Aulas sobre Linguagens de Programação Lógica

Este documento oferece uma série de aulas sobre o paradigma de programação lógica, uma abordagem fascinante e poderosa que trata a computação como um processo de dedução lógica. Diferente de dar comandos passo a passo (paradigma imperativo), aqui nós descrevemos um universo de fatos e regras e deixamos que o computador “raciocine” para encontrar as respostas.

Aula 1: Introdução ao Paradigma Lógico

Nesta primeira aula, vamos entender o que é o paradigma lógico, sua base fundamental e por que ele representa uma forma diferente de pensar sobre programação.

O que é Programação Lógica?

O paradigma de programação lógica é uma forma de programação declarativa baseada na lógica formal, mais especificamente no cálculo de predicados de primeira ordem.

Em vez de escrever um algoritmo que diz como resolver um problema, o programador se concentra em descrever o que é verdade sobre o problema. O programa consiste em um conjunto de axiomas lógicos (fatos e regras), e a execução consiste em fazer uma pergunta (uma query) ao sistema, que tentará provar se essa pergunta é verdadeira com base no conhecimento fornecido.

A ideia central é: Programa = Lógica + Controle.

A Base: Lógica de Predicados

As linguagens lógicas são construídas sobre a lógica matemática. Elas usam um subconjunto da lógica de predicados de primeira ordem, conhecido como Cláusulas de Horn. Não é preciso ser um especialista em lógica para programar, mas entender os conceitos básicos ajuda muito:

Por que aprender sobre Linguagens Lógicas?

Aula 2: Conceitos Fundamentais da Programação Lógica

Toda linguagem lógica se baseia em alguns pilares. Vamos explorar os blocos de construção essenciais, usando uma sintaxe inspirada na linguagem Prolog, a mais famosa do paradigma.

1. Fatos (Facts)

Fatos são axiomas incondicionais sobre nosso domínio. Eles declaram algo que é sempre verdade. Um fato é um predicado seguido por seus argumentos (átomos) entre parênteses.

Sintaxe: predicado(atomo1, atomo2, ...). (O ponto final é crucial).

Exemplo: Vamos modelar relações familiares.

% Fatos: predicado 'progenitor(Pai/Mae, Filho/Filha)'.
progenitor(joao, ana).        % João é progenitor de Ana.
progenitor(maria, joao).      % Maria é progenitora de João.
progenitor(jose, maria).      % José é progenitor de Maria.
progenitor(ana, helena).      % Ana é progenitora de Helena.

2. Regras (Rules)

Regras são axiomas condicionais. Elas nos permitem inferir novos fatos a partir dos existentes. Uma regra define que uma conclusão é verdadeira se (if) uma ou mais condições forem verdadeiras.

Sintaxe: conclusao :- condicao1, condicao2, ... .

Exemplo: Vamos definir o que significa ser um “avô” ou “avó”.

% Regra: Alguém (Avo) é avô/avó de um Neto se
%        Avo for progenitor de um Pai, E
%        esse mesmo Pai for progenitor do Neto.

avô(Avo, Neto) :-
    progenitor(Avo, Pai),
    progenitor(Pai, Neto).

Aqui, Avo, Neto e Pai são variáveis. A linguagem tentará encontrar valores para elas que satisfaçam ambas as condições.

3. Consultas (Queries)

Uma vez que temos nossa base de conhecimento (fatos e regras), podemos fazer consultas para extrair informações. A execução de um programa lógico é, na verdade, a resposta a uma consulta.

Exemplo: Usando nosso código acima, podemos perguntar ao sistema:

4. Unificação e Backtracking

Estes são os dois mecanismos mágicos que fazem tudo funcionar:

Aula 3: Prolog na Prática

Prolog (acrônimo para PROgramming in LOGic) é a linguagem lógica mais conhecida e influente. Foi criada no início dos anos 1970 por Alain Colmerauer e sua equipe.

Sintaxe Básica em Prolog

Exemplo 1: Recursividade - Ancestrais

Como definir um ancestral? Um progenitor é um ancestral. E o progenitor de um ancestral também é um ancestral. Isso é uma definição recursiva!

% Fatos (base da recursão)
progenitor(joao, ana).
progenitor(maria, joao).
progenitor(jose, maria).

% Regra 1: Um progenitor direto é um ancestral.
ancestral(Anc, Desc) :-
    progenitor(Anc, Desc).

% Regra 2: O progenitor de um ancestral também é um ancestral.
ancestral(Anc, Desc) :-
    progenitor(Anc, Alguem),
    ancestral(Alguem, Desc).

Consulta: Quem são os ancestrais de Ana?

?- ancestral(X, ana).

Respostas: X = joao (pela Regra 1) X = maria (pela Regra 2, onde Alguem = joao) X = jose (pela Regra 2, onde Alguem = maria)

Exemplo 2: Manipulação de Listas

Listas são uma estrutura de dados fundamental em Prolog. A sintaxe [Cabeça | Cauda] é usada para separar o primeiro elemento (Cabeça) do resto da lista (Cauda).

Problema: Verificar se um elemento pertence a uma lista.

% Predicado: membro(Elemento, Lista)

% Caso base: X é membro de uma lista se for a cabeça dela.
membro(X, [X | _]).

% Caso recursivo: X é membro de uma lista se for membro da cauda dela.
membro(X, [_ | Cauda]) :-
    membro(X, Cauda).

Consulta: O número 3 pertence à lista [1, 2, 3, 4]?

?- membro(3, [1, 2, 3, 4]).

Resposta: true.

Aula 4: Comparando Paradigmas e Casos de Uso

É crucial entender quando o paradigma lógico brilha e quando outras abordagens são mais adequadas.

Característica Paradigma Lógico Paradigma Imperativo (C, Python) Paradigma Funcional (Haskell, Lisp)
Foco O que é verdade (relações). Como fazer (passo a passo). O que é a transformação (funções).
Estado Implícito no banco de dados de fatos. Evita estado mutável. Central e mutável (variáveis). Evita estado mutável e efeitos colaterais.
Fluxo de Controle Backtracking e unificação. Laços, condicionais (for, if). Composição de funções, recursão.
Execução Resposta a uma consulta. Execução de uma sequência de comandos. Avaliação de uma expressão.

Onde as Linguagens Lógicas são Usadas?

Com estas aulas, você tem uma base sólida para entender o poder e a elegância da programação lógica. É uma ferramenta que, embora não seja de uso geral como Python ou Java, é extremamente poderosa para a classe certa de problemas, abrindo novas formas de pensar sobre software e solução de problemas.