模式匹配和一致性的区别是什么？

Question

我曾经以为我理解了类似于Scala和Haskell中的模式匹配与在Prolog中发现的协同一致的区别，但是我对Prolog的误解很大。有哪些简单的问题可以通过其中一个解决而无法通过另一个解决？

- Eli Schneider

Answer 1

简单来说，模式匹配是单向的，而统一是双向的。也就是说，在Prolog中，右侧（被匹配的一侧）可以包含未绑定的变量。例如，如果你有两个未绑定的变量X和Y，这将可以很好地工作：

X = Y,
X = 5,
%% Y = 5 now as well

在Erlang中（它使用与Prolog语法相近的模式匹配），代码行X = Y会产生错误：变量'Y'未绑定。请注意，X未绑定是可以的：它应该进行模式匹配。

这在处理部分定义值时非常有用。一个很好的例子是差分列表。

这也允许在多种模式下使用Prolog谓词。例如，在Scala/Haskell/Erlang中，如果要1）查找A ++ B，2）解决方程A ++ X == B，或3）解决方程X ++ A == B，给定列表A和B，则需要编写3个单独的函数；在Prolog中，所有这些任务（及更多！）都由一个谓词完成。

- Alexey Romanov

---

胡说八道。试着统一这个：?- B = X + A, B 是 3，A 是 2。 - Feofilakt

您IP地址为143.198.54.68，由于运营成本限制，当前对于免费用户的使用频率限制为每个IP每72小时10次对话，如需解除限制，请点击左下角设置图标按钮（手机用户先点击左上角菜单按钮）。 - Feofilakt

@Feofilakt 这个问题是关于PM和统一之间的区别，所以答案就是在谈论这个。"通过阅读答案，你可以认为PM有这些特点，而统一没有"。但是怎么可能呢？如果是这样的话，那么这将是统一的优势，并且会在答案中提到，但事实并非如此。 - Alexey Romanov

@Feofilakt 没问题：在现代 Prolog（大约 20 年）中，?- 8 #= X + 3. => X = 5.。详细了解请参阅：https://www.metalevel.at/prolog/clpfd - Felixyz

@Felixyz 那性能呢？这些技巧已经在swi-prolog组讨论过了，那里显示了很大的减速。 - Feofilakt

Answer 2

我认为将概念形式化，而不是仅限于某个具体语言，是很有用的。匹配和统一是基本概念，不仅在模式匹配和Prolog中使用，在更多场景中也会用到。

• 术语s与t匹配，当且仅当存在一个替换phi使得phi(s) = t
• 术语s与t统一，当且仅当存在一个替换phi使得phi(s) = phi(t)

举个例子，我们检查术语s = f(Y,a)和t = f(a,X)，其中X、Y是变量，a是常量。s与t不匹配，因为我们无法对常量a进行普遍量化。然而，s和t存在一个统一：phi = {X\a, Y\a}

- hexhex

Answer 3

在Scala中，以下代码将无法编译，因为它的第一个case分支尝试两次声明变量x。

(1, 1) match{
   case (x, x) => println("equals")
   case _      => println("not equals")
}

如果Scala使用统一而不是模式匹配，那么这将成功并打印“equals”。

(1, 2) match{
   case (x, x) => println("equals")
   case _      => println("not equals")
}

会打印“不相等”。这是因为在尝试将变量x绑定到1和2时，统一将失败。

- Dave Griffith

---

实际上，这就是线性模式匹配（如Scala和Haskell）与非线性模式匹配（如Erlang和Mathematica）之间的区别。 - Alexey Romanov

Answer 4

在Prolog中，您可以像这样将[3]附加到[1,2]：

?- append([1,2], [3], Z).
Z = [1, 2, 3].

统一性的好处在于可以使用相同的代码（'append'的内部定义），但是可以找到需要的第二个参数来从第一个参数中获取结果。

?- append([1,2], Y, [1,2,3]).
Y = [3].

与其编写“做这个，然后做那个”的代码不同，你在Prolog中编写代码是通过陈述你所知道的内容。Prolog将你提供的事实视为“方程式”。统一性让它可以解决那些你还不知道值的变量，无论它们在左侧还是右侧。

例如，你可以在Prolog中编写一个计划者，并且可以向前运行它，给它一个计划并让它预测结果；或者你可以向后运行它，给它一组结果并让它构建一个计划。你甚至可以同时以两种方式运行它（如果你在编码时小心），指定一组目标和计划约束条件，这样你就可以说：“找到一条去上班的路线，不涉及乘坐地铁。”

- Phil Goetz