Внутренние (динамические) базы данных

В этой лекции мы начнем изучать работу с базами данных в Прологе.

С одной стороны, Пролог-программы не зря называют базами знаний. На Прологе легко реализуются реляционные базы данных, наиболее распространенные в настоящее время. Любая таблица реляционной базы данных может быть описана соответствующим набором фактов, где каждой записи исходной таблицы будет соответствовать один факт. Каждому полю будет соответствовать аргумент предиката, реализующего таблицу. Многие дистрибутивы Пролога содержат в качестве примера реализацию базовой части языка SQL. Можно сказать, что структура реляционных баз данных включается в структуру Пролог-программ.

С другой стороны, Турбо Пролог, на который мы все-таки ориентируемся в нашем курсе, имеет встроенные средства для работы с двумя типами баз данных: внутренними и внешними. Внутренние базы данных так называются потому, что они обрабатываются исключительно в оперативной памяти компьютера, в отличие от внешних баз данных, которые могут обрабатываться на диске или в памяти. Так как внутренние базы данных размещаются в оперативной памяти компьютера, конечно, работать с ними существенно быстрее, чем с внешними. С другой стороны, емкость оперативной памяти, как правило, намного меньше, чем емкость внешней памяти. Отсюда следует, что объем внешней базы данных может быть существенно больше объема внутренней базы данных. И если предполагается, что база может оказаться довольно большой, то следует использовать именно внешние базы данных.

Изучение внешних баз данных выходит за рамки данного курса.

В этой лекции мы займемся изучением внутренних или, как их еще называют, динамических баз данных.

Внутренняя база данных состоит из фактов, которые можно динамически, в процессе выполнения программы, добавлять в базу данных и удалять из нее, сохранять в файле, загружать факты из файла в базу данных. Эти факты могут использовать только предикаты, описанные в разделе описания предикатов базы данных.

DATABASE [ — <имя базы данных>]
<имя предиката>(<имя домена первого аргумента>,...,
< имя домена n-го аргумента>)
...

Если раздел описания предикатов базы данных в программе только один, то он может не иметь имени. В этом случае он автоматически получает стандартное имя dbasedom. В случае наличия в программе нескольких разделов описания предикатов базы данных только один из них может быть безымянным. Все остальные должны иметь уникальное имя, которое указывается после названия раздела DATABASE и тире. Когда объявлен раздел описания предикатов базы данных, компилятор внутренне объявляет соответствующий домен с таким же именем, как у этого раздела; это позволяет специальным предикатам обрабатывать факты как термы.

Описание предикатов базы данных совпадает с их описанием в разделе описания предикатов PREDICATES. Однако эти предикаты можно задействовать в качестве параметров встроенных предикатов, с которыми мы познакомимся чуть позже. Кроме того, факты, использующие эти предикаты, могут добавляться и удаляться во время выполнения программы.

Обратите внимание на то, что в базе данных могут содержаться только факты, а не правила вывода, причем факты базы данных не могут содержать свободных переменных. Это еще одно существенное отличие Турбо Пролога от классического Пролога, в котором во время работы программы можно добавлять и удалять не только факты, но и правила. Заметим, что в Visual Prolog, который является наследником Турбо Пролога, в названии раздела описания предикатов внутренней базы данных слово DATABASE заменено синонимом FACTS, что еще больше подчеркивает, что во внутренней базе данных могут храниться только факты, а не правила.

Давайте познакомимся со встроенными предикатами Турбо Пролога, предназначенными для работы с внутренней базой данных. Все рассматриваемые далее предикаты могут использоваться в варианте с одним или двумя аргументами. Причем одноаргументный вариант используется, если внутренняя база данных не имеет имени. Если же база поименована, то нужно использовать двухаргументный предикат, в котором второй аргумент — это имя базы.

Начнем с предикатов, с помощью которых во время работы программы можно добавлять или удалять факты базы данных.

Для добавления фактов во внутреннюю базу данных может использоваться один из трех предикатов assert, asserta или assertz. Разница между этими предикатами заключается в том, что предикат asserta добавляет факт перед другими фактами (в начало внутренней базы данных ), а предикат assertz добавляет факт после других фактов (в конец базы данных). Предикат assert добавлен для совместимости с другими версиями Пролога и работает точно так же, как и assertz. В качестве первого параметра у этих предикатов указывается добавляемый факт, в качестве второго, необязательного — имя внутренней базы данных, в которую добавляется факт. Можно сказать, что предикаты assert и assertz работают с совокупностью фактов, как с очередью, а предикат asserta — как со стеком.

Для удаления фактов из базы данных служат предикаты retract и retractall. Предикат retract удаляет из внутренней базы данных первый с начала факт, который может быть отождествлен с его первым параметром. Вторым необязательным параметром этого предиката является имя внутренней базы данных.

Для удаления всех предикатов, соответствующих его первому аргументу, служит предикат retractall. Для удаления всех фактов из некоторой внутренней базы данных следует вызвать этот предикат, указав ему в качестве первого параметра анонимную переменную. Так как анонимная переменная сопоставляется с любым объектом, а предикат retractall удаляет все факты, которые могут быть отождествлены с его первым аргументом, все факты будут удалены из внутренней базы данных. Если вторым аргументом этого предиката указано имя базы данных, то факты удаляются из указанной базы данных. Если второй аргумент не указан, факты удаляются из единственной неименованной базы данных. Заметим, что предикат retractall может быть заменен комбинацией предикатов retract и fail следующим образом:

retractall2(Fact):–
                 retract(Fact),
                 fail.
retractall2(_).

Для сохранения динамической базы на диске служит предикат save. Он сохраняет ее в текстовый файл с именем, которое было указано в качестве первого параметра предиката. Если второй необязательный параметр был опущен, происходит сохранение фактов из единственной неименованной внутренней базы данных. Если было указано имя внутренней базы данных, в файл будут сохранены факты именно этой базы данных.

Факты, сохраненные в текстовом файле на диске, могут быть загружены в оперативную память командой consult. Первым параметром этого предиката указывается имя текстового файла, из которого нужно загрузить факты. Если второй параметр опущен, факты будут загружены в единственную неименованную внутреннюю базу данных. Если второй параметр указан, факты будут загружены в ту внутреннюю базу данных, чье имя было помещено во второй параметр предиката. Предикат будет неуспешен, если для считываемого файла недостаточно свободного места в оперативной памяти или если указанный файл не найден на диске, или если он содержит ошибки (ниже будет разъяснено чуть подробнее, какими они бывают).

Заметим, что сохраненная внутренняя база данных представляет собой обычный текстовый файл, который может быть просмотрен и/или изменен в любом текстовом редакторе. При редактировании или создании файла, который планируется применить для последующей загрузки фактов с использованием предиката consult, нужно учитывать, что каждый факт должен занимать отдельную строку. Количество аргументов и их тип должны соответствовать описанию предиката в разделе database. В файле не должно быть пустых строк, внутри фактов не должно быть пробелов, за исключением тех, которые содержатся внутри строк в двойных кавычках, других специальных символов типа конца строки, табуляции и т.д. Давайте на примере разберемся со всеми этими предикатами.