Кратко — сначала про унификацию и поиск, потом — про cut на примерах и какие проблемы появляются.
1) Унификация и поиск (Prolog, общая идея)
- Процедурно Prolog пытается применить правило или факт, чтобы сделать целевую цель истинной. При этом происходит унификация: переменные и термы связываются так, чтобы выражения стали одинаковыми. Например, при запросе `ancestor(alice, Y)` правило `parent(X,Y)` унифицируется с фактом `parent(alice,bob)` даёт связь $X=alice,Y=bob$.
- Если вариант применения правила не даёт решения, Prolog откатывает (backtracking) предыдущие привязки и пробует другие варианты (другие факты, другие правила, другие значения для переменных).
- Замечание: классический Prolog обычно опускает occurs-check при унификации, поэтому возможны циклические термы и неожиданные унификации.
2) Ваш код (без cut)
parent(alice,bob).
parent(bob,charlie).
ancestor(X,Y):- parent(X,Y).
ancestor(X,Y):- parent(X,Z), ancestor(Z,Y).
Поведение:
- Запрос `ancestor(alice,charlie)`:
- Первая правило `ancestor(X,Y):- parent(X,Y)` пробуется — `parent(alice,charlie)` не унифицируется → возвращаемся.
- Вторая правило: `parent(alice,Z)` унифицируется с `parent(alice,bob)` даёт $Z=bob$; затем рекурсивно ищем `ancestor(bob,charlie)`. Для него первая альтернатива `parent(bob,charlie)` удачна → ответ true. При бэктрекинге можно получить другие решения (если были).
3) Что делает `!` (cut)
- `!` всегда успешно выполняется, но удаляет все альтернативы (choice points), созданные с момента входа в текущую процедуру/клозу или в пределах текущего предиката в зависимости от положения. Проще: cut "фиксирует" те выбора, которые уже сделаны, и запрещает откат к ним для поиска других путей.
- Это процедурный оператор — меняет поведение поиска и может менять логический смысл программы.
4) Примеры размещения `!` и их эффект
a) Cut в первой клаузе:
ancestor(X,Y):- parent(X,Y), !.
ancestor(X,Y):- parent(X,Z), ancestor(Z,Y).
- Интерпретация: если `parent(X,Y)` истинно, то мы "фиксируем" это и не пробуем вторую клаузу.
- Последствия:
- Для запроса `ancestor(alice,bob)` — `parent(alice,bob)` истинно, cut срабатывает, возвращаем true; не будут искаться другие (возможные) пути — это допустимо, если мы хотим считать прямого родителя достаточным.
- Для `ancestor(alice,charlie)` первая клаузa `parent(alice,charlie)` не унифицируется, cut не достигается, пробуется вторая клаузa и решение находится — поведение корректно.
- Такой cut часто бывает "зелёный" (безопасный) — не меняет логический смысл отношения предка, а лишь экономит поиск, если прямой факт уже покрывает нужный случай.
b) Cut в рекурсивной клаузе (после parent):
ancestor(X,Y):- parent(X,Z), !, ancestor(Z,Y).
- Здесь: как только найден первый подходящий $Z$ для `parent(X,Z)`, cut удаляет альтернативы для других возможных $Z$.
- Проблема: если выбранный первый $Z$ не ведёт к $Y$, из-за cut Prolog не вернётся и не попробует другие $Z$. То есть программа может пропустить существующий путь через другой $Z$ → потеря полноты (некорректные отказы).
- Это именно "красный" cut — меняет (сокращает) логическое множество выводов и делает поведение зависимым от порядка фактов и порядка поиска.
c) Cut после рекурсивного вызова:
ancestor(X,Y):- parent(X,Z), ancestor(Z,Y), !.
- Cut здесь фиксирует успешный найденный путь и запрещает находить дальнейшие альтернативы после первого найденного результата. Может быть полезно для получения только первого доказательства, но снова меняет множество доступных решений.
5) Резюме — основные сложности при использовании `!`
- Cut управляет поиском, а не логикой: может сделать программу недетерминированной и/или неполной.
- Легко ошибиться: малопонятные зависимости от порядка правил и порядка фактов.
- Трудно поддерживать и доказывать корректность (особенно при красных cut'ах).
- Рекомендуется: использовать cut только когда точно понятно, что он не уберёт нужные решения (предпочтительно зелёные cut'ы) или использовать более декларативные конструкции (например, if-then-else `->`/`;` с осторожностью) или переписать алгоритм.
Если нужно, могу показать пошаговый трассинг конкретного запроса для каждого варианта с cut.