печать список всех простых деталей, требующихся для сборки узла А, и количество каждой детали.
Деталиузлов(N,X,P): P - это список структур чис(Дет, Кол), где Дет - это название детали, а Кол - это количество таких деталей, требующихся для сборки каждого из экземпляров узлов X. N - целое, а X – атом, представляющий название некоторой детали.
Деталировка(N,S,Р): Р - это, как и выше, список структур чис, требующихся для сборки всех узлов, представленных элементами списка S; N задает число экземпляров списка S, N – целое; S – список структур чис.
Собрать(Р, А): Р и А – списки структур чис. А – это список, составленный из тех же элементов, что и Р, но без повторений одной и той же детали. Причем количество каждой детали, указанное в списке А, совпадает с суммой всех повторений этой детали в списке Р. Предикат собрать мы используем для того, чтобы собрать несколько описей наборов одинаковых деталей в одну опись. Например, 3 винта, 4 шайбы и 4 винта собираются вместе, давая 7 винтов и 4 шайбы.
Дособрать(Х,М, L,O,N) : L и О - это списки структур, чис, О – это список всех элементов списка L, в состав которых не входит деталь X; X – это атом, задающий название некоторой детали; N – это общее количество X в списке L, сложенное с М; М – это целое число, которое используется для суммирования количеств X в L и передается как аргумент в каждом вызове дособрать. При выходе из рекурсии, который обеспечивается выполнением граничного условия, М возвращается как N.
Вывдеталейузла(Р): Р – это список структур чис, который выдается на печать по одной структуре на строке вывода. Цель put(9) выводит литеру с кодом ASCII=9, что соответствует горизонтальной табуляции. С предикатом присоединить мы уже неоднократно встречались ранее.
Полностью Пролог-программа выглядит так:
деталиузла(Т):-деталиузлов(1,Т,Р), co6paть(P,Q), вывдеталейузла(Q).
деталиузлов(N,Х,Р):-узел(Х,S), деталировка(N,S,Р).
деталиузлов(N,Х, [чис(Х,N)]):- деталь(Х).
деталировка(_, [], []).
деталировка(N, [чис(Х, Число) |L],T):-М is N * Число, деталиузлов(М,Х,Хдетали),деталировка (N, L,Остдетали,Т),присоединить(Хдетали,Остдетали,Т).
собрать([],[]).
coбpaть([чис(X,N)|R],[чис(X,Nитог)|R2]):-дособрать(Х,N,R,O,Nитог),собрать(О,R2).
досo6paть(_,N,[],[],N).
дособрать(Х,N,[чис(Х,Число)|Oст],Прочие,Nитог):-!,М is N+Число, дособрать(Х,М,Ост,Прочие,Nитог).
дособрать(Х,N,[Друг|Ост],[Друг|Прочие],Nитог):-дособрать(Х, N, Ост, Прочие, Nитог).
вывдеталейузла([]).
вывдеталейузла([чис(Х,N)|R):-tab(4),write(N),put(9),write(X),nl, вывдеталейузла(R).
7.5. Обработка списков
В этом разделе мы рассмотрим некоторые основные предикаты, полезные при работе со списками. Поскольку Пролог позволяет работать с произвольными структурами данных, списки не могут играть в нем той незаменимой роли, какая им отводится в других языках программирования, таких, как Лисп и Поп-2. Однако независимо от того, будут или не будут использоваться списки в ваших программах, всегда важно представлять себе, как работают предикаты, определения которых рассматриваются в данном разделе, поскольку они основаны на принципах, которые применимы при работе с любыми структурами данных.
Нахождение последнего элемента списка: Цель последний(X, L) согласуется с базой данных, если элемент X является последним элементом списка L. Граничное условие выполняется, когда список L содержит только один элемент. Это условие проверяется первым правилом. Второе правило задает общий рекурсивный случай:
последний(Х,[Х]).
последний(Х,[_,|Y]):- последний(Х,Y).
?- последний(Х,[talk,of,the,town]).
X = town
Проверка порядка следования элементов: Цель следомза(Х, Y, L) согласуется с базой данных, если элементы X и Y являются последовательными элементами списка L. Особенности работы переменных допускают, чтобы или X, или Y, или обе переменные были неконкретизированы перед попыткой согласовать цель. В первом утверждении, которое проверяет граничное условие, должно быть также предусмотрено, что после X и Y в списке могут быть другие элементы. Этим объясняется появление анонимной переменной, в которой сохраняется хвост списка:
следомза(Х,Y,[Х,Y|_]).
