如何将元素附加到 Prolog 中的列表中？答案

【问题标题】：How do you append an element to a list in place in Prolog?如何将元素附加到 Prolog 中的列表中？
【发布时间】：2013-02-08 08:17:26
【问题描述】：

如果我在 Prolog 中有一个列表，例如 X = [1, 2, 3, 4]，我如何将元素 5 添加到列表的末尾以使 X = [1, 2, 3, 4, 5]？

append 函数需要两个列表，即 append(A,B,C) 将 A 和 B 连接到列表 C。

我可以用一个临时列表 Y = [1, 2, 3, 4] 和 Z = [5] 来做这个，然后做一个追加（Y，Z，X），但我不喜欢有一个临时清单。

通常的免责声明适用于此 - 这不是家庭作业，我只是在学习 Prolog。

【问题讨论】：

简短回答：你没有；你根本不知道。

标签： list prolog append in-place difference-lists

【解决方案1】：

既然 Prolog 有 append 只接受列表，我们为什么不使用它来插入我们的元素到列表之一。即

% E = element, L = list, R = result
% e.g. add_elem_in_list ([1,2,3,4], 5, R).
add_elem_in_list(L, E, R) :- append(L, [E], R).

【讨论】：

【解决方案2】：

你不能在 Prolog 中修改列表，但是你可以创建一个未指定长度的列表：

main :-
    A = [1,2,3,4|_].

然后，您可以在 SWI-Prolog 中使用nth0/3 插入一个元素：

:- initialization(main).

main :-
    A = [1,2,3,4|_],
    nth0(4,A,5),
    writeln(A).

插入此元素后，A = [1,2,3,4,5|_]。

您还可以定义一个函数，将项目附加到列表的末尾，然后像这样使用它：

:- initialization(main).

append_to_list(List,Item) :-
    List = [Start|[To_add|Rest]],
    nonvar(Start),
    (var(To_add),To_add=Item;append_to_list([To_add|Rest],Item)).

main :-
    A = [1,2,3|_],
    append_to_list(A,4),
    append_to_list(A,4),
    writeln(A).

在本例中，A = [1,2,3,4,4|_] 在这两项后附加。

【讨论】：

您还可以添加，在每次追加时从头开始重新跟踪打开列表将是二次的，因此我们可以为 O(1) 追加显式维护 end var - 这将是那么差异列表。另外，另一种方法是保持已知长度并直接使用nth0/nth1。

【解决方案3】：

一种声明性解决方案是使用差异列表（正如丹尼尔在其回答中所建议的那样）。差异列表的名称通常表示为两个列表之间的差异：列表及其尾部。例如，一个空列表可以表示为T-T。包含元素 1、2 和 3 的列表可以表示为 [1,2,3| T]-T（注意 (-)/2 是标准的内置中缀运算符）。这种表示的优点是您可以通过使用 append/3 谓词的单个事实定义在恒定时间内将元素附加到列表中：

append(L1-T1, T1-T2, L1-T2).

一个用法示例：

?- append([1,2,3,4| T1]-T1, [5| T2]-T2, Result).
T1 = [5|T2],
Result = [1, 2, 3, 4, 5|T2]-T2.

如果需要，在“正常”列表和差异列表之间进行转换并不难。我把它作为练习留给你。

【讨论】：

刚刚注意到这是一个非常古老的问题（互联网时代）！
s(X)：坚如磐石。

【解决方案4】：

正如其他人所指出的，您将陷入性能问题。
但作为一个练习，我决定尝试创建一个谓词，它可以将一个元素附加到列表的末尾，而不使用append。

% add_tail(+List,+Element,-List)
% Add the given element to the end of the list, without using the "append" predicate.
add_tail([],X,[X]).
add_tail([H|T],X,[H|L]):-add_tail(T,X,L).

我建议您直接使用 append 函数，作为内置函数，它可能比任何手动制作的函数都要快。

【讨论】：

本杰明·富兰克林的风格：“那些为了购买一点临时性能而放弃基本正确性的人，既不应该得到正确性，也不应该得到表现。”
add_tail(X,[L1],[L2]) 和 add_tail(X,[Y|L1],[Z|L2]) 之间有什么区别？
[Head1, Head2|Tail] 将从列表的前面删除前 2 个变量，并将其余变量放在变量 Tail 中的单独列表中。所以 [1,2,3,4] 意味着 Head1 = [1]，Head2 = [2]，Tail = [3,4]，这意味着您可以通过递归删除列表的前面元素。 add_tail 内容如下 1. 如果第一个列表为空并且 X 现在是 outputList 的最后一个元素，则停止搜索替代项。 2.从inputList中取第一个变量，传入X进行校验，当1.为真时递归统一H到outputList的前面。 1. 确保后退。
基本上，从 List1 中删除所有元素，将 X 添加到一个空列表中，然后将 List1 中的所有元素以与删除相反的顺序添加回 List2，创建您通常无法创建的 [List1|X]这样做是因为 X 将根据现有的 Tail 检查并失败。

【解决方案5】：

Prolog 中的变量只能赋值一次。只要 X 具有值 [1,2,3,4]，它就永远不会有另一个值。就像你提到的那样，一个临时变量和 append/3 是这样做的。

话虽如此，你可以做一个可能不推荐的技巧。如果 X = [1,2,3,4,Y] 那么你可以做 Y=5 并且 X 现在有你想要的值。我相信这种技术被称为差异列表。

【讨论】：

@no-one-in-specific 将 Prolog 变量视为数学变量而不是存储位置。我知道这是一个重大的范式转变，但是当你得到它时，Prolog 中的任何事情都会很容易（或至少合乎逻辑）。
@mndrix - 很好的答案。这清楚地想到了。所以如果我理解正确的话，如果我说 X=[A,B,C,D] 然后再赋值 A=[1], B=[2], 那么 X=[[1], [2], C, D]。然后，如果我指定 C=[3], D=[4]，那么我最终有 X=[[1],[2],[3],[4]] 并且它是固定不变的。跨度>
为了使用差异列表，您需要跟踪列表中的“洞”（在这种情况下，它的尾部）。即差异列表始终是一对两个术语，一个是带有“洞”的列表，另一个是“洞”本身。 “洞”本身就是一个逻辑变量。表示对的传统方式是使用内置的中缀运算符。
不完全是。使用X = [1,2,3,4 | Y] 然后Y = [5 | Z] 这是差异列表技术：在X...Y 末尾附加5 得到加长的X...Z。前一个X...Y 是一个仍然有效，更短的差异列表，仍然代表与扩展之前相同的前缀1,2,3,4。差异列表很容易理解为 open-ended 列表或前缀。此外，以这种方式扩展差异列表是 O(1) 操作。
“不完全”是对“我相信这种技术被称为差异列表”的回应。在答案中。

【解决方案6】：

您担心问题的错误结局。结构共享只能通过将一个元素放在列表的开头来实现。该方法具有您想要的性能特征。由于列表的定义方式，当您附加两个列表时，将复制整个第一个列表。在这种情况下，这将是整个列表。单项列表产生的垃圾显然会比这小得多。

如果您确实必须追加，请考虑向后构建列表，然后在末尾反转一次，这样更便宜，或者使用差异列表，这样可以有效地追加到末尾。

【讨论】：

s(X) 用于经典的“双反转，前置项目”方法！