Логическое программирование

Создание языка искусственного интеллекта PROLOG (PROgramming in LOGic – программирование в терминах логики) в 1973 г. французским ученым Аланом Кольмероэ открыло новую об­ласть – логическое или реляционное программирование.

Концепция логического программирования базируется на поня­тии отношение. Логическая программа – это совокупность аксиом и правил, определяющих отношения между объектами и целью. Выпол­нение программы представляет собой попытку доказательства ло­гического утверждения, построенного из программы по правилам, определенным семантикой используемого языка. Результатом вычис­лений является вывод следствий из аксиом. Алгоритм логической программы предполагает определение и перечень специфических свойств объектов и отношений между ними, а не определение по­рядка выполнения отдельных шагов. Это подтверждает декларатив­ный характер логического языка программирования. Логические про­граммы не отличаются высоким быстродействием, так как процесс их выполнения сводится к построению прямых и обратных цепочек рассуждений разнообразными методами поиска.

Программа на языке Пролог, в основу которой положена мате­матическая модель теории исчисления предикатов, строится из по­следовательности фактов и правил, затем формулируется утвержде­ние, которое Пролог будет пытаться доказать с помощью введенных правил. Пользователь только описывает структуру задачи, а внутрен­ний механизм Пролога сам ищет решение с помощью методов по­иска и сопоставления,

Объектно-ориентированное программирование (ООП)

Пионером данного направления явился язык Smalltalk, первоначально предназначенный для реализаций функций машин­ной графики. Работа над языком началась в 1970 г. в исследователь­ской лаборатории XEROX (США), а закончилась в 1980 г. оконча­тельным вариантом интерпретатора Smalltalk-80. Данный язык оригинален тем, что его синтаксис очень компактен и базируется ис­ключительно на понятии объекта. В нем отсутствуют операторы или данные, все, что входит в Смолток, является объектами, а объекты общаются друг с другом исключительно с помощью сообщений. В настоящее время версия VisualAge for Smalltalk развивает­ся компанией IBM.

Основой объектно-ориентированного программирования (ООП) является понятие объект. Его суть состоит в том, что объект объединяет в себе структуры данных и характерные только для него проце­дуры (методы) их обработки. Такой подход полностью меняет стиль программирования, он заключается в отображении физических объектов реального мира на программную среду. Работать с объек­тами удобнее и естественнее, чем с традиционными конструкциями процедур преобразования данных. Объединение данных и свойствен­ных им процедур обработки в одном объекте, детальная реализация которых остается скрытой для пользователей, называется инкапсуля­цией и является одним из важнейших принципов ООП.

Другим фундаментальным понятием ООП является класс. Класс есть шаблон, на основе которого может быть создан конкретный программный объект, он описывает свойства и методы, определяю­щие поведение объектов этого класса. В ООП класс представляет собой абстрактный тип данных и является механизмом для создания объектов. Объявление класса есть логическая абстракция, определя­ющая новый тип объекта, а определение объекта как экземпляра клас­са создает этот объект физически, т.е. размещает объект в памяти.

ООП является более естественным, так как предоставляет воз­можность выбрать имеющиеся или создать новые объекты и органи­зовать взаимодействия между ними. Следовательно, объектно-ориен­тированные языки по сравнению с процедурными являются языками более высокого уровня.

Следующими важнейшими принципами ООП являются наследо­вание и полиморфизм. Наследование предусматривает создание новых классов на базе существующих и позволяет классу-потомку иметь (наследовать) все свойства класса-родителя. При работе с объекта­ми иерархии «родители - дети - и т.д.» разрешается задавать одина­ковые имена различным по реализации методам, для обработки объектов разных ступеней иерархии. Это явление называется поли­морфизм. Благодаря полиморфизму в ООП обработка объектов уп­рощается, так как одинаковым действиям объектов соответствуют одноименные методы.

Полиморфизм (от греч. «многоликость») означает, что рожденные объекты обладают информацией о том, какие методы они должны использовать в зависимости от того, в каком месте цепочки насле­дования они находятся. Другим основополагающим принципом ООП является модульность, – объекты заключают в себе полное опреде­ление их характеристик, никакие определения методов и свойств объекта не должны располагаться вне его, это делает возможным свободное копирование и внедрение одного объекта в другие.

Т.е. использование функций не является принципом объектно-ориентированного программирования.

К наиболее распространенным современным языкам ООП относятся C++ и Java.

Язык C++ был разработан в начале 80-х гг. Бьерном Страуструпом в лаборатории Bell корпорации AT&T. Им была создана компак­тная компилирующая система, в основе которой лежал язык С, до­полненный элементами языков BCPL, Simula-67 и Алгол-68. Более ранние версии языка были известны как «С с классами». В июле 1983 г. C++ был впервые использован за пределами исследовательской груп­пы автора, однако тогда еще многие особенности языка не были придуманы. К 1990 г. была выпущена третья версия языка C++, стан­дартизированная американским государственным комитетом стан­дартов ANSI.

В 1990 г. сотрудник корпорации Sun Д. Гослинг на ос­нове расширений C++ разработал объектно-ориентированный язык Oak, основным достоинством которого было обеспечение сетевого взаимодействия различных по типу устройств. Новая интегрируемая в Internet версия языка получила название Java. С января 1995 г. Java получает распространение в Internet. По определению автора, Java является простым объектно-ори­ентированным и архитектурно-нейтральным языком интерпретиру­ющего типа, обеспечивающим надежность, безопасность и перено­симость, обладает высокой производительностью, многопоточностью и динамичностью.

Синтаксис языков C++ и Java во многом совпада­ет. Принципиальным различием является то, что язык C++ компи­лируемый в машинный код, a Java - в платформо-независимый байт-код (каждая команда занимает один байт), этот байт-код может выполняться с помощью интерпретатора – виртуальной Java-маши­ны (Java Virtual Machine, JVM), версии которой созданы сегодня для лю­бых платформ. С точки зрения возможностей объектно-ориентируе­мых средств, Java имеет ряд преимуществ перед C++. Механизм наследования, реализованный в Java, обязывает к более строгому подходу к программированию, что способствует надежнос­ти и читабельности кода. Язык C++ обладает сложной и трудной для понимания системой наследования. Возможности ди­намического связывания объектов одинаково хорошо представлены в обоих языках, но синтаксическая избыточность C++ и здесь при­нуждает к выбору языка Java.

Идеи ООП проникли во многие процедурные языки. Например, в состав интегрированной системы программирования Паскаль (кор­порации Borland International), начиная с версии 5.5, входит специ­альная библиотека ООП Turbo Vision.

Рассмотрим пример объектно-ориентированного программирования:

Создадим класс Животные. Животные обладают следующими характеристиками: вес, рост. Они могут делать следующие действия: издавать звук.

Итак:

class Animals //название класса

{

Weight, //переменная, в которой хранится вес

Height; //переменная, в которой хранится рост

Voice(); //функция издающая звук

}

Теперь создадим классы Кошка и Собака, унаследовав их от класса Животные.

class Cat : Animals

{

};

class Dog : Animals

{

}

Поскольку, классы Кошка и Собака унаследованы от класса Животные, они обладают всеми атрибутами класса Животные – Weight, Height, Voice(). Это называется – наследование.

Создадим теперь конкретные экземпляры класса Кошка и Собака, т.е. объекты:

Cat Barsik; //создали кота Барсик

Dog Muhtar; //создали собаку Мухтар

Определим рост и вес для Барсика и Мухтара:

Weight=10 – так написать нельзя, т.е. нужно указывать чей рост и вес будем определять.

Barsik.Weight=10; //установили для Барсика вес 10 кг

Barsik.Height =50; //установили для Барсика рост 50 см

Muhtar.Weight=60;

Muhtar.Height =80;

Определение параметров объекта через обращение к нему – называется инкапсуляцией.

Поскольку, и класс Кошка и класс Собака унаследованы от класса Животные, у них одинаковая функция – издавать звук. Переопределим эту функцию для этих классов, чтобы собака лаяла, а кошка мяукала. Такое переопределение функции называется перегрузкой функции. Это переопределение выполняется при создании класса:

class Cat : Animals

{

Voice()

{

Mau;

}

};

class Dog : Animals

{

Voice()

{

Gav;

}

}

Теперь, при подаче звука животным:

Barsik.Voice(); //результат – Mau, замяукал

Muhtar.Voice(); //результат – Gav, загавкал

Принцип переопределения (перегрузки) функций называется полиморфизмом.

Системы программирования

С середины 90-х гг. многие объектно-ориентированные языки реализуются как системы визуального программирования. Такие систе­мы имеют интерфейс, позволяющий при составлении текста про­граммы видеть те графические объекты, для которых она пишется. Отличительной особенностью этих систем является наличие в них среды разработки программ из готовых «строительных блоков», по­зволяющих создавать интерфейсную часть программного продукта в диалоговом режиме, практически без написания программных опе­раций. Система берет на себя значительную часть работы по управ­лению компьютером, что делает возможным в простых случаях об­ходиться без особых знаний о деталях ее работы. Она сама пишет значительную часть текста программы: описания объектов, заголов­ки процедур и многое другое. Программисту остается только вписать необходимые строчки, определяющие индивидуальное поведение программы, которые система не в состоянии предвидеть. Но даже в этих случаях система сама указывает место для размещения таких строк. К объектно-ориентированным системам визуального проек­тирования относятся: Visual Basic, Delphi, C++ Builder, Visual C++. Это системы программирования самого высокого уровня.

VВА (Visual Basic for Application) является общей языковой плат­формой для приложений Microsoft Office (Excel, Word, Power Point и др.). VBA соблюдает основной синтаксис и правила программирова­ния языков Бейсик-диалектов. VBA помогает довольно сильно рас­ширить возможности приложений за счет написания макросов – программ, предназначенных для автоматизации выполнения многих операций. VBA позволяет создавать объекты управления графичес­кого интерфейса пользователя, задавать и изменять свойства объек­тов, подключать к ним необходимый для конкретного случая про­граммный код. С помощью VBA можно производить интеграцию между различными программными продуктами. Программы на язы­ке VBA для приложений создаются двумя способами: в автоматическом режиме как результат построения клавишной макрокоманды или путем написания программного кода.