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@61503891(Masayuki Higashino)

PrologCafeを使ってJava言語でProlog言語で書かれた項の文字列をパースするの巻

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はじめに

PrologCafeとはJava言語で実装されたProlog言語の処理系です。PrologCafeではPrologの項をTermクラスによって表現しています。しかし、複雑な項をTermクラスで組み立てるには骨が折れます。

例えば以下の項をTermクラスで表現したいとします。

節
neko :- write(meow), nl

これは普通、節と呼ばれますが、別の書き方をすれば以下のようになります。つまり、節は':-'/2や','/2といった複合項を組み合わせて表現されています。ちなみに本体部の長い節では','/2をネストさせて表現しています。

項による節の表現
':-'(neko, ','(write(meow), nl))

すこし脱線しますが、SWI-Prologで試してみましょう。

SWI-Prologを使った例
$ swipl --quiet
?- assert((neko :- write(meow), nl)).
true.

?- assert(':-'(neko , ','(write(meow), nl))).
true.

?- listing.

:- thread_local thread_message_hook/3.
:- dynamic thread_message_hook/3.
:- volatile thread_message_hook/3.


:- dynamic neko/0.

neko :-
    write(meow),
    nl.
neko :-
    write(meow),
    nl.
true.

異なる記法でassert/1された項がlistingしてみると同じであることが確認できます。

話を戻して、PrologCafeでこの節を組み立ててみましょう。

節の構築
package maglog;

import jp.ac.kobe_u.cs.prolog.lang.StructureTerm;
import jp.ac.kobe_u.cs.prolog.lang.SymbolTerm;
import jp.ac.kobe_u.cs.prolog.lang.Term;

public class Example {

    // 「neko :- write(meow), nl」の項による表現
    public static Term makeNeko() throws Exception {
        // nl
        SymbolTerm nl = SymbolTerm.makeSymbol("nl", 0);
        SymbolTerm write_nl = nl;
        // write(meow)
        SymbolTerm meow = SymbolTerm.makeSymbol("meow", 0);
        SymbolTerm write = SymbolTerm.makeSymbol("write", 1);
        StructureTerm write_meow = new StructureTerm(write, new Term[] { meow });
        // ','(write(meow), nl)
        SymbolTerm comma = SymbolTerm.makeSymbol(",", 2);
        StructureTerm body = new StructureTerm(comma, new Term[] { write_meow, write_nl });
        // neko
        SymbolTerm neko = SymbolTerm.makeSymbol("neko", 0);
        SymbolTerm head = neko;
        // ':-'(neko, ','(write(meow), nl))
        SymbolTerm tonbo = SymbolTerm.makeSymbol(":-", 2);
        StructureTerm clause = new StructureTerm(tonbo, new Term[] { head, body });
        return clause;
    }

}

かなりしんどいです。さすがにこれはProlog言語で書きたい場合もあるでしょう。というわけで、今回はJava言語のStringで記述されたPrologの節をTermクラスに変換してみようというメモの巻です。

設計

Prologでは、read/1やread/2を使えば入力ストリームをパースして項として読み込むことができます。以下にSWI-Prologでのread/1の例を示します。

bash
$ swipl --quiet
?- read(Term), assert(Term).
|: neko :- write(meow), nl.
Term = (neko:-write(meow), nl).

?- listing.

:- thread_local thread_message_hook/3.
:- dynamic thread_message_hook/3.
:- volatile thread_message_hook/3.


:- dynamic neko/0.

neko :-
    write(meow),
    nl.
true.

?- neko.
meow
true.

簡単に動作をメモしておくと、まず、read(Term)がコールされるとプロンプトが?-ではなく|:になり標準入力からの入力を受け付けます。ここでキーボードなどからneko :- write(meow), nl.を入力すると、入力された文字列がパースされ、項となり、assert(Term)によって節データベースへ格納されます。次に、listing/1で節データベースの内容を確認しています。最後に、節データベースに格納されたneko/1をコールしています。

したがって、PrologCafeを使ってJava言語でread/1やread/2を使えば書けば、StringをラップしたStringReaderからTermへ変換できそうです。

実装

先日のメモ「PrologCafeでProlog実行エンジンをシングルスレッドで動かすの巻」で作成したPrologContextクラスを利用します。

手順は以下のとおりです。

  1. 項の文字列をStringReaderに食わせる。
  2. 上記StringReaderをread/2の入力ストリームに結びつける。（read/2はread/1と違って任意のストリームを結びつけることができます。）
  3. PrologCafeのread/2は読み込みに失敗した場合、カレント出力ストリームにエラーメッセージを書き出すので、set_output/1でStringWriterをカレント出力ストリームに結びつけてエラーメッセージを取得できるようにする。
  4. PrologエンジンをグルグルまわすとStringがTermに変換される。
PrologUtil.java
package maglog.prolog;

import java.io.PrintWriter;
import java.io.PushbackReader;
import java.io.StringReader;
import java.io.StringWriter;
import jp.ac.kobe_u.cs.prolog.builtin.PRED_read_2;
import jp.ac.kobe_u.cs.prolog.builtin.PRED_set_output_1;
import jp.ac.kobe_u.cs.prolog.lang.JavaObjectTerm;
import jp.ac.kobe_u.cs.prolog.lang.Predicate;
import jp.ac.kobe_u.cs.prolog.lang.Success;
import jp.ac.kobe_u.cs.prolog.lang.Term;
import jp.ac.kobe_u.cs.prolog.lang.VariableTerm;

/**
 * @author Masayuki Higashino
 */
public class PrologUtil {

    public static Term read(String s) throws Exception {
        PrologContext context = new PrologContext();
        context.init();

        StringReader reader = new StringReader(s);
        StringWriter writer = new StringWriter();

        Term input = new JavaObjectTerm(new PushbackReader(reader));
        Term output = new JavaObjectTerm(new PrintWriter(writer));
        Term term = new VariableTerm(context.getEngine());

        Predicate p1 = new Success(context);
        Predicate p2 = new PRED_read_2();
        p2.setArgument(new Term[] { input, term }, p1);
        Predicate p3 = new PRED_set_output_1();
        p3.setArgument(new Term[] { output }, p2);
        context.setPredicate(p3);

        while (!context.isStopped())
            context.execute();

        if (context.getResult() == PrologContext.Result.FAILURE)
            throw new Exception(writer.toString());
        return term;
    }

}

実験

では実際に動かしてみましょう。

Example.java
package maglog;

import maglog.prolog.PrologContext;
import maglog.prolog.PrologUtil;
import jp.ac.kobe_u.cs.prolog.lang.StructureTerm;
import jp.ac.kobe_u.cs.prolog.lang.SymbolTerm;
import jp.ac.kobe_u.cs.prolog.lang.Term;

public class Example {

    // 「neko :- write(meow), nl」の項による表現
    public static Term makeNeko() throws Exception {
        // nl
        SymbolTerm nl = SymbolTerm.makeSymbol("nl", 0);
        SymbolTerm write_nl = nl;
        // write(meow)
        SymbolTerm meow = SymbolTerm.makeSymbol("meow", 0);
        SymbolTerm write = SymbolTerm.makeSymbol("write", 1);
        StructureTerm write_meow = new StructureTerm(write, new Term[] { meow });
        // ','(write(meow), nl)
        SymbolTerm comma = SymbolTerm.makeSymbol(",", 2);
        StructureTerm body = new StructureTerm(comma, new Term[] { write_meow, write_nl });
        // neko
        SymbolTerm neko = SymbolTerm.makeSymbol("neko", 0);
        SymbolTerm head = neko;
        // ':-'(neko, ','(write(meow), nl))
        SymbolTerm tonbo = SymbolTerm.makeSymbol(":-", 2);
        StructureTerm clause = new StructureTerm(tonbo, new Term[] { head, body });
        return clause;
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            Term t1 = Example.makeNeko();
            Term t2 = PrologUtil.read("neko :- write(meow), nl.");

            System.err.println(t2);
            System.err.println(t1);

            if (t2.equals(t1)) {
                System.err.println("equals: OK");
            } else {
                System.err.println("equals: NG");
            }

            PrologContext c = new PrologContext();
            c.init();
            if (t2.unify(t1, c.getEngine().trail)) {
                System.err.println("unify: OK");
            } else {
                System.err.println("unify: NG");
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

}
出力
:-(neko,,(write(meow),nl))
:-(neko,,(write(meow),nl))
equals: OK
unify: OK

Java言語でのequalsとProlog言語でのunifyも成功していますね。PrologUtil.read("neko :- write(meow), nl.")とすればStringがTermに変換されるわけです。よしよし。（テストはまた別の機会に。）

おわりに

ニッチすぎてストックされる気がしない。

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