Ермолаев Д.С., Москва
www.icreator.ru
09.04.2002
Программа на ПРОЛОГе оперирует с базой знаний, состоящей из фактов. Как правило, поиск решения идет с помощью перебора всех возможных фактов. Это может привести к значительным потерям времени. Поэтому, иногда необходимо отсортировать факты так, что бы программа начинала просмотр знаний с наилучшего варианта для ускорения поиска решения. Здесь предложен алгоритм сортировки фактов языка ПРОЛОГ. Алгоритм и его реализация на Visual Prolog 5.2 была сделана мною за 3 часа. Я не знаю какой это метод, потому как сам его придумал. Я слышал что есть метод с какими-то пузырьками, возможно это его подобие :)
------------------------------------
domains
ИмяЗаписи = string
НомерЗаписи, ЗначениеЗаписи = integer
МояЗапись=моя_запись(НомерЗаписи, ИмяЗаписи, ЗначениеЗаписи); пусто
database - мои_записи
мз(МояЗапись)
predicates
показать_мои_записи
значение_записи(МояЗапись,ЗначениеЗаписи)
запись_выбрать(МояЗапись З1, МояЗапись З2, МояЗапись Вставить, МояЗапись Наверх)
запись_вставить(МояЗапись)
сортировка(МояЗапись Вниз, МояЗапись Вверх) - (i,o)
сортировка
откат
clauses
откат:-fail.
% взять значение записи
значение_записи(моя_запись(_,_,Значение),Значение):-!.
% выбрать какую запись добавить, а какую передать наверх
запись_выбрать(Запись1,пусто,пусто,Запись1):-!.
запись_выбрать(Запись1,Запись2,Запись1,Запись2):-
значение_записи(Запись1,Значение1),
значение_записи(Запись2,Значение2),
Значение1>Значение2,
!.
запись_выбрать(Запись1,Запись2,Запись2,Запись1):-
!.
% вставить факт обратно в базу знаний
запись_вставить(пусто):-!.
запись_вставить(Запись):-
asserta(мз(Запись)),
!.
% сама сортировка
сортировка(ЗаписьВниз,ЗаписьНаверх):-
% выбрать запись из базы знаний
retract(мз(Запись1)),
% определить какую из записей передать вниз,
% а какую возможно вставить в этом предикате
запись_выбрать(ЗаписьВниз,Запись1,ЗаписьВниз1,ЗаписьВставить1),
% рекурсия сортировки вниз
сортировка(ЗаписьВниз1,Запись2),
% определить какую запись вставить обратно в знания
% а какую передать наверх
запись_выбрать(ЗаписьВставить1,Запись2,ЗаписьВставить,ЗаписьНаверх),
% выбранную запись на вставление - вставляем
запись_вставить(ЗаписьВставить),
!.
% конец фактов - запомним последний
сортировка(Запись,пусто):-
запись_вставить(Запись),
!.
показать_мои_записи:-
мз(Запись),
nl,write(Запись),
откат
показать_мои_записи:-!.
сортировка:-
сортировка(пусто,Запись),
запись_вставить(Запись),
показать_мои_записи,
!.
В базе знаний “проба.txt” содержатся факты в следующем виде и порядке:
мз(моя_запись(1,"я",23)).
мз(моя_запись(2,"ты",3)).
мз(моя_запись(3,"он",2)).
мз(моя_запись(4,"она",123)).
мз(моя_запись(5,"они",223)).
мз(моя_запись(6,"вы",213)).
мз(моя_запись(7,"кто",23)).
мз(моя_запись(8,"что",20)).
мз(моя_запись(9,"где",13)).
мз(моя_запись(10,"когда",12)).
мз(моя_запись(1,"я",5)).
мз(моя_запись(2,"ты",55)).
мз(моя_запись(3,"он",24)).
мз(моя_запись(4,"она",1)).
мз(моя_запись(5,"они",223)).
мз(моя_запись(6,"вы",33)).
мз(моя_запись(7,"кто",44)).
мз(моя_запись(8,"что",20)).
мз(моя_запись(9,"где",113)).
мз(моя_запись(10,"когда",4)).
Сначала нужно загрузить факты в память с помощью команды:
Goal consult("проба.txt",мои_записи).
После этого можно запускать сортировку фактов:
Goal сортировка. % отсортировать один раз
Надо заметить что сортировка за один раз не расставляет все факты полностью по возрастанию Значения факта: здесь предикат “сортировка” - это лишь одна итерация сортировки. Однако за одну итерацию сразу несколько фактов перемещаются на довольно длинное расстояние в списке фактов. После нескольких выполнений предиката “сортировка” факты будут полностью отсортированы. Дело в том, что чтобы оценить окончание сортировки нужно сделать дополнительный предикат, который бы перезапускал сортировку в случае не полной сортировки фактов.
Вот результаты сортировки входных фактов из файла “проба”:
Итерация 1. моя_запись(4,"она",1) моя_запись(2,"ты",3) моя_запись(3,"он",2) моя_запись(1,"я",23) моя_запись(4,"она",123) моя_запись(6,"вы",213) моя_запись(7,"кто",23) моя_запись(8,"что",20) моя_запись(9,"где",13) моя_запись(10,"когда",12) моя_запись(1,"я",5) моя_запись(2,"ты",55) моя_запись(3,"он",24) моя_запись(10,"когда",4) моя_запись(5,"они",223) моя_запись(6,"вы",33) моя_запись(7,"кто",44) моя_запись(8,"что",20) моя_запись(9,"где",113) моя_запись(5,"они",223) Итерация 2. моя_запись(4,"она",1) моя_запись(3,"он",2) моя_запись(2,"ты",3) моя_запись(10,"когда",4) моя_запись(1,"я",23) моя_запись(4,"она",123) моя_запись(7,"кто",23) моя_запись(8,"что",20) моя_запись(9,"где",13) моя_запись(10,"когда",12) моя_запись(1,"я",5) моя_запись(2,"ты",55) моя_запись(3,"он",24) моя_запись(8,"что",20) моя_запись(6,"вы",213) моя_запись(6,"вы",33) моя_запись(7,"кто",44) моя_запись(9,"где",113) моя_запись(5,"они",223) моя_запись(5,"они",223) Итерация 3 моя_запись(4,"она",1) моя_запись(3,"он",2) моя_запись(2,"ты",3) моя_запись(10,"когда",4) моя_запись(1,"я",5) моя_запись(1,"я",23) моя_запись(7,"кто",23) моя_запись(8,"что",20) моя_запись(9,"где",13) моя_запись(10,"когда",12) моя_запись(8,"что",20) моя_запись(2,"ты",55) моя_запись(3,"он",24) моя_запись(6,"вы",33) моя_запись(4,"она",123) моя_запись(7,"кто",44) моя_запись(9,"где",113) моя_запись(6,"вы",213) моя_запись(5,"они",223) моя_запись(5,"они",223) Итерация 4 моя_запись(4,"она",1) моя_запись(3,"он",2) моя_запись(2,"ты",3) моя_запись(10,"когда",4) моя_запись(1,"я",5) моя_запись(10,"когда",12) моя_запись(1,"я",23) моя_запись(8,"что",20) моя_запись(9,"где",13) моя_запись(8,"что",20) моя_запись(7,"кто",23) моя_запись(3,"он",24) моя_запись(6,"вы",33) моя_запись(7,"кто",44) моя_запись(2,"ты",55) моя_запись(9,"где",113) моя_запись(4,"она",123) моя_запись(6,"вы",213) моя_запись(5,"они",223) моя_запись(5,"они",223) Итерация 5 моя_запись(4,"она",1) моя_запись(3,"он",2) моя_запись(2,"ты",3) моя_запись(10,"когда",4) моя_запись(1,"я",5) моя_запись(10,"когда",12) моя_запись(9,"где",13) моя_запись(8,"что",20) моя_запись(8,"что",20) моя_запись(1,"я",23) моя_запись(7,"кто",23) моя_запись(3,"он",24) моя_запись(6,"вы",33) моя_запись(7,"кто",44) моя_запись(2,"ты",55) моя_запись(9,"где",113) моя_запись(4,"она",123) моя_запись(6,"вы",213) моя_запись(5,"они",223) моя_запись(5,"они",223)
Как видно, на пятой итерации все факты полностью отсортированы. Хотя можно было бы уже остановиться и на третьей итерации, ведь лучшие факты уже находились в начале базы знаний, а точность их сортировки не так и важна в данной задаче. Недостаток алгоритма в том, что если в фактах есть много записей с одинаковыми значениями, то сортировка каждый раз будет сдвигать такие факты на одно место вверх.
А вот более сложный алгоритм. Здесь устранён недостаток, описанный выше. И теперь одинаковые записи сортируются как одна запись: если две записи равны, то они собираются в список и далее путешествуют по сортировке вместе. Если далее встретится еще равная запись, то и она присоединится к списку. Таким образом, сортировка производится за несколько итераций вне зависимости от количества одинаковых фактов.
% пузырьки легкие всплывают, а тяжелые тонут % а пузырьки одинаковые - цепляются к друг дружке domainsИмяЗаписи = string НомерЗаписи, ЗначениеЗаписи = integer МояЗапись=моя_запись(НомерЗаписи, ИмяЗаписи, ЗначениеЗаписи); мои_записи(МоиЗаписи); пусто МоиЗаписи = МояЗапись* database - мои_записи мз(МояЗапись) predicates показать_мои_записи значение_записи(МояЗапись,ЗначениеЗаписи) запись_выбрать(МояЗапись З1, МояЗапись З2, МояЗапись Вставить, МояЗапись Наверх) запись_вставить(МояЗапись) записи_вставить(МоиЗаписи) сортировка(МояЗапись Вниз, МояЗапись Вверх) - (i,o) сортировка запись_выбрать_вниз(МояЗапись, МояЗапись, МояЗапись Вниз, МояЗапись) запись_выбрать_вверх(МояЗапись, МояЗапись, МояЗапись, МояЗапись Вверх) записи_сложить(МояЗапись,МояЗапись,МояЗапись) - (i,i,o) clauses % сложить две записи с одинаковым значением записи_сложить(Запись1,Запись2,мои_записи([Запись1,Запись2])):- !. % взять значение записи значение_записи(моя_запись(_,_,Значение),Значение):-!. значение_записи(мои_записи([Запись|_]),Значение):-значение_записи(Запись,Значение),!. % выбрать какую запись добавить, а какую передать далее запись_выбрать(Запись1,Запись2,Запись1,Запись2):- значение_записи(Запись1,Значение1), значение_записи(Запись2,Значение2), Значение1Значение2, !. запись_выбрать(Запись1,Запись2,Запись2,Запись1):-!. % если записи равны, то их обоих нужно собрать в список и тащить вниз запись_выбрать_вниз(Запись1,Запись2,ЗаписьВниз,пусто):- значение_записи(Запись1,Значение1), значение_записи(Запись2,Значение2), Значение1=Значение2, записи_сложить(Запись1,Запись2,ЗаписьВниз), !. % если не равны, то обычное сравнение запись_выбрать_вниз(пусто,Запись,Запись,пусто):-!. запись_выбрать_вниз(Запись,пусто,Запись,пусто):-!. запись_выбрать_вниз(Запись1,Запись2,ЗаписьВниз,ЗаписьВверх):- запись_выбрать(Запись1,Запись2,ЗаписьВниз,ЗаписьВверх), !. % если записи равны, то их обоих нужно собрать в список и тащить вверх запись_выбрать_вверх(Запись1,Запись2,пусто,ЗаписьВверх):- значение_записи(Запись1,Значение1), значение_записи(Запись2,Значение2), Значение1=Значение2, записи_сложить(Запись1,Запись2,ЗаписьВверх), !. % если не равны, то обычное сравнение запись_выбрать_вверх(Запись,пусто,пусто,Запись):-!. запись_выбрать_вверх(пусто,Запись,пусто,Запись):-!. запись_выбрать_вверх(Запись1,Запись2,ЗаписьВниз,ЗаписьВверх):- запись_выбрать(Запись1,Запись2,ЗаписьВниз,ЗаписьВверх), !. % вставить список записей записи_вставить([Запись|Записи]):- запись_вставить(Запись), записи_вставить(Записи), !. записи_вставить([]):-!. % вставить запись или список записей запись_вставить(пусто):-!. запись_вставить(мои_записи(Записи)):- записи_вставить(Записи), !. запись_вставить(Запись):- asserta(мз(Запись)), !. % сама сортировка фактов сортировка(ЗаписьВниз,ЗаписьНаверх):- % вытащить текущий факт из базы retract(мз(Запись1)), % посмотреть, что далее вниз пойдет запись_выбрать_вниз(ЗаписьВниз,Запись1,ЗаписьВниз1,ЗаписьВставить1), % вызвать рекурсию сортировки (продолжим далее) сортировка(ЗаписьВниз1,ЗаписьНаверх1), % посмотреть, что вернуть наверх, а что положить в базу знаний запись_выбрать_вверх(ЗаписьВставить1,ЗаписьНаверх1,ЗаписьВставить,ЗаписьНаверх), запись_вставить(ЗаписьВставить), !. % конец фактов - запомним последний сортировка(Запись,пусто):- запись_вставить(Запись), !. % для показа записей на экран показать_мои_записи:- мз(Запись1), nl,write(Запись1), откат. показать_мои_записи:-!. % вызов сортировки сортировка:- сортировка(пусто,Запись), запись_вставить(Запись), показать_мои_записи, % повторить, !. вот результаты сортировки: Итерация 1 Моя_запись(4,"она",1) моя_запись(2,"ты",3) моя_запись(3,"он",2) моя_запись(1,"я",23) моя_запись(4,"она",123) моя_запись(6,"вы",213) моя_запись(7,"кто",23) моя_запись(8,"что",20) моя_запись(9,"где",13) моя_запись(10,"когда",12) моя_запись(1,"я",5) моя_запись(2,"ты",55) моя_запись(3,"он",24) моя_запись(10,"когда",4) моя_запись(6,"вы",33) моя_запись(7,"кто",44) моя_запись(8,"что",20) моя_запись(9,"где",113) моя_запись(5,"они",223) моя_запись(5,"они",223) Итерация 2 моя_запись(4,"она",1) моя_запись(3,"он",2) моя_запись(2,"ты",3) моя_запись(10,"когда",4) моя_запись(1,"я",23) моя_запись(4,"она",123) моя_запись(7,"кто",23) моя_запись(8,"что",20) моя_запись(9,"где",13) моя_запись(10,"когда",12) моя_запись(1,"я",5) моя_запись(2,"ты",55) моя_запись(3,"он",24) моя_запись(8,"что",20) моя_запись(6,"вы",33) моя_запись(7,"кто",44) моя_запись(9,"где",113) моя_запись(6,"вы",213) моя_запись(5,"они",223) моя_запись(5,"они",223) Итерация 3 моя_запись(4,"она",1) моя_запись(3,"он",2) моя_запись(2,"ты",3) моя_запись(10,"когда",4) моя_запись(1,"я",5) моя_запись(1,"я",23) моя_запись(7,"кто",23) моя_запись(8,"что",20) моя_запись(9,"где",13) моя_запись(10,"когда",12) моя_запись(8,"что",20) моя_запись(2,"ты",55) моя_запись(3,"он",24) моя_запись(6,"вы",33) моя_запись(7,"кто",44) моя_запись(9,"где",113) моя_запись(4,"она",123) моя_запись(6,"вы",213) моя_запись(5,"они",223) моя_запись(5,"они",223) Итерация 4 моя_запись(4,"она",1) моя_запись(3,"он",2) моя_запись(2,"ты",3) моя_запись(10,"когда",4) моя_запись(1,"я",5) моя_запись(10,"когда",12) моя_запись(8,"что",20) моя_запись(9,"где",13) моя_запись(8,"что",20) моя_запись(7,"кто",23) моя_запись(1,"я",23) моя_запись(3,"он",24) моя_запись(6,"вы",33) моя_запись(7,"кто",44) моя_запись(2,"ты",55) моя_запись(9,"где",113) моя_запись(4,"она",123) моя_запись(6,"вы",213) моя_запись(5,"они",223) моя_запись(5,"они",223) Итерация 5 моя_запись(4,"она",1) моя_запись(3,"он",2) моя_запись(2,"ты",3) моя_запись(10,"когда",4) моя_запись(1,"я",5) моя_запись(10,"когда",12) моя_запись(9,"где",13) моя_запись(8,"что",20) моя_запись(8,"что",20) моя_запись(1,"я",23) моя_запись(7,"кто",23) моя_запись(3,"он",24) моя_запись(6,"вы",33) моя_запись(7,"кто",44) моя_запись(2,"ты",55) моя_запись(9,"где",113) моя_запись(4,"она",123) моя_запись(6,"вы",213) моя_запись(5,"они",223) моя_запись(5,"они",223) %
Вообще, есть классическая сортировка с помощью бинарных деревьев. Такая сортировка работает быстрее описанного выше метода. Но ее недостаток в том, что она выполняет полную сортировку до полного упорядочивания всех элементов списка. А предложенная мной сортировка делается не полностью, лишь увеличивая вероятность появления нужного факта в начале базы фактов ПРОЛОГа Мною была проведена тестовая оценка классической сортировки и предложенной:
Так для количества записей 100 в базе, классическая сортировка делает 800 сравнений, а предложенная в статье (за два прохода): 378. Для 400 записей, соответственно: 11600 и 1500 (за два прохода). Однако если учесть, что время на выполнение одного сравнения в предложенном методе уходит больше и количество проходов при увеличении записей возрастает, выгодность классического метода увеличивается. Вот классический пример сортировки на ПРОЛОГе:
=========================
% сортировка с использованием Reference Domains
% То есть когда значение предает как ссылка
% файл пример находится в ch11e04.pro к VIP5.5
% и показывает как использовать ссылочные значения
% в классической сортировке по методу бинарного дерева
/* Program ch11e05.pro */
DOMAINS
tree = reference t(val, tree, tree)
val = integer
list = integer*
PREDICATES
insert(integer,tree)
instree(list,tree)
nondeterm treemembers(integer,tree)
sort(list,list)
CLAUSES
insert(Val,t(Val,_,_)):-!.
insert(Val,t(Val1,Tree,_)):-
Val>Val1,
!,
insert(Val,Tree).
insert(Val,t(_,_,Tree)):-
insert(Val,Tree).
instree([],_).
instree([H|T],Tree):-
insert(H,Tree),
instree(T,Tree).
treemembers(_,T):-
free(T),
!,
fail.
treemembers(X,t(_,L,_)):-
treemembers(X,L).
treemembers(X,t(Refstr,_,_)):-
X = Refstr.
treemembers(X,t(_,_,R)):-
treemembers(X,R).
sort(L,L1):-
% рассортировывает элементы списка в бинарное дерево
instree(L,Tree),
% преобразовывает бинарное дерево обратно в список
findall(X,treemembers(X,Tree),L1).
GOAL
sort([3,6,1,4,5],L),
write("L=",L),nl.
% Здесь значения-ссылки используются только в домайне tree