从GNU Prolog转换到SWI Prolog

2012年看了Seven Languages in Seven Weeks之后，就对Prolog非常感兴趣。虽然日常工作中几乎用不到，但这门与众不同的语言总是非常吸引我。试着用它解了几个问题（见《用GNU Prolog算Magic Hexagon》，《用Prolog解狐狸、鹅、豆子问题》，《在Matlab中调用Prolog（一）》，《传教士，恶魔，贪心的丈夫和夫人们》，《Finite Domain Constraint Solver是个宝》，《用Prolog求解操作数间合适的运算符》），感觉非常不错，用它编程的时候感觉到它能让我从不同的角度看待问题。
由于这本书使用GNU Prolog来介绍这门语言，所以我一直用的也是GNU Prolog。但是最近我了解到SWI Prolog似乎比GNU Prolog提供了更丰富的功能和更完善的环境，因此打算迁移到SWI Prolog中。作为两种不同的Prolog，两者有些许差异，尤其是使用了扩展功能的GNU Prolog代码，需要一定的修改才能在SWI Prolog中运行。
值得高兴的一点，SWI Prolog像GNU Prolog一样，提供了Finite Domain的扩展，但是语法形式不太一样。之前在《用GNU Prolog算Magic Hexagon》 给出的GNU Prolog代码无法直接在SWI Prolog中运行，查看文档中关于clpfd的内容（见http://www.swi-prolog.org/man/clpfd.html），并进行相应修改之后，终于可以用SWI Prolog运行了。代码如下：

% 2012.06.12 PM 10:51 Created% 2015.09.30 AM 10:02 Modified% SWI Prolog% magichex.pl% xialulee:- use_module(library(clpfd)).check38(X, Y, Z) :- X+Y+Z #= 38.check38(W, X, Y, Z) :- W+X+Y+Z #=38.check38(V, W, X, Y, Z) :- V+W+X+Y+Z #= 38.magichex(Solution) :-Solution = [A1, A2, A3,A4, A5, A6, A7,A8, A9, A10, A11, A12,A13, A14, A15, A16,A17, A18, A19],Solution ins 1..19,all_different(Solution),check38(A1, A2, A3),check38(A4, A5, A6, A7),check38(A8, A9, A10, A11, A12),check38(A13, A14, A15, A16),check38(A17, A18, A19),r>check38(A1, A4, A8),check38(A2, A5, A9, A13),check38(A3, A6, A10, A14, A17),check38(A7, A11, A15, A18),check38(A12, A16, A19),check38(A3, A7, A12),check38(A2, A6, A11, A16),check38(A1, A5, A10, A15, A19),check38(A4, A9, A14, A18),check38(A8, A13, A17),label(Solution).

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几处修改如下：
不同于GNU Prolog内置了Finite Domain Solver，SWI Prolog中的Finite Domain支持是以库的形式存在的，所以在代码一开始需要添加一句“:- use_module(library(clpfd)).”; GNU Prolog使用fd_domain来限定变量的可行域，而在SWI Prolog的CLPFD中使用ins运算符，如代码中的“Solution ins 1..19,”; GNU Prolog中fd_all_different在SWI中的对应物为all_different； GNU Prolog中的fd_labeling在SWI中的对应物为label。

修改完成之后，在SWI Prolog的交互界面中加载代码文件：

2 ?- ['c:/lab/prolog/magichex.pl'].true.

加载成功。试着对问题进行求解：

3 ?- magichex(Solution).Solution = [3, 17, 18, 19, 7, 1, 11, 16, 2|...]

然而结果在显示的时候并不完全，只显示了变量中的九个，还有十个没有显示出来，用…表示了。如何让它显示出全部的变量呢？看了http://www.verydemo.com/demo_c230_i3607.html才知道，此时按下w即可让其输出完整的一组解（按下h可以查看所有可用命令）：

3 ?- magichex(Solution).Solution = [3, 17, 18, 19, 7, 1, 11, 16, 2|...] [write]Solution = [3, 17, 18, 19, 7, 1, 11, 16, 2, 5, 6, 9, 12, 4, 8, 14, 10, 13, 15] ;

不同于GNU Prolog，命令a不是用来输出所有的解，而是终止搜索。想要得到下一组解，可以按下分号“;”，如何一次性输出所有的解，我还不知道。全部的输出如下所示：

3 ?- magichex(Solution).Solution = [3, 17, 18, 19, 7, 1, 11, 16, 2|...] [write]Solution = [3, 17, 18, 19, 7, 1, 11, 16, 2, 5, 6, 9, 12, 4, 8, 14, 10, 13, 15] ;Solution = [3, 19, 16, 17, 7, 2, 12, 18, 1, 5, 4, 10, 11, 6, 8, 13, 9, 14, 15] ;Solution = [9, 11, 18, 14, 6, 1, 17, 15, 8, 5, 7, 3, 13, 4, 2, 19, 10, 12, 16] ;Solution = [9, 14, 15, 11, 6, 8, 13, 18, 1, 5, 4, 10, 17, 7, 2, 12, 3, 19, 16] ;Solution = [10, 12, 16, 13, 4, 2, 19, 15, 8, 5, 7, 3, 14, 6, 1, 17, 9, 11, 18] ;Solution = [10, 13, 15, 12, 4, 8, 14, 16, 2, 5, 6, 9, 19, 7, 1, 11, 3, 17, 18] ;Solution = [15,13, 10, 14, 8, 4, 12, 9, 6, 5, 2, 16, 11, 1, 7, 19, 18, 17, 3] ;Solution = [15, 14, 9, 13, 8, 6, 11, 10, 4, 5, 1, 18, 12, 2, 7, 17, 16, 19, 3] ;Solution = [16, 12, 10, 19, 2, 4, 13, 3, 7, 5, 8, 15, 17, 1, 6, 14, 18, 11, 9] ;Solution = [16, 19, 3, 12, 2, 7, 17, 10, 4, 5, 1, 18, 13, 8, 6, 11, 15, 14, 9] ;Solution = [18, 11, 9, 17, 1, 6, 14, 3, 7, 5, 8, 15, 19, 2, 4, 13, 16, 12, 10] ;Solution = [18, 17, 3, 11, 1, 7, 19, 9, 6, 5, 2, 16, 14, 8, 4, 12, 15, 13, 10] ;false.

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各解的输出顺序与GNU Prolog完全一致，大概两者构造的搜索树也是完全一样的。但是SWI Prolog在求解的过程中可以感觉到明显的延迟（秒量级），不像GNU Prolog那样瞬间输出。难道GNU Prolog的Finite Domain Solver相比SWI有明显的性能优势？也许SWI和GNU Prolog的关系类似于gawk和mawk的关系（功能丰富/性能优异）？

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接下来试试前几天由表达式列表构造表达式树并执行的代码。这里基本上没有使用什么扩展功能，原以为可以不加修改的执行，但是在SWI Prolog中加载时还是报错了，说没有名为nth的东西。nth是我在构造表达式树时用来获取列表中优先级最低的运算符用的。大概nth是GNU Prolog的扩展。我查了一下，SWI Prolog确实没有
nth，但是更好的是，它提供了nth0和nth1，可以让我们选择用0还是1作为列表第一个元素的下标：

22 ?- nth0(2, [a,b,c,d], Elem).Elem = c.23 ?-nth1(2, [a,b,c,d], Elem).Elem = b.

把之前的代码修改之后，终于可以在SWI Prolog中执行了。全部的代码如下：

calc(Operator, Left, Right, Value) :-Operator = opadd -> Value is Left + Right;Operator = opsub -> Value is Left - Right;Operator = opmul -> Value is Left * Right;Operator = opdiv -> Value is Left / Right;Operator = opjoin -> Value is Left * 10 ** ceiling(log10(Right)) + Right.getPriority(Operator, Priority) :-Operator = opadd -> Priority = 1;Operator = opsub -> Priority = 1;Operator = opmul -> Priority = 2;Operator = opdiv -> Priority = 2;Operator = opjoin -> Priority = 3;Priority = -1.checkOp(Node) :-Node = opadd;Node = opsub;Node = opmul;Node = opdiv;Node = opjoin.evalTree(Tree, Value) :-[Operator | Operands] = Tree,[Left | [Right]] = Operands,[HL| TL] = Left,[HR | TR] = Right,(TL = [] -> ValueLeft = HL; evalTree(Left, ValueLeft)),(TR = [] -> ValueRight = HR; evalTree(Right, ValueRight)),calc(Operator, ValueLeft, ValueRight, Value).findRootOp([], -1, -1, _).findRootOp([Head | Tail], Priority, Index, Counter) :-\+checkOp(Head) -> findRootOp(Tail, Priority, Index, Counter+1);findRootOp(Tail, NewPriority, NewIndex, Counter+1),getPriority(Head, CurrentPriority),((NewPriority > 0, CurrentPriority >= NewPriority) ->(Index = NewIndex, Priority = NewPriority);(Index is Counter, Priority = CurrentPriority)).leftList(_, 1, []).leftList([Head | Tail], Index, LeftList) :-NewIndex is Index - 1,leftList(Tail, NewIndex, TempList),LeftList = [Head | TempList].rightList(List, 0, List).rightList([_ | Tail], Index, RightList) :-NewIndex is Index -1,rightList(Tail, NewIndex, RightList).createTree(List, Tree) :-findRootOp(List, _, OpIndex, 1),(OpIndex >= 0 ->leftList(List, OpIndex, LeftList),createTree(LeftList, LeftTree),rightList(List, OpIndex, RightList),createTree(RightList, RightTree),nth1(OpIndex, List, Op),Tree = [Op, LeftTree, RightTree];Tree = List).evalExpr(Expr, Value) :-createTree(Expr, Tree),evalTree(Tree, Value).createExprList([], [2.0]).createExprList([Head | Tail], ExprList) :-checkOp(Head),createExprList(Tail, TempList),ExprList = [2.0, Head | TempList].solve(ExprList) :-length(OpList, 15),createExprList(OpList, ExprList),evalExpr(ExprList, 1991.0).

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这段代码最后的createExprList和solve是用来求解《用Prolog求解操作数间合适的运算符》中的问题的。让我们试一下：

2 ?- time(solve(Expr)).% 6,648,187,874 inferences, 603.797 CPU in 609.394 seconds (99% CPU, 11010636 Lips)Expr = [2.0, opadd, 2.0, opadd, 2.0, opadd, 2.0, opadd, 2.0|...] [write]Expr = [2.0, opadd, 2.0, opadd, 2.0, opadd, 2.0, opadd, 2.0, opadd, 2.0, opmul, 2.0, opmul, 2.0, opjoin, 2.0, opmul, 2.0, opjoin, 2.0, opadd, 2.0, opmul, 2.0, opjoin, 2.0, opadd, 2.0, opdiv, 2.0] .

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SWI不像GNU Prolog那样会自动记录运行的时间，需要手动使用time。将结果翻译成易于阅读的形式，如下：

2+2+2+2+2+2*2*22*22+2*22+2/2

前面五个2相加等于10； 中间2*2*22*22等于1936； 最后2*22+2/2等于45； 10+1936+45 = 1991 耗时十分钟，较GNU Prolog短。得到的结果与GNU Prolog一致，也许两者使用的搜索树是一样的。

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【本文为转载】
作者：xialulee
最初发布于：2015年09月30日，http://blog.sina.com.cn/xialulee

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个人推荐几个网站供学习：
prolog简单教程
swi-prolog教程
swi-prolog的IDE (装在eclipse上，有运行走向，功能很强大)