רקורסיה מבעד למשקפי הפרדיגמה

1. רקורסיה מבעד למשקפי הפרדיגמה רגוניס נוע מכללת בית-ברל מכון ויצמן למדע הוראה בתיכון

2. רקורסיה מבעד למשקפי הפרדיגמה רקורסיה מבעד למשקפי הפרדיגמה תיכנות פרוצדורלי תיכנות לוגי

3. רקורסיה היא הצהרתית בכל פרדיגמה • המבנה הבסיסי : • מקרה פרטי (מקרה קצה) • מקרה מורכב בשלב ה- N –י • המוגדר על ידי אותו מקרה • בשלב ה- N – 1 (מוקטן) • הוא הצהרתי

4. תיכנות לוגי הוא תיכנות הצהרתי רקורסיה היא הצהרתית בכל פרדיגמה • לכן קל יותר להקנות את עקרונות הרקורסיה בפרדיגמה הצהרתית. • המעבר לפרדיגמה הפרוצדורלית הוא בהיר וקל יותר.

5. סדר ההרצאה תיכנות לוגי על קצה המזלג רקורסיה טבעית בתיכנות לוגי רקורסיה חשבונית בתיכנות לוגי מעבר לרקורסיה חשבונית בתיכנות פרוצדורלי רקורסיה ברשימות בתיכנות לוגי רקורסיה ברשימות בתיכנות פרוצדורלי

6. שפת תיכנות בלוגיקה מתאפיינת בדברים הבאים: • שפה הצהרתית - משתמשת בלוגיקה להצגת מידע במחשב.המידע מוצג כאוסף של הנחות – טענות בלוגיקה. • שפה דומה לשפה טבעית. • מנגנון ההיסק של השפה "יודע" להבחין בין טענות בלוגיקה שניתן להסיק אותן על פי חוקי הלוגיקה מתוך אוסף ההנחות לבין כאלה שלא ניתן להסיקן.

7. דוגמא: בעל_חיים :- עוף. בעל_חיים :- זוחל. בעל_חיים :- יונק. יונק :- כלב. יונק :- קוף. כלב. קוף. נחש. ?- בעל_חיים. כן. אוסף טענות בלוגיקה = בסיס ידע = תכנית פרולוג שאילתה תשובות מנגנון ההיסק חוקים עובדות

8. דוגמא: בעל_חיים(X) :- עוף(X). בעל_חיים(X) :- זוחל(X). בעל_חיים(X) :- יונק(X). יונק(X) :- כלב(X). יונק(X) :- קוף(X). כלב(בוני). קוף(קינג_קונג). קוף(דודו). ?- בעל_חיים(_מי). _מי = בוני; _מי = קינג_קונג; _מי = דודו; לא אוסף טענות בלוגיקה = בסיס ידע = תכנית פרולוג שאילתה תשובות מנגנון ההיסק חוקים עובדות

9. מה בין שפת תיכנות פרוצדורלית לשפת תיכנות הצהרתית? • תיכנות הצהרתי • תיכנות פרוצדורלי ראש חוק מתקיים אם מרכיבי גוף החוק מתקיימים לך .... חזור ... בצע .... ... אם... אזי ... עשה ... קרא ל- ... • תכנית היא אוסף • טענות שיכולות • להשתתף בהיסק • תכנית היא רצף • של הוראות לביצוע

10. תכנית פרוצדורלית מול תכנית בלוגיקה • תכנית הצהרתית • תכנית פרוצדורלית התכנית: תיאור הצהרתי של הבעיה, אוסף טענות בלוגיקה – בסיס ידע. "הרצת" תכנית: על ידי הצגת שאילתה. אופן פעולה: על פי מנגנון היסק בלוגיקה. המנגנון בוחר את ההנחות שיכולות להשתתף בהיסק, כדי להוכיח את השאילתה. אין משמעות לסדר ההנחות. התכנית: אלגוריתם המתאר איך לפתור את הבעיה. הרצת תכנית: מתן הוראת ביצוע. אופן פעולה: ביצוע סידרתי של ההוראות הכתובות בתכנית. כל משפטי התכנית מתבצעים על פי הסדר שמכתיב מראש האלגוריתם.

11. דוגמא - משפחה עובדות חוקים זכר(אברהם). נקבה(שרה). זכר(יצחק). זכר(יעקב). זכר(יוסף). הורה(אברהם, יצחק). הורה(שרה, יצחק). הורה(יצחק, יעקב). הורה(יעקב, יוסף). אב(X, Y) :- הורה(X, Y), זכר(X). אם(X, Y) :- הורה(X, Y), נקבה(X). סבא(X,Y) :- אב(X, Z), הורה(Z, Y). אחים(X, Y) :- הורה(Z, X), הורה(Z, Y), X \= Y. בני_דודים(X, Y) :- הורה(X1, X), הורה(Y1, Y), אחים(X1, Y1).

12. דוגמא – אב קדמון רקורסיה טבעית ! % אב_קדמון (X, Y) – X אב קדמון של Y מדור כלשהו אב_קדמון (X, Y) :- הורה (X, Y). אב_קדמון (X, Y) :- הורה (X, Z), צאצא (Z, Y).

13. עקרונות המתאר הרקורסיבי מתאר המוגדר בעזרת עצמו • המתאר מורכב משני חלקים: • מקרה פרטי (מקרה קצה) • מקרה מורכב בשלב ה- N –י • המוגדר על ידי אותו מקרה • בשלב ה- N – 1 (מוקטן) • יכולים להיות מספר מקרים פרטיים • יכולים להיות מספר מקרים מורכבים • במקרה המורכב יכול להיות יותר משימוש חוזר אחד בדגם "המוקטן"

14. הדגמה גרפית של המתאר הרקורסיבי אב קדמון דור 1 אב קדמון n=m+1 הורה בן של אב קדמון בן של אב קדמון nדורות n-1 דורות mדורות אב קדמון הורה צאצא צאצא צאצא

15. דוגמא – שרשרת מזון רקורסיה טבעית ! עובדות חוקים % אוכל (X, Y) – X אוכל מזון Y אוכל (פרה, עשב). אוכל (אריה, פרה). % צרכן_מזון (X, Y) – X צורך מזון Y צרכן_מזון (X, Y) :- אוכל (X, Y). צרכן_מזון (X, Y) :- אוכל (X, Z), צרכן_מזון (Z, Y).

16. דוגמא – חפש את האפרוח רקורסיה טבעית ! עובדות חוקים % נמצאת_בתוך (_ביצה_קטנה, _ביצה_גדולה). נמצאת_בתוך (כחולה, ירוקה). נמצאת_בתוך (ירוקה, אדומה). נמצאת_בתוך (אפרוח, כחולה). % עוטפת (_ביצה_עוטפת, _ביצה). עוטפת (X, Y) :- נמצאת_בתוך (Y, X). עוטפת (X, Y) :- נמצאת_בתוך (Z, X), עוטפת (Z, Y).

17. דוגמא – קווי נסיעה באוטובוס רקורסיה טבעית ! % קו_נסיעה (_מוצא, _יעד) – קו ישיר קו_נסיעה (מטולה, קירית_שמונה). קו_נסיעה (קרית_שמונה, טבריה). % ניתן_להגיע (_מוצא, _יעד) - מסלול כלשהו ניתן_להגיע (_מוצא, _יעד) :- קו_נסיעה (_מוצא, _יעד). ניתן_להגיע (_מוצא, _יעד) :- קו_נסיעה (_מוצא, _ביניים), ניתן_להגיע (_ביניים, _יעד).

18. דוגמא – מספר דורות רקורסיה חשבונית % מספר_דורות (X, Y, N) – X אב קדמון של Y N מספר הדורות ביניהם מספר_דורות (X, Y, 1) :- הורה(X, Y). מספר_דורות (X, Y, N) :- הורה(X, Z), מספר_דורות (Z, Y, M), N := M + 1.

19. דוגמא – חפש את האפרוח רקורסיה חשבונית %נמצאת_בתוך (_ביצה_קטנה, _ביצה_גדולה). נמצאת_בתוך (כחולה, ירוקה). נמצאת_בתוך (ירוקה, אדומה). נמצאת_בתוך (אפרוח, כחולה). % מספר_ביצים (_ביצה_עוטפת, _ביצה, N). מספר_ביצים (X, Y, 2) :- נמצאת_בתוך (Y, X). מספר_ביצים (X, Y, N) :- נמצאת_בתוך (Z, X), מספר_ביצים (Z, Y, M), N := M + 1.

20. דוגמא – קווי נסיעה באוטובוס רקורסיה חשבונית % קו_נסיעה (_מוצא, _יעד) – קו ישיר קו_נסיעה (מטולה, קירית_שמונה). קו_נסיעה (קרית_שמונה, טבריה). % מספר_קוים (_מוצא, _יעד, N) - מסלול במספר קוים מספר_קוים (_מוצא, _יעד, 1) :- קו_נסיעה (_מוצא, _יעד). מספר_קוים (_מוצא, _יעד, N) :- קו_נסיעה (_מוצא, _ביניים), מספר_קוים (_ביניים, _יעד, M), N := M + 1.

21. דוגמא – קווי נסיעה באוטובוס רקורסיה חשבונית - מחיר % קו_נסיעה (_מוצא, _יעד, _מחיר) – קו ישיר קו_נסיעה (מטולה, קירית_שמונה, 20). קו_נסיעה (קרית_שמונה, טבריה, 30). % סכום_נסיעה (_מוצא, _יעד, S) - מסלול במספר קוים סכום_נסיעה (_מוצא, _יעד, S) :- קו_נסיעה (_מוצא, _יעד, S). סכום_נסיעה (_מוצא, _יעד, S) :- קו_נסיעה (_מוצא, _ביניים, S1), סכום_נסיעה (_ביניים, _יעד, S2), S := S1 + S2.

22. דוגמא – עצרת ! רקורסיה חשבונית % עצרת (N, F) – מקבל ערך N ומחזיר את N! ב- F. עצרת ( 0, 1 ). עצרת ( 1, 1 ). עצרת ( N, F ) :- N > 1, M := N – 1, עצרת ( M, F1 ), F := F1 * N. 0! = 1 1! = 1 N! = (N-1)! * N

23. דוגמא – סידרת פיבונאצי רקורסיה חשבונית % פיבונאצי (N, F) – מקבל ערך N ומחזיר את הערך של האיבר ה- N בסידרת פיבונאצי בתוך F. פיבונאצי ( 1, 0 ). פיבונאצי ( 2, 1 ). פיבונאצי ( N, F ) :- N1 := N – 1, N2 := N – 2, פיבונאצי ( N1, F1 ), פיבונאצי ( N2, F2 ), F := F1 + F2. 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, .. בסידרת פיבונאצי האיבר הראשון הוא – 0 האיבר השני הוא – 1 וכל איבר אחר הוא סכום שני קודמיו

24. דוגמא – מספר טבעי רקורסיה חשבונית % מספר_טבעי (N) – 'כן' אם N טבעי 'לא' אחרת. מספר_טבעי ( 1 ). מספר_טבעי ( N ) :- N > 0 , M := 1 – N, מספר_טבעי ( M ). N טבעי אם המספר הקטן ממנו ב- 1 הוא טבעי

25. רקורסיה היא הצהרתית בכל פרדיגמה 0! = 1 1! = 1 N! = (N-1)! * N N טבעי אם המספר הקטן ממנו ב- 1 הוא טבעי X0 = 1 Xy = Xy-1 * X 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, .. בסידרת פיבונאצי האיבר הראשון הוא – 0 האיבר השני הוא – 1 וכל איבר אחר הוא סכום שני קודמיו a1 = a an = an-1 + d

26. דוגמא – עצרת !, רקורסיה חשבונית, מעבר לפסקל (פרוצדורה) procedure Factorial_p( N: integer; var F:integer); var F1 : integer; begin if N = 0 then F := 1 else if N = 1 then F := 1 else begin Factorial_p( N-1, F1); F := F1 * N; end; end;

27. דוגמא – עצרת !, רקורסיה חשבונית, מעבר לפסקל (פונקציה) function Factorial_f( N: integer): integer; begin if N = 0 then Factorial_f := 1 else if N = 1 then Factorial_f := 1 else Factorial_f := Factorial_f(N-1) * N; end;

28. דוגמא – סידרת פיבונאצי, רקורסיה חשבונית, מעבר לפסקל (פרוצדורה) procedure Fibonaci_p( N: integer; var F:integer); var F1, F2 : integer; begin if N = 1 then F := 0 else if N = 2 then F := 1 else begin Fibonaci_p( N-1, F1); Fibonaci_p( N-2, F2); F := F1 + F2; end; end;

29. דוגמא – סידרת פיבונאצי, רקורסיה חשבונית, מעבר לפסקל (פונקציה) function Fibonaci_f( N: integer): integer; begin if N = 1 then Fibonaci_f := 0 else if N = 2 then Fibonaci_f := 1 else Fibonaci_f := Fibonaci_f(N-1) + Fibonaci_f(N-2); end;

30. דוגמא – מספר טבעי, רקורסיה חשבונית מעבר לפסקל (פונקציה) function Natural_Num( N: integer): boolean; begin if N > 0 then if N = 1 then Natural_Num := true else Natural_Num := Natural_Num(N-1) else Natural_Num := false; end;

31. דוגמא – נמצא ברשימה רקורסיה ברשימות • איבר נמצא ברשימה אם: • הוא האיבר הראשון ברשימה או • הוא נמצא בהמשך הרשימה

32. דוגמא – נמצא ברשימה רקורסיה ברשימות - פרולוג % נמצא_ברשימה (X, L) נמצא_ברשימה (X, [ X | _ ] ). נמצא_ברשימה (X, [ _ | Z ]) :- נמצא_ברשימה (X, Z).

33. דוגמא – נמצא ברשימה רקורסיה מערך - בפסקל function In_List(A:arr_type;N:integer; P: integer; X: integer): boolean; begin if P <= N then begin if X = A[P] then In_List := true else In_List := In_List(A,P+1,X); end else In_List := false; end;

34. דוגמא – נמצא ברשימה רקורסיה ברשימות - פסקל function In_List( L: list_type; P: list_pos; X: list_info_type): boolean; var Y:list_info_type; begin if not list_is_empty(L)then begin list_retrieve(L,P,Y); if X = Y then In_List := true else In_List := In_list(L, list_next(L,P),X); end else In_List := false; end;

35. דוגמא – קטן ברשימה הגדרה רקורסיבית • הקטן ברשימה הוא: • האיבר היחיד ברשימה או • האיבר הקטן בין • הראשון ברשימה לבין • הקטן בין יתר אברי הרשימה

36. דוגמא – קטן ברשימה רקורסיה ברשימות - פרולוג הנחה: הרשימה לא ריקה % קטן_ברשימה (_קטן, _רשימה) קטן_ברשימה (X, [ X ] ). קטן_ברשימה (X, [ X | Z ] ) :- קטן_ברשימה ( Y, Z ), X < Y. קטן_ברשימה (Y, [ X | Z ] ) :- קטן_ברשימה ( Y, Z ), Y < X.

37. דוגמא – קטן ברשימה רקורסיה במערך - פסקל function List_Small( A:arr_type; N,P:integer):integer; var Y:integer; begin if P =N then List_Small:= A[N] else begin Y := List_Small(A,N,P+1); if X < Y then List_Small:= X else List_Small:= Y; end; end;

38. דוגמא – קטן ברשימה רקורסיה ברשימות - פסקל

39. function List_Small( L: list_type; P: list_pos): integer; var X,Y : list_info_type; begin list_retrieve(L, P, X); if list_next(L, P) =list_end(L) then List_Small:= X else begin Y := List_Small (L,list_next(L,P)); if X < Y then List_Small:= X else List_Small:= Y; end; end;

40. תודה