Transcript 강의 교안 - 연대과학기술대학

Artificial Intelligence
Chapter 12
Prolog
김성신
컴퓨터전자통신학부
연변과학기술대학교
Prolog 개요
논리 프로그래밍 언어
 Prolog는 범용 언어가 아니라 predicate calculus를 사
용한 논리 문제를 효과적으로 표현하기 위하여 개발
된 것이다.
 1970년대에 프랑스 마르세유 대학의 콜메로에
(A. Colmerauer)와 P. Roussel이 수학 논리에 기반을 둔
프로그래밍 언어인 Prolog를 개발하였다.

2
Prolog 특징

주어진 사실을 선언하고, 원하는 문제를 질의하는 형식.
Prolog 프로그램은 정보와 추론 규칙만을 기술하고, 실
행순서를 기술하지 않으므로, 초고급언어(혹은 5세대 언
어)라고 일컬어진다.

Prolog는 인공지능 분야에서 효과적으로 사용되었으나,
큰 프로그램의 경우에 프로그램 수정이 어렵고 실행시
간이 오래 걸린다는 단점이 있다.
3
Prolog 설치

설치 Prolog
 SWI-Prolog

SWI-Prolog site
 http://www.swi.psy.uva.nl/projects/SWI-Prolog/

SWI-Prolog 설치
 W32PL5213 응용프로그램 아이콘을 누른다.
 모든 물음 항목에 대해서 "OK"를 누른다.
4
Prolog 실행

Prolog 프로그램을 작성한다.
 메모장을 이용한다.
 확장자는 PL이다.

Prolog 프로그램을 더블 클릭한다.
직접 입력하려면
?-[user].하고 나서
|: 상태 될 때 직접 입력할 것.

^ D 누르면 ?-로 복귀
5
Prolog 구성 요소
객체
 관계
 변수
 논리곱
 사실과 규칙

6
사실
가장 단순한 종류의 문을 사실(fact)이라 하며, 사실은 객체 간
의 성립하는 관계를 기술하는 수단.
 "John이 Mary를 좋아한다."는 사실을 Prolog에서는 다음과 같
이 표현한다.

likes(john, mary).
모든 관계와 객체들의 이름은 반드시 소문자로 써야 한다.
 관계를 먼저 쓰고, 객체들은 쉼표로 구분하며, 괄호로 묶어야
한다.
 "."이 사실의 끝에 나타나야 한다.

7
사실
valuable(gold).
 금은 귀중하다.
female(jane).
 Jane은 여성이다.
owns(john, gold).
 John이 금을 소유하고 있다.
father(john, mary).
 John은 Mary의 아버지이다.
gives(john, book, mary).
 John이 Mary에게 책을 주었다.
8
질문

어떤 사실을 갖게 되면, 그에 대한 여러 질문을 할 수 있다.
?- owns(mary, book).

질문이 주어지면 사실로 이루어진 데이터베이스를 탐색하여
사실과 부합하면 Yes라고 반응하고 그렇지 않으면 No라고 반
응한다.
9
질문
<예제 9>
likes(joe, fish).
likes(joe, mary).
likes(mary, book).
likes(john, book).
?- likes(joe, money).
No
?- likes(mary, joe).
No
?- likes(mary, book).
Yes
<예제 9>를 실행해 보자. 사실을 입력하고 다양한 질문을 하기 바
란다.
10
변수

사실에서 객체가 무엇인지를 알기 원할 때는 변수 X
를 사용한다.
?- likes(john, X).

X에 해당하는 여러 개의 객체가 있을 경우에는 “ ; "
를 입력하여 다른 객체를 계속 찾는다는 것을 나타낸
다.
11
변수
<예제 10>
likes(joe, fish).
likes(mary, book).
likes(mary, flower).
?- likes(joe, X).
X = fish
Yes
?- likes(mary, X).
X = book ;
X = flower ;
No
<예제 10>실행. 사실을 입력하고 다양한 질문을 하기 바란다.
12
논리곱

단순 명제를 논리곱으로 합성하여 합성 명제에 대한
질문을 할 수 있다.(“,” 사용, 목표들이 or로 결합되는
경우 ‘;’로 표시)
?- likes(john, mary), likes(mary, john).

논리곱을 이용한 질문에 변수를 사용할 수도 있다.
?- likes(john, X), likes(mary, X).
13
논리곱
<예제 11-1> 4명의 남학생과 3명의 여학생을 짝짓기하기. 가능한 모든
해를 구할 것.
possible_pair(X,Y):-boy(X), girl(Y).
boy(영수).
boy(철수).
boy(학민).
boy(호섭).
girl(영희).
girl(려화).
girl(해려).
질의 ?- possible_pair(X,Y).
14
논리곱 (2)
<예제 11-2>
likes(mary, food).
likes(mary, wine).
likes(john, mary).
likes(john, wine).
?- likes(mary, john), likes(john, mary).
No
?- likes(mary, X), likes(john, X).
X = wine
Yes
<예제 11>실행. 사실을 입력하고 논리곱이 있는 질문을 하기 바
란다.
15
논리곱 – 답을 찾아 가는 과정
16
규칙
규칙(rule)은 어떤 사실이 다른 사실들의 모임에 의존한다는 것
을 말하고 싶을 때 사용한다.
 예를 들어 "John은 와인을 좋아하는 사람은 누구나 좋아한다."
라고 할 때 다음과 같이 Prolog 규칙을 작성할 수 있다.

likes(john, X) :- likes(X, wine).
규칙을 나타내는 기호인 ":-"는 if로 발음하고 해석하면 된다.
 또 다른 예로는 "John은 와인을 좋아하는 어떤 여성도 좋아한
다."는 다음과 같이 작성한다.

likes(john, X) :- female(X), likes(X, wine).
17
규칙
<예제 12>
male(albert).
male(edward).
female(alice).
female(victoria).
parents(edward, victoria, albert).
parents(alice, victoria, albert).
sister_of(X, Y) :- female(X), parents(X, M, F), parents(Y, M, F).
?- sister_of(alice, edward).
Yes
?- sister_of(alice, X).
X = edward
Yes
<예제 12>실행. 사실을 입력하고 논리곱이 있는 질문을 하기 바란다.
18
간단한 산술 연산

+(7, X)
 A is B / 17 + C.
 Sum is Sum + Number. (유효하지 않음)
 예
add_em_up(X,Y,Sum):- Sum is X+Y.
multiply_em(X,Y,Product):- Product is X*Y.
질의 add_em_up(35,24,Sum).
결과 Sum = 59
19
간단한 산술 연산 예

우리는 어떤 특별한 자동차 경주 트랙에서 여러 자동차의 평균 속도와
그 트랙에 있는 자동차의 총 시간을 알고 있다고 가정하자. 이 기본 정
보는 사실로 코딩되고, 속도, 시간, 거리 사이의 관계는 규칙으로 다음
과 같이 작성된다.
speed (ford, 100).
speed (vlovo, 80).
speed (chevy, 105).
speed (dodge, 95).
time (ford, 20).
time (chevy, 21).
time (dodge, 24).
time (volvo, 24).
distance (X, Y) :- speed (X, Speed),
time (X, Time),
Y is Speed * Time.
distance (chevy, Chevy_Distance). 로 질의
20
가족 관계 탐색
<예제 13-1>
male(albert).
male(edward).
female(alice).
female(victoria).
parents(edward, victoria, albert).
parents(alice, victoria, albert).
sister_of(X, Y) :- female(X), parents(X, M, F), parents(Y, M, F).
 가족 관계를 나타내는 다양한 규칙을 만들어 보라.
21
가족 관계 탐색
<예제 13-3>
father(cheolsu, youngduk). /* 사실 */
father(youngsu, youngduk).
father(youngduk, youngho).
father(hoduk, youngho).
father(minhee, youngmin).
father(minyoung, youngmin).
mother(younghee, minhee).
mother(youngsun, minhee).
male(cheolsu).
male(youngduk).
male(hoduk).
male(youngho).
male(youngmin).
male(minyoung).
female(younghee).
female(minhee).
female(youngsun).
parents(M, X, Y):-father(M, X),
/*규칙*/
mother(M, Y).
parent(M, Y) :- father(M,Y).
brother(X, Y):-male(Y),
father(X, P),
father(Y, P),
X<>Y.
sister(X, Y):-female(Y),
father(X, P),
father(Y, P),
X<>Y.
uncle(X,Y):-father(X,P),
brother(P,Y).
uncle(X,Y):-mother(X,P),
brother(P,Y).
grandfather(X,Y):-father(X,P),
father(P,Y).
grandmother(X,Y):-mother(X,P),
father(P,Y).
* 누가 누구의 할아버지인가? 질의 사용
22
삼단 논법
<예제 14>
man(socrates).
mortal(X) :- man(X).

다양한 삼단 논법을 작성하여 보아라.
[참고문헌]
W.F.Clocksin, C.S.Mellish, Programming in Prolog, Springer-Verlag,
1981
23
백트랙킹(backtracking)
Prolog는 주어진 목표에 만족하는 답을 모두 찾음
 목표가 만족되는 경우 다른 답을 찾기 위해, 목표가 만족되지
않는 경우 만족되는 답을 찾기 위해 데이터베이스를 다시
탐색 : 되돌림(backtracking)

24
백트랙킹
<예제 15-1> turbo-prolog syntax
predicates
boy(symbol)
girl(symbol)
possible_pair(symbol, symbol)
clauses
boy(john).
boy(mark).
boy(ted).
boy(andy).
girl(sandy).
girl(alice).
girl(mary).
possible_pair(X, Y) :- boy(X), girl(Y).
goal
possible_pair(X, Y).
25
백트랙킹
<예제 15-2>
predicates
boss(symbol, symbol)
clauses
boss(dick, harry).
boss(tom, dick).
boss(ann, mary).
boss(mary, harry).
goal
boss(X, Y), boss(Y, Z).
X = tom, Y = dick, Z= harry
X = ann, Y = mary, Z = harry
2 Solutions
26
백트랙킹

Backtracking with rules
<예제 15-3>
clauses
department(tom, sales).
department(harry, production).
manager(dick, sales).
manager(mary, production).
boss(B, E) :- department(E, D), manager(B, D).
goal
boss(X, Y).
X= dick Y= tom
X = mary Y = harry
2 Solutions
c.f.) !을 포함하는 경우
boss(B,E) :- department(E, D), manager(B, D), !.
27
컷(cut)과 fail

컷(cut)
- Backtracking을 통해 다른 해를 구하는 것을 막을 필요가 있을
때 사용(backtracking 방지)
- 원하는 해를 찾은 후에 더 이상 다른 해를 찾는 것이 불필요할 때
사용
- !로 표시
28
컷(cut)과 fail
<예제 16-1>
predicates
temperature(integer, symbol)
clauses
temperature(X, normal) :- X <= 25.
temperature(X, warm) :- X < 30.
temperature(X, warning) :- X > 35.
goal
temperature(20, Y).
Y = normal
Y = warm
2 Solutions
29
컷(cut)과 fail
* cut(!)을 삽입한 경우 :temperature(X, normal) :- X <= 25, !
goal
temperature(20, Y).
Y = normal
1 Solution
30
컷(cut)과 fail

fail
- 부 목표가 있을 때 backtracking을 발생시키려면 fail을 사용.
- backtracking을 강제로 시켜 줌
31
컷(cut)과 fail
<예제 16-2>
domains
name = symbol
predicates
father( name, name)
everybody
clauses
father(leonard, katherine).
father( carl, jason).
father(carl, marilyn).
everybody :father(X, Y),
write(X),write(' is '),write(Y),
write(' ''s father.'),nl,
fail.
goal
everybody.
leonard is katherine’s father.
carl is jason’s father.
carl is marilyn’s father.
* fail이 없는 경우
goal
everybody.
leonard is katherine’s father
* 부목표가 없는 경우(자동
으로 backtracking)
goal
father(X, Y).
X = leonard, Y = Katherine
X = carl, Y = jason
X = carl, Y = marilyn
32
재귀적 구조

규칙의 머리가 같은 규칙의 몸체에도 나타나는 구조
<예제 17-1>
predicates
sum_to(integer, integer)
clauses
sum_to(1,1) :- !.
sum_to (N, Res) :- N1 = N-1, sum_to (N1, Res1),
Res = Res1+N.
goal
sum_to (5, X) .
X = 15
33
선택구조

CASE나 IF-THEN-ELSE와 비슷한 기능을 갖는 program
<예제 18>
predicates
classify(integer, symbol)
clauses
classify(0, zero).
classify(X, negative) :- X < 0.
classify(X, positive) :- X > 0.
goal
classify(5, What).
What = positive.
1 Solution
34
재귀적 구조
<예제 17-2>
predicates
factorial(integer,integer)
clauses
factorial(1,1).
factorial(N, A) :N1 = N-1,
factorial(N1, A1), A = N * A1.
goal
factorial(5, X).
X = 120
35
리스트

리스트의 구성 및 표현
리스트 : ordered sequence of elements
비수치의 응용분야 프로그래밍을 위한 자료구조
리스트의 원소 : 상수, 변수, 구조, 다른 리스트
(ex)
List
Head
Tail
[a, b, c, d]
a
[b, c, d]
[a]
a
[]
[ ]
no head
[]
[[the, cat], sat]
[the, cat]
[sat]
[the, [cat, sat]]
the
[[cat, sat]]
[the, [cat, sat], down]
the
[[cat, sat], down]
[X+Y, x+y]
X+Y
[x+y]
36
리스트

(1)
리스트의 기본 술어
리스트의 생성
<예제 19-1>
domains
list = integer*
predicates
make_list(integer, list, list)
clauses
make_list(Head, List, [Head|List]).
goal
make_list(1, [2,3], New_list).
New_list = [1,2,3]
37
리스트
(2) 리스트의 결합
<예제 19-2>
domains
list = symbol*
predicates
append(list,list, list)
clauses
append([ ], L, L).
append([X|L1], L2, [X|L3]) :- append(L1, L2, L3).
goal
append([a,b,c], [d,e,f], L).
L =[“a”, “b”, “c”, “d”, “e”, “f”]
38
리스트
(3) 리스트의 반전
<예제 19-3>
domains
list = symbol*
predicates
reverse(list, list)
reverse1(list, list, list)
clauses
reverse(L1, L2) :- reverse1(L1, [ ], L2).
reverse1([ ], L, L).
reverse1([X|L1], L2, L3) :- reverse1(L1, [X| L2], L3).
goal
reverse([a,b,c,d], L).
L = [d,c,b,a]
39
리스트
(4) 구성요소의 확인
<예제 19-4>
domains
list = symbol*
predicates
member(symbol, list)
clauses
member(X, [X| _ ]).
member(X, [ _ |Y]) :- member(X, Y).
goal
member(d, [a, b, c, d, e]).
goal
member(2, [3, a, 4, f]).
yes
no
40
리스트
(5) 리스트 선두에 추가
<예제 19-5>
domains
list = symbol*
predicates
cons(symbol, list, list)
clauses
cons(X, L, [X | L]).
goal
cons(a, [b, c, d, e], L).
L = [a, b, c, d, e]
41
리스트
(6) 리스트의 마지막 항 검색
<예제19-6>
domains
list = symbol*
predicates
last(symbol, list)
clauses
last(X, [X]).
last(X, [ _ | Y|]) :- last(X, Y).
goal
last(X, [talk, of, the, town]).
town
42
리스트
(6) 짝수 구하는 프로그램
리스트에서 짝수만 골라내는 프로그램을 작성하여라.
clauses
evennumbert(X, [X|_]) :- 0 is X mod 2.
evennumbert(X, [_|Y]) :- evennumber(X,Y).
goal
evennumber(X, [1,2,3,4,5]).
X=2;
X=4
43