Künstliche Intelligenz Einführung in Prolog
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- Martin Baum
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1 Künstliche Intelligenz Einführung in Prolog Stephan Schwiebert WS 2009/2010 Sprachliche Informationsverarbeitung Institut für Linguistik versität zu Köln
2 Backtracking
3 Backtracking uninformiertes, universelles Suchverfahren (trial and error) fester Bestandteil von Prolog Implementiert Tiefensuche in Bäumen Findet garantiert eine Lösung (falls eine Lösung existiert)
4 Backtracking: Beispiel Wegsuche Gesucht ist ein Weg vom zur. (nach König/Seifert 1989: Kap. 5.3, etwas modifiziert)
5 Backtracking: Beispiel Wegsuche An jeder Kreuzung gibt es Alternativen, die evtl. zum Ziel führen. (nach König/Seifert 1989: Kap. 5.3, etwas modifiziert)
6 Backtracking: Beispiel Wegsuche Daraus lässt sich eine Baumstruktur erzeugen, in der jeder Knoten einer Kreuzung entspricht, und in der jeder Knoten als Kind-Knoten die erreichbaren Kreuzungen enthält. (nach König/Seifert 1989: Kap. 5.3, etwas modifiziert)
7 Backtracking: Beispiel Wegsuche Friedrich / Lautenschlager Friedrich/
8 Backtracking: Beispiel Wegsuche Friedrich / Lautenschlager Friedrich/ Ein Backtracking-Algorithmus expandiert den aktuellen Knoten, wählt ein Kind und setzt dieses als neuen aktuellen Knoten ein. So wird rekursiv der Baum von der Wurzel bis zu einem Blatt durchlaufen (Tiefensuche).
9 Backtracking: Beispiel Wegsuche Friedrich / Lautenschlager Friedrich/
10 Backtracking: Beispiel Wegsuche Friedrich / Lautenschlager Friedrich/
11 Backtracking: Beispiel Wegsuche Friedrich / Lautenschlager Friedrich/
12 Backtracking: Beispiel Wegsuche Friedrich / Lautenschlager Friedrich/ Sollte ein gefundenes Blatt kein Zielknoten sein (Wegsuche endet in Sackgasse), so wird der Vaterknoten des aktuellen Knoten besucht und mit dem nächsten, noch nicht besuchten Kind weitergearbeitet. Sind keine Kinder mehr vorhanden, wird zurück zum Vater des Vaters gesprungen etc...
13 Backtracking: Beispiel Wegsuche Friedrich / Lautenschlager Friedrich/......
14 Backtracking: Beispiel Wegsuche Friedrich / Lautenschlager Friedrich/......
15 Backtracking: Beispiel Wegsuche Friedrich / Lautenschlager Friedrich/......
16 Backtracking: Beispiel Wegsuche Friedrich / Lautenschlager Friedrich/......
17 Backtracking: Beispiel Wegsuche Friedrich / Lautenschlager Friedrich/......
18 Backtracking: Beispiel Wegsuche Friedrich / Lautenschlager Friedrich/......
19 Backtracking & fikation Wird im Backtracking-Baum ein Schritt Richtung zur Wurzel zurückgelegt, werden alle Variablen, die zuvor in diesem Schritt unifiziert wurden, wieder frei.
20 Praxis: Wegsuche ort(bahnhof). ort(uni). ort(krieg, friedrich). ort(krieg, kronen). ort(friedrich, kronen). ort(lautenschlager, kronen). ort(krieg, keppler). weg(ort(bahnhof), ort(krieg,friedrich)). weg(ort(bahnhof), ort(lautenschlager,kronen)). weg(ort(krieg,friedrich), ort(friedrich,kronen)). weg(ort(lautenschlager,kronen), ort(friedrich,kronen)). weg(ort(friedrich,kronen), ort(krieg,kronen)). weg(ort(friedrich,kronen), ort(uni)). weg(ort(krieg,kronen), ort(krieg,keppler)). weg(ort(krieg,keppler), ort(uni)). % Gesucht: Prädikat % wegsuche(x,y) :-??? % Aufruf: wegsuche(ort(bahnhof), ort(uni)).
21 Praxis: Wegsuche in Prolog Problem: Prolog sagt Yes, schön wäre jedoch eine Beschreibung des gesuchten Weges... Lösung: Build-In-Prädikate nl/0 und write/1 nl/0 gibt einen Zeilenumbruch aus write/1 gibt einen Term aus, z.b. write('hallo'), write(' '), write('welt').
22 Praxis: Wegsuche in Prolog Erweitern Sie das Programm zur Wegsuche mit Hilfe von nl/0 und write/1 um eine Ausgabe. nl/0 gibt einen Zeilenumbruch aus write/1 gibt einen Term aus, z.b. write('hallo'), write(' '), write('welt').
23 Praxis: Wegsuche in Prolog Lösung: ort(bahnhof).... weg(ort(bahnhof), ort(krieg,friedrich)). wegsuche(x, Y) :- weg(x, Y), nl, write('von '), write(x), write(' nach '), write(y), nl. wegsuche(x, Y) :- weg(x, Z), wegsuche(z, Y), write('von '), write(x), write(' nach '), write(z), nl.
24 Listen
25 Prologs Datenstruktur: Liste syntaktisch durch [] markiert einzelne Elemente durch Kommata getrennt (Im Vergleich zu Java/C++) ungewöhnlicher Zugriff: Nur Zugriff auf erstes Element (Head) und Rest (Tail) Können beliebigen Inhalt speichern Beispiele: [peter, otto, petra, hans] [peter, sterblich(otto), X, 2] [] [peter, [otto, petra], [maria, sterblich(otto), [X]]]
26 Prologs Datenstruktur: Liste Anwendung: Als Argument in einer Regel: printitems([a,b,c]) :- write(a), write(b), write(c). Aufruf der Regel: printitems([x,y,z]). aber nicht: printitems([x,y]). printitems([x1,x2,x3,x4]).
27 Prologs Datenstruktur: Liste Anwendung: Als Argument in einer Regel: printitems([a,b,c Rest]) :-... die ersten drei Elemente werden direkt referenziert Tail (kann leer sein), ist immer eine Liste! Listenkonstruktor, trennt Head bzw. Anfangs-Elemente und Tail
28 Prologs Datenstruktur: Liste direkte Zuweisungen: X = [a [b,c] ]. [X Y] = [a,b,c]. [X Y] = [[a],b,c].
29 Prologs Datenstruktur: Liste Übliche Vorgehensweise zum Durchlaufen einer Liste: durchlaufen([]). // leere Liste als // Abbruchbedingung durchlaufen([head Tail]) :-... // Irgendwas mit Head machen durchlaufen(tail).
30 Prologs Datenstruktur: Liste Ausgabe aller Elemente einer Liste: durchlaufen([]). // leere Liste als // Abbruchbedingung durchlaufen([head Tail]) :- write(head), durchlaufen(tail).
31 Praxis: Suche nach einem Element Schreiben Sie ein Prädikat contains(x,liste) :- das yes meldet, wenn X in der Liste enthalten ist, und sonst scheitert.
32 Praxis: Suche nach einem Element contains(x,[x _]). // Abbruchbedingung contains(x,[h R]) :- contains(x,r).
33 Praxis: Element hinzufügen Schreiben Sie ein Prädikat prependelement(x, L, NeueListe) :- das das Element X der Liste L vorne hinzufügt und das Ergebnis als NeueListe zurückliefert.
34 Praxis: Element hinzufügen Schreiben Sie ein Prädikat prependelement(x, L, NeueListe) :- das das Element X der Liste L vorne hinzufügt und das Ergebnis als NeueListe zurückliefert. Lösung: prependelement(x,[],[x]). prependelement(x,liste,[x Liste]).
35 Praxis: Element hinzufügen Schreiben Sie ein Prädikat appendelement(x, L, NeueListe) :- das das Element X der Liste L am Ende hinzufügt und das Ergebnis als NeueListe zurückliefert.
36 Praxis: Liste umkehren Schreiben Sie ein Prädikat reverselist(l, NeueListe) :- das dafür sorgt, dass die Elemente der Liste L in umgekehrter Reihenfolge auf NeueListe abgelegt werden. Tipp: Evtl. lässt sich dafür das Prädikat appendelement/3 nutzen!
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