Реферат на тему:
Мова програмування Лісп

За однією з класифікацій мови програмування (МП) діляться на процедурні, які також називаються операторними або імперативними та декларативні мови. Більшість мов що сьогодні використовуються – Бейсік, Фортран, Паскаль, Сі, відносяться до процедурних мов. До класу декларативних мов відносяться функціональні або апплікативні – Лісп, Лого та логічні мови, відомим представником якого є Пролог. На практиці МП не є чисто процедурними, функціональними чи логічними. На процедурній мові можна написати функціональну програму і навпаки.
Процедурна програма складається з послідовності операторів та виразів, які керують її виконанням. Типичними операторами є оператори присвоєння, ввода-виводу, керування та циклу.
Функціональна програма складається з сукупності визначених функцій. Функції, в свою чергу, можуть викликати інші функції. Обчислення починається з виклику деякої функції. Чисте функціональне програмування не має присвоєнь та засобів передачі керування. Повторні обчислення здійснюються за допомогою рекурсії, яка є основним засобом функціонального програмування.
muLisp працює на комп’ютері з операційною системою MS-DOS або PC-DOS. Програма mulisp.com є інтерпретатором МП muLisp. muLisp є потужною МП, має великі функціональні засоби для обробки структур даних, створених користувачем. muLisp є символьною МП, яка призначена для обробки списків. (Lisp — List Processing). Будь-яка структура даних є об’єктом.
Робота з Ліспом нагадує роботу з карманним калькулятором: користувач вводить вираз (він обов’язково повинен закінчуватися символом <RETURN> та мати збалансовану кількість дужок), який читає машина, потім обчислює (інтерпретує), та видає результат. Цей процес введення-читання-обчислення-видачі результату буде відбуватися в циклі доти, доки користувач не введе команду (SYSTEM), яка завершує роботу з muLisp і передає керування операційній системі.
Об’єкти Ліспу
Об’єкти можуть бути двох типів: прості та складені. Прості об’єкти називаються атомами. До атомів відносяться символи та числа. Символ не може починатися з цифри. muLisp не розрізняє маленькі та великі літери, а перетворює всі введені літери в великі. Атом є неподільним, тобто його не можна розбити на компоненти. Атом, як і людина, має ім’я. Іменами атомів є рядки символів. DOG, CAT, qw1232df, -32 є типовими іменами атомів. Символи T та NIL мають в Ліспі спеціальне призначення: вони позначають відповідно логічні значення істини та хибності. Ці символи завжди повинні мати одне фіксоване значення. Їх не можна використовувати в якості імен інших об’єктів Ліспу.Числа та логічні значення T та NIL є константами, всі інші символи – змінними.
Складними об’єктами даних є списки. Список містить нуль (тоді говорять про порожній список) або більше об’єктів, кожний з яких може бути як простим, так і складеним. (FACE, LOOK, NOSE) є списком, який складається з трьох атомів. Порожній список позначається NIL = (), який є атомом. Список називається лінійним, якщо його елементи є атомами. Інакше говорять про списки з підсписками, наприклад: (7 (8 9) TR).
Для того щоб введений вираз не обчислювався, перед ним ставиться апостроф (‘). Якщо вираз вводиться без апострофа, то повертається його значення. При запуску програми muLisp значенням кожного атома вважається він сам. Значенням числа завжди є саме число, тому перед числами апостроф не ставиться. Тобто після старту системи при вводі Q результатом буде його значення – Q, а при вводі ‘Q — буде завжди Q. Апостроф перед виразом – це скорочення форми QUOTE, яка записується в наступній формі: ‘вираз = (QUOTE вираз). QUOTE можна використовувати як спеціальну функцію з одним аргументом, яка нічого з ним не робить, а повертає як результат сам аргумент.
Списки задаються переліком елементів, взятих в дужки, перед якими ставиться апостроф. Наприклад: ‘(ice, hen) або ‘((one 1) (two 2) (three 3)).
Примітивні функції Ліспу
Lisp має п’ять примітивних функцій. Виклик функції має наступний формат:
(name arg1 arg2 ...), де name — ім’я функції, arg1,arg2,... — її аргументи.
1. (CAR <list>) — голова списку.
2. (CDR <list>) — хвіст списку.
3. (CONS <object> <list>) — об’єднання (конкатенація) об’єкта зі списком.
4. (EQL <atom1> <atom2>) — порівняння двох атомів.
5. (ATOM <object>) — перевірка чи є <object> атомом.
CAR та CDR називаються селекторними функціями, оскільки вони дають можливість вибирати або знищувати частину об’єкта. Результатом функції (CAR list) завжди є перший елемент списку list, якщо він непорожній і NIL в іншому випадку. Результатом функції (CDR list) є список list без першого елемента, якщо list містить більш одного елемента і NIL в іншому випадку.
$ (CAR ‘(q w e r t y)) $ (CDR ‘(q w e r t y)) $ (CAR ‘((one 1) (two 2)))
q (w e r t y) (one 1)
$ (CAR ‘()) $ (CDR ‘(tree)) $ (CDR ‘((q w)) $ (CDR ‘())
NIL NIL NIL NIL
За допомогою функцій CAR, CDR можна знаходити за даним списком будь-який його підсписок або атом. Дозволяється використовувати функції, які є комбінаціями CAR та CDR. Імена таких функцій починаються на C і закінчуються на R, а між ними знаходиться послідовність літер A та D (але не більше 4 літер в реалізації muLisp), яка вказує шлях обчислення.
$ (CAR (CDR (CDR ‘(q w e r t y)))) $ (CAR (CDR (CDR ‘((q 1) (w 2) (e 3)))))
$ (CADDR ‘(q w e r t y)) $ (CADDR ‘((q 1) (w 2) (e 3)))
e (e 3)
$ (CDR (CDR ‘((q 1) (w 2) (e 3)))) $ (CAR (CAR ‘((q w))))
$ (CDDR ‘((q 1) (w 2) (e 3))) $ (CAAR ‘((q w)))
((e 3)) q
Функція конструктора CONS використовується для додання об’єкту до заданого списку. Об’єкт який додається, стає головою списку. Якщо другий аргумент не задано, то він вважається рівним NIL.
$ (CONS ‘(q w) ‘(r (t y))) $ (CONS apple ‘(q w)) $ (CONS ‘(q w) ‘(r t y)) $ (CONS 5)
((q w) r (t y)) (apple q w) ((q w) r t y) (5)
Якщо результатом виразу (CONS <object> <list>) буде <new>, то результатом (CAR <new>) буде <object>, а результатом (CDR <new>) буде <list>.
$ (CAR (CONS ‘(q w) ‘(r (t y)))) $ (CAR (CONS apple NIL))
(q w) apple
Функцією порівняння є EQL. Вона порівнює значення першого та другого аргумента, які обов’язково повинні бути атомами, та повертає значення істини (Т) або хибності (NIL).
$ (EQL ‘qw ‘qw) $ (EQL (CAR ‘(q w)) q) $ (EQL (CAR ‘(q,w) NIL)
T T F
При написанні програм на Ліспі часто виникає запитання: чи є даний об’єкт атомом? Це питання вирішує предикат ATOM. Він повертає Т, якщо об’єкт є атомом і NIL в іншому випадку. Порожній список NIL є атомом.
$ (ATOM qwerty) $ (ATOM ‘(q w e)) $ (ATOM ‘())
T F T
$ (ATOM ‘(q)) $ (ATOM 3)
F T
Функції призначення
Функції призначення застосовуються для надання значень програмним змінним. До них відносяться:
1. (SET <symbol> <object>) — заміна символа об’єктом
2. (SETQ <sym1><form1><sym2><form2> ... ) — спеціальна форма функції SET
3. (PSETQ <sym1><form1><sym2><form2> ... ) — спеціальна форма функції SET
4. (POP <symbol>) — повертає вершину стека (списку)
5. (PUSH <symbol><form>) — кладе символ <symbol> в стек (список) <form>.
Операція заміни значення символа здійснюється за допомогою функції SET. Вона присвоює символу <symbol> значення <object>, або зв’язує <symbol> з <object> . Для скорочення замість SET ‘ пишуть SETQ (SET Quote). Як результат функція присвоєння повертає другий аргумент.
$ (SET ‘fox ‘(a s d)) $ (SETQ vowels ‘(a e i o u)))
$ (SETQ fox ‘(a s d)) $ (SETQ vowels (CONS ‘y vowels))
(a s d) (y a e i o u)
Функція SETQ дозволяє здійснювати заміну значень декільком символам в одній команді: (SETQ a 1 b 2 c 3). При цьому зміни виконуються послідовно зліва направо. Після цього значенням символу a стане 1, b - 2, c - 3.
Функція PSETQ ідентична до функції SETQ за винятком того, що всі форми оцінюються до того, як будуть здійснені будь-які заміни. Проілюструємо це на прикладі. Значення символа Sym позначатимемо через Val(Sym).
$ (SETQ w 1 e 2) Val(w)=1, Val(e)=2 $ (SETQ w 1 e 2) Val(w)=1, Val(e)=2
$ (SETQ w e e w) Val(w)=2, Val(e)=2 $ (PSETQ w e e w) Val(w)=2, Val(e)=1
При виконанні операції заміни необхідно розрізняти символ та значення. При старті системи mulLsp значенням кожного символа є він сам. Якщо ми введемо DOG, то і результатом буде DOG. Присвоїмо символові DOG значення CAT: (SET ‘DOG ‘CAT). Результатом виразу (SET DOG ‘HEN) буде HEN, але значення HEN ми присвоювали не символу DOG, а значенню символа DOG, тобто символу CAT. Значення символа DOG залишилося без зміни. Розглянемо результат наступних дій:
(SET ‘car ‘road) Val(car) = road Val(road) = road
(SET car flower) Val(car) = road Val(road) = flower Val(flower) = flower
(SET ‘car car) Val(car) = road Val(road) = flower Val(flower) = flower
(SET road car) Val(car) = road Val(road) = flower Val(flower) = road
(SET ‘road 4) Val(car) = road Val(road) = 4 Val(flower) = road
(SET road ‘hen) помилка, 4 не є символом і не може приймати інші значення
POP повертає голову списка (вершину стека) і замінює значення <symbol> на його хвіст. PUSH кладе <symbol> в стек та змінює його значення на збільшений стек.
$ (SETQ a ‘(q w e r t)) Val(a) = (q w e r t)
$ (POP a) Val(a) = (w e r t)
$ (PUSH ‘n a) Val(a) = (n w e r t)
Завдання
1. Побудувати список, який задовільняє наступним умовам:
а) містить два підсписки, перший з яких має три атоми, а другий — чотири атоми;
б) містить три атоми, але його хвіст дорівнює NIL;
в) містить три складені об’єкти, і лише його другий елемент є атомом;
г) голова списку містить три атоми, а кількість атомів в усьому списку дорівнює 3.
д) містить тільки порожній список, а голова списку не є атомом.
е) голова та хвіст є списками з підсписками.
2. Що буде в результаті обчислення наступних виразів:
a) (CONS NIL NIL) г) (ATOM (CDR ‘(q NIL)))
б) (CONS (CAR ‘((q w))) (CDR ‘((q (w e))))) д) (EQL NIL ‘NIL)
в) (EQL (CDR ‘(q)) NIL) е) (PUSH nil nil) (EQL (ATOM ‘(q w)) nil)
3. Скласти вираз, який би за вхідними даними побудував би заданий результат.
a) дано: (A, B, C), (X, Y, Z). побудувати: (A, Y, Z).
б) дано: ((one 1) (two 2 3) (three 4 5 6)) побудувати: 5.
в) дано: ((q w ® t) y) побудувати: NIL
г) дано: ((q (w (e) r) t) y) побудувати: ((q) w (e) r)
д) дано: (q (w e)) побудувати: w, e
е) дано: (q w) побудувати: (((q w)))
4. Скласти вираз, який надає значення вхідним даним та вираз, який будує заданий результат, використовуючи лише вихідні символи.
а) дано: one=1, two=2, three=3 зробити: one=2, two=3, three=1.
б) дано: Val(house)=sky, Val(sky)=house зробити: Val(sky)=sky, Val(house)=house
в) дано: Val(lst)=(q) зробити: Val(lst)=(((q) q) q)
г) дано: Val(q)=w, Val(w)=s зробити: Val(q)=(s s)
5. Не використовуючи селекторні функції:
а) дано: Val(a) = (q w e r t y) зробити: Val(a) = q
б) дано: Val(a) = (q w e r t y) зробити: Val(a) = (w)
6. Вказати значення всіх змінних після виконання наступних дій:
(SET one ‘two)
(SETQ two ‘one)
(SET three two four ‘one two three)
(PSETQ four one three ‘four two three one four)
II Варіант завдань
1. Побудувати список, який задовільняє наступним умовам:
а) голова та хвіст списку дорівнює NIL.
б) серед елементів списку є три списки, але жодного складного об’єкту.
в) серед елементів списку немає атомів, хвіст голови не є порожнім списком, але хвіст хвоста є порожнім списком.
г) усі елементи списку – атоми, при чому перший та третій елементи – символи, другий та четвертий – не символи, а п’ятий – не символ і не число.
2. Що буде в результаті обчислення наступних виразів:
а) (CADR ‘(nil (nil)))
б) (CONS (ATOM '(ATOM '(q w e))) '(NIL))
в) (CONS '(q w) '(e r) '(t y))
г) (EQL (ATOM (CDR '(nil))) (CADDDR '(w e r t y))
д) (EQL (CONS nil) (CADR '(q (nil) w)))
е) (CDR '(CDR (CONS '(q) '(w))))
3. Вказати значення всіх змінних після виконання наступних дій:
а) (SETQ one two two three three one)
(SET one three)
(PSETQ one two two three three one)
б) (SETQ a ‘(a b) b '(b c) c '(c a))
(SET (CADR b) (CONS a))
(SETQ a (CADR a) b (CADR b) c (CADR c))
Зауваження: якщо a = (a b), b = (b c), c = ((a b)), то після
(SETQ a (CADR a)) буде a = b, b = (b c), c = ((a b)),
а після (SETQ a (EVAL (CADR a))) буде a = (b c), b = (b c), c = ((a b)).
Відповіді
1. а) ((q w e)(r t y u)) г) ((q w e))
б) ((q w e)) д) ((NIL))
в) ((q w) e (r t) (y)) е) ( (e (p)) (2 9 (9)) )
2. a) (NIL) г) (ATOM (NIL)) = NIL
б) (CONS ‘(q w) NIL) = ((q w)) д) (EQL NIL ‘NIL) = T
в) (EQL NIL NIL) = Т е) (EQL NIL (NIL)) = NIL
3. а) (CONS (CAR ‘(A B C)) (CDR ‘(X Y Z)))
б) (CADDR (CADDR ‘((one 1) (two 2 3) (three 4 5 6))))
в) (CDDR ‘((q w ® t) y))
г) (SETQ t ‘((q (w (e) r) t) y))
(CONS (CONS (CAAR t) NIL) (CADAR t))
д) (SETQ a ‘(q (w e)))
(CAADR a) -> w, (CADADR a) -> e
е) (cons (cons ‘(q w) nil) nil)
4. a) $ (SETQ one 1 two 2 three 3) в) (CONS (CONS lst lst) lst)
$ (PSETQ one two two three three one)
б) $ (PSETQ house sky sky house) г) (SETQ q (CONS w (CONS w)))
$ (PSETQ house sky sky house)
5. а) $ (SETQ a ‘(q w e r t y)) б) $ (POP a) Val(a) = (w e r t y)
$ (SETQ a (POP a)) $ (SETQ a (POP a)) Val(a) = w
$ (SETQ a (CONS aNIL))
6. Val(one) = two
Val(one) = two, Val(two) = one
Val(one) = two, Val(two) = one, Val(three) = one, Val(four) = four
Val(one) = four, Val(two) = one, Val(three) = four, Val(four) = two
II Варіант завдань
1. а) (NIL) в) ((e к) (e))
б) (()()()) г) (q 3 r 3 ())
2. а) (NIL) в) ((q w) e r) д) NIL (порівняння списків а не атомів!)
б) (NIL NIL) г) T е) ((CONS (QUOTE (Q)) (QUOTE (W))))
3. а)one two three б) a b c
------------------------------- -------------------------------
two three two (a b) (b c) (c a)
two two two (a b) (b c) ((a b))
two two two b c NIL