涉及大括号的语法

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我正在尝试解决序言中的 DCG 语法并在一定程度上取得了成功,但我一直在评估涉及此类大括号的表达式。

expr( T, [’(’, 5, +, 4, ’)’, *, 7], []),

expr(Z) --> num(Z).
expr(Z) --> num(X), [+], expr(Y), {Z is X+Y}.
expr(Z) --> num(X), [-], expr(Y), {Z is X-Y}.
expr(Z) --> num(X), [*], expr(Y), {Z is X*Y}.
num(D) --> [D], {number(D)}.

eval(L, V, []) :- expr(V, L, []).
prolog dcg left-recursion
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Prolog 的 DCG 语法实现的解析器是递归下降 LL(something)(预测)语法。它从左到右遍历输入并生成最左推导。它们很容易制作,但语法必须符合一些限制:

它们不能是左递归的。可能/将会导致无限递归。这意味着在遵循递归路径之前必须从输入流中删除至少一个符号(令牌)。重构语法以消除左递归是一项相当机械的练习,尽管很乏味。请参阅任何像样的编译器书籍来了解如何做到这一点。

运算符优先级通常内置于语法本身的结构中。以下 BNF 表示法显示了定义递归下降语法以解析/评估简单算术表达式的一种方法:

ArithmeticExpression     : AdditiveExpression
                         ;

AdditiveExpression       : MultiplicativeExpression
                         | MultiplicativeExpression '+' AdditiveExpression
                         | MultiplicativeExpression '-' AdditiveExpression
                         ;

MultiplicativeExpression : ExponentialExpression
                         | ExponentialExpression '*' MultiplicativeExpression
                         | ExponentialExpression '/' MultiplicativeExpression
                         | ExponentialExpression '%' MultiplicativeExpression
                         ;

ExponentialExpression    : UnaryExpression
                         | UnaryExpression '^' ExponentialExpression
                         ;

UnaryExpression          : '-' UnaryExpression
                         | AtomicExpression
                         ;

AtomicExpression         : '(' ArithmeticExpression ')'
                         | ['0'..'9']+
                         ;

每个运算符优先级级别的术语都是由下一个更高优先级的表达式构建的。所以任意算术表达式只是一个单一的加法表达式。

每个加法表达式是 1 个或多个乘法表达式,由加法和减法运算符连接。

每个乘法表达式是 1 个或多个指数表达式,由乘法、除法和余数运算符连接。

每个指数表达式都是一个一元表达式,带有一个选项指数运算符,后跟另一个一元表达式。

每个一元表达式要么是原子表达式,要么是一元减号后跟另一个一元表达式。

每个原子表达式要么是括在括号中的任意算术表达式,要么是无符号整数标记。

将上述内容翻译成 Prolog 的 DCG 语法应该很简单。如何评价语法中每个子句所代表的术语应该是不言而喻的。


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它确实有效。 然而它并不比 yacc/bison 容易。

%?-eval('11*(7+5-2)^2*(11+8)').
eval(A) :- lex(A,L), evallist(L).

%?-evallist([11,*,'(',7,+,5,-,2,')',^,2,*,'(',11,+,8,')']).
evallist(L) :- e(R,L,[]),write(R),!.

e(N) --> t(N1), erest(N1,N).

erest(N1,N) --> [+], !, t(N2), {N3 is N1+N2}, erest(N3,N);
                [-], !, t(N2), {N3 is N1-N2}, erest(N3,N).
erest(N,N) --> [].

t(N) --> f(N1), trest(N1,N).

trest(N1,N) --> [*], !, f(N2), {N3 is N1*N2}, trest(N3,N);
                [/], !, f(N2), {N3 is N1/N2}, trest(N3,N).
trest(N,N) --> [].

f(N) --> n(N);
     n(N1), [^], f(N2), {N is N1**N2}.

n(N) --> ['('], !, e(N), [')'];
     [-], !, e(N1), {N is -N1};
     num(N). 

num(N) --> [N], {number(N)}.

lex(A,NL) :- 
  atom_chars(A,L), lex0(_,L,NL).

lex0(S,L,NL) :-
  L=[], (number(S), NL=[S], !; NL=[]), !;
  L=[E|R], (d(E,N), (number(S), !; S=0), S1 is S*10+N, lex0(S1, R, NL), !;
     lex0(_,R,NR), (number(S), NL=[S|[E|NR]], !;
        NL=[E|NR])).

d(I,N) :- 
  char_code(I,C), C > 47, C < 58, N is C - 48.

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这是我在 Prolog 历史上观察到的最奇怪的事情之一。 也就是说,错误的表达式语法已经存在很长时间了。 DEC10 Prolog 文档中已经发现了错误的语法 当我们查看规则时,就会发现不匹配的情况:

 expr(Z) --> num(X), "/", expr(Y), {Z is X/Y}.
 etc..

这使得除法运算符 xfy,但它应该是 yfx。因此与 上述规则表达式 10/2/5 被读作 10/(2/5) 并导致 结果是 25。但实际上这个例子应该读作 (10/2)/5 结果为 1。

问题在于正确的语法将是递归的。 DCG 确实存在左递归规则的问题。序言 解释器只会陷入左的无限循环 重复调用 expr/3 的递归规则:

 expr(Z) --> expr(X), "/", num(Y), {Z is X/Y}
 etc..

所以解决方案是通过引入消除左递归 累加器和附加规则。我不知道这个是否 该方法通常有效,但在当前情况下肯定有效。 因此,正确且深度优先的可执行规则应为:

 expr(Y) --> num(X), expr_rest(X,Y).

 expr_rest(X,T) --> "/", !, num(Y), {Z is X/Y}, expr_rest(Z,T).
 etc..
 expr_rest(X,X).

上面的语法是有点挑战性的 DCG。它不是 不再是纯粹的 Prolog,因为它使用了剪切(!)。但我们可以 消除切割,例如通过推回,沿线的东西 以下几行。推回又是一个复杂的过程 在 DCG 介绍中需要解释的问题,我们需要 在表达式末尾引入一个停止字符 它有效:

 etc..
 expr_rest(X,X), [C] --> [C], {not_operator(C)}.

或者我们既无法讨论切割或推回的长度 并接受它,在回溯时解析器会做额外的事情, 在目前的情况下,工作是不必要的。所以底线可能是, 虽然这个例子不正确,但是足够简单地解释DCG 不需要 DCG 太多先进的东西。

有趣的是,缺少括号的语法几乎不受 消除左递归。只需添加:

 num(X) --> "(", !, expr(X), ")".

哎呀,又被砍了!

P.S.:除了消除左递归之外,我们还可以 使用某种形式的表格。


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添加此条款似乎有效:

num(D) --> ['('], expr(D), [')'].


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感谢 @vladimir litovski 并基于 BNF 表示法(以及我的需要),我将其扩展为还包括逻辑表达式。这是我的代码(要查看完整的解释器,请查看我的 git repo):

cond_expre(T) -->  and_expre(E1), or_rest(E1,T).     

or_rest(E1,T) -->  [punct('|'),punct('|')],!, and_expre(E2),   {V  = (\/,E1,E2)}, or_rest(V,T).
or_rest(T,T) --> [].

and_expre(T) --> equality_expre(E1), and_rest(E1,T).
and_rest(E1,T) --> [punct(&),punct(&)], !, equality_expre(E2), {V  = (/\,E1,E2)}, and_rest(V,T).
and_rest(T,T) --> [].

equality_expre(T) -->   relat_expre(E1), equality_rest(E1,T).   
equality_rest(E1,T) --> equality_op(Op) ,!,  relat_expre(E2), {  V=(Op,E1,E2)}, equality_rest(V,T).
equality_rest(T,T) --> [].

relat_expre(T) --> atomic_texpre(E1), relat_rest(E1,T). 
relat_rest(E1,T) -->  relat_op(Op) ,!, atomic_texpre(E2) , { V=(Op,E1,E2) },relat_rest(V,T).
relat_rest(T,T) --> [].

atomic_texpre(T) -->  arith_expre(T); [punct('(')], !, cond_expre(T), [punct(')')]      .
arith_expre(V) --> expre(V).



equality_op(==)         --> [punct(=),punct(=)]. 
equality_op(\=)        --> [punct(!),punct(=)]. 
relat_op(>=)        --> [punct(>),punct(=)]. 
relat_op(>)         --> [punct(>)]. 
relat_op('=<')        -->  [punct(<),punct(=)]. 
relat_op(<)         --> [punct(<)]. 



expre(N) --> multiplicative(N1), additive_rest(N1,N).

additive_rest(N1,N) --> [punct('+')], !, multiplicative(N2), {N3 = (+,N1,N2)}, additive_rest(N3,N);  
                        [punct('-')], !, multiplicative(N2), {N3 = (-,N1,N2)}, additive_rest(N3,N).
additive_rest(N,N) --> [].

multiplicative(N) --> atomic(N1), multiplicative_rest(N1,N).
multiplicative_rest(N1,N) --> [punct('*')], !, atomic(N2), {N3 = (*,N1,N2)}, multiplicative_rest(N3,N);
                                [punct('/')], !, atomic(N2), {N3 = (/,N1,N2)}, multiplicative_rest(N3,N);   
                                [punct('%')], !, atomic(N2), {N3 = (mod,N1,N2)}, multiplicative_rest(N3,N).
multiplicative_rest(N,N) --> [].

atomic(N) --> [punct('(')], !, expre(N), [punct(')')];  num(N). 
num(N) --> pl_constant(N).

pl_constant(num(N))     --> pl_integer(N), !.
pl_constant(id(X))       --> identifier(X), {call(id(X,_)) }. %Not sure if I remember what it does but I think, the right most call I wrote to assure that the variable is already registered in the cache so that a value can later be retrieved from it  

pl_integer(X)              --> [number(X)]. %the value on the right works together with a tokenizer library ->  :- use_module(library(tokenize)). It's basically a token labled as a number. Same with the next line.
identifier(X)              --> [word(X)].
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