Kurs in Logischer Programmierung

Das Buch ist eine Einführung in die logische Programmierung in der Form eines Kurses, in dem die Grundlagen der logischen Programmierung, die logische Programmiersprache Prolog und ihre Programmierpraxis, sowie einige Anwendungen vorgestellt werden. Nach einer kurzen Begriffsbestimmung der logischen Programmierung wird das sogenannte reine Prolog als Programmiersprache anhand von Beispielen eingeführt. Die logischen Hintergründe werden dabei nur angedeutet. Anschließend werden die Erweiterungen vorgestellt, die Prolog zur vollen Programmiersprache machen. Es folgen etablierte Programmiertechniken, die Prolog wie jede andere Programmiersprache besitzt. Mit diesen Vorkenntnissen ist es nun leichter, die theoretischen Grundlagen der logischen Programmierung zu verstehen. Es wird gezeigt, wie Logik zur Wissensdarstellung und zur Ableitung von weiterem Wissen verwendet werden kann. Ferner wird der Weg von der Prädikatenlogik zur logischen Programmiersprache Prolog nachvollzogen. Den Schluß bilden Anwendungen aus den Gebieten wissensbasierte Systeme und Computerlinguistik.

Einführung.- 1 Was ist Logische Programmierung?.- 1.1 Logik als Programmiersprache.- 1.2 Logische Programmierung und Prolog.- 1.3 Prozedurale und deklarative Programmierung.- Prolog.- 2 Reines Prolog.- 2.1 Familienbeziehungen als Prolog-Datenbank.- 2.2 Konjunktive Fragen und Regeln.- 2.3 Prologs Beweisverfahren.- 2.4 Suchbäume.- 2.5 Tracing.- 2.6 Rekursive Regeln.- 2.7 Linksrekursion.- 2.8 Prologs Syntax.- 2.9 Listen.- 2.9.1 Listennotation.- 2.9.2 Operationen mit Listen.- 2.10 Operatoren.- 3 Volles Prolog.- 3.1 Arithmetik.- 3.2 Extralogische Prädikate.- 3.2.1 Ein- und Ausgabe.- 3.2.2 Laden von Prolog-Programmen.- 3.2.3 Zugriff auf Prolog-Programme.- 3.3 Strukturuntersuchungen.- 3.3.1 Typenbestimmung.- 3.3.2 Analyse und Synthese von Termen.- 3.4 Metalogische Prädikate.- 3.4.1 Test auf Instanzierung.- 3.4.2 Unifizierbarkeit.- 3.4.3 Identität von Termen.- 3.4.4 Metavariablen, Systemprädikat call/1.- 3.5 Cut.- 3.5.1 Beschneiden von Suchbäumen.- 3.5.2 Grüne und rote Cuts.- 3.5.3 Prolog-Kontrollstrukturen.- 3.6 Negation.- 3.6.1 Closed World Assumption.- 3.6.2 Negation As Failure.- 3.6.3 Variablen in negierten Zielen.- 3.6.4 Anwendungen von Negation As Failure.- 3.6.5 Negation As Failure und logische Negation.- 3.7 Mengenprädikate.- 3.7.1 Alle Lösungen eines Ziels.- 3.7.2 Anwendungen der Mengenprädikate.- 4 Prolog-Programmiertechniken.- 4.1 Schleifen.- 4.1.1 Failure-Driven Loops.- 4.1.2 Schleifen durch implizites Backtracking.- 4.1.3 Generate and Test.- 4.1.4 Schleifen durch Rekursion.- 4.1.5 Zählende Schleifen.- 4.2 Akkumulatoren.- 4.2.1 Iterative Algorithmen.- 4.2.2 Endrekursive Prädikate.- 4.3 Differenzlisten.- 4.3.1 Listen als Differenzen zweier Listen.- 4.3.2 Einfügen am Ende einer Liste.- 4.3.3 Verketten von Differenzlisten.- 4.3.4 Anwendungen von Differenzlisten.- Logische Grundlagen.- 5 Logik zur Wissensrepräsentation.- 5.1 Konzeptualisierungen.- 5.1.1 Russische Puppen.- 5.1.2 Welche Konzeptualisierung?.- 5.2 Prädikatenlogik.- 5.2.1 Wissensdarstellung durch Prädikatenlogik.- 5.2.2 Syntax der Prädikatenlogik.- 5.3 Deklarative Semantik.- 5.3.1 Interpretationen.- 5.3.2 Relative Wahrheit.- 5.3.3 Modelle.- 5.3.4 Erfüllbarkeit und Gültigkeit.- 5.3.5 Sokrates als sterblicher Mensch.- 5.3.6 Logische Konsequenz.- 5.3.7 Refutation.- 5.3.8 Herbrand Interpretationen.- 6 Logische Inferenz.- 6.1 Beweise.- 6.2 Korrektheit und Vollständigkeit.- 6.3 Klauselform der Prädikatenlogik.- 6.3.1 Umwandlung in Klauselform.- 6.3.2 Klauseln als Implikationen.- 6.4 Resolution.- 6.4.1 Resolution als Beweismethode.- 6.4.2 Resolutionsbeispiele.- 6.5 Unifikation.- 6.6 Resolution und Refutation.- 6.7 Korrektheit und Vollständigkeit der Resolution.- 6.8 Resolutionsstrategien.- 6.9 Horn-Klauseln.- 6.10 SLD-Resolution.- 6.11 Semantik von Prolog-Programmen.- 6.11.1 Deklarative und prozedurale Semantik.- 6.11.2 Deklarative Fehlersuche.- Anwendungen.- 7 Suchverfahren.- 7.1 Zustandsräume.- 7.2 Suchen mit Prologs Suchstrategie.- 7.3 Explizite Tiefensuche.- 7.4 Breitensuche.- 7.5 Tiefensuche in zyklischen Graphen.- 7.6 Breitensuche in zyklischen Graphen.- 7.7 Begrenzte Tiefensuche.- 7.8 Beispiele.- 8 Logische Grammatiken.- 8.1 Kontextfreie Sprachen.- 8.2 Axiomatisierung der kontextfreien Grammatik.- 8.3 Darstellung von Ausdrücken durch Listen.- 8.4 Weitere Argumente: Numerus.- 8.5 Definite Clause Grammars (DCGs).- 8.6 Grammatikregeln.- 8.7 Ableitungsbäume.- 8.8 Prolog-Ziele in Grammatikregeln.- 8.9 Systemprädikat phrase/[2, 3].- 8.10 Beispiele.- 9 Metainterpreter.- 9.1 Interpreter für problem-spezifische Sprachen.- 9.1.1 Endlicher Automat.- 9.1.2 Partielle Evaluation des endlichen Automaten.- 9.1.3 Vergleich endlicher Automat mit DCG.- 9.2 Der einfachste Metainterpreter für Prolog.- 9.3 Simulation von Prologs Ablaufstrategie.- 9.4 Interpretation von Systemprädikaten.- 9.4.1 Abfangen von Systemprädikaten.- 9.4.2 Expliziter Beweis von Systemprädikaten.- 9.4.3 Metainterpreter für Cut.- 9.5 Erzeugung zusätzlicher Informationen.- 9.5.1 Zählen der Inferenzschritte.- 9.5.2 Expliziter Beweisbaum.- 9.5.3 Ein einfacher partieller Evaluator.- 9.6 Andere Resolutionsstrategien.- 9.6.1 Metainterpreter mit Tiefenbegrenzung.- 9.6.2 Ein Metainterpreter, der Ziele aufschiebt.- 9.7 Metainterpreter für Expertensysteme.- 9.7.1 Ein Metainterpreter, der Fragen stellt.- 9.7.2 Warum-Erklärungen.- 9.7.3 Wie-Erklärungen.- 9.7.4 Forward Chaining.- Kommentierte Literaturliste.