Основные элементы программы на Лиспе. Списки

 

Программы на языке Лисп строятся из простейших неделимых элементов, называемых атомами. Символы и числа представляют собой атомы, из них состоят все остальные структуры.

Символ - это имя, состоящее из букв, цифр и специальных знаков, которое обозначает какой-нибудь предмет или действие из реального мира, а также число, функцию (программу) и другие объекты. Наряду с символами используются и числа (значения), которые могут быть целыми (например, 543), десятичными (например, 3.789) и в представлении с мантиссой и порядком (например, 1.0243Е-6).

Главной структурой в Лиспе является список.

Списком называется упорядоченная последовательность, элементамикоторойявляются либо атомы, либо списки (подсписки). Списки заключаются в круглые списки, аих элементы разделяются пробелами. Например,

 

(ab(cd)e)

(В группе 18 студентов)

(((((первый) 2) третий) 4) 5).

 

Список, в котором нет ни одного элемента, называется пустым списком и обозначается "()" или специальным символом NIL. Список - это структура данных, представляющая некоторую иерархическую связь (дерево) с помощью строго соответствующих друг другу открывающих и закрывающих скобок.

Имеется и альтернативный способ записи списков - с использованием, так называемой, точечной нотации. Точка при этом отделяет начальный элемент списка -его голову - от остальной части списка - хвоста: (голова, хвост) или

(а1 а2... aN) = (а1. (а2.... (aN.Nil)...)).

Здесь Nil - это предопределенная константа, означающая пустой список (и одновременно логическое значение «Ложь»).

Атомы и списки называются S-выражениями. Все вышесказанное можно обобщить в следующих формах Бэкуса - Наура

<S-выражение>:: = <атом> | <список>

<список>:: = (<внутренняя часть>)

<внутренняя часть>:: = NIL | <S-выражение> [{внутренняя часть}}

<атом>:: = цепочка алфавитно-цифровых символов без пробелов или специальных символов (,);.

 

Списки в Лиспе - основное средство представления знаний. Например,с помощью вложенных списков может быть представлена характеристика человека:

(сотрудник

(имя Петр)

(отчество Петрович)

(фамилия Иванов)

(образование (среднее (с 1969 по 1979))

(высшее (ВГУ г.Воронеж (с 1979 по 1982)

(МГУ г. Москва (с 1982 по 1984)) (специальность

(техническая кибернетика)

(программирование)

(стаж (с 1984 по 1997)

)

ФУНКЦИИ

 

Функции в Лиспе аналогично математическим функциям ставят в соответствие элементам из одного множества - определения (аргументов) - единственный элемент из множества значений. В программах следует различать определение функций и вызов (применение) функции.

В языке Лисп принята единообразная префиксная форма записи, при которой как имя функции или действия, так и аргументы записываются внутри скобок:

 

(f x)

(g x y) (сумма_квадратов 2 3).

 

Аналогично записываются и арифметические действия:

 

(+ х у)

(*x(+yz))

(+ (^ х х) (⁺ у у)).

 

Определение функций и их вычисление в Лиспе основано на лямбда-исчислении Черча. В 1-исчислении Черча функция записывается в виде

 

1(х1,х2,...,xn).fn

 

В Лиспе 1-выражение имеет вид (LAMBDA (xl, x2,..., xn).fn).

Символ LAMBDA означает, что мы имеем дело с определением функции. Символы xi являются формальными параметрами, они образуют список, называемый лямбда-списком; fn - это тело функции, которая может иметь произвольную форму, допускаемую интерпретатором Лиспа. Телом функции может быть, например, константа или композиция из вызовов функций. Функцию, вычисляющую сумму квадратов двух чисел, можно, например, определить так:

 

(lambda(xy)(+(*xx)(*yy))).

 

Лямбда-выражение - это безымянная функция, которая может быть использована для связывания формальных и фактических параметров на время вычислений. Вызов такой функции происходит по форме

 

(лямбда-выражение а1 а2... an)

 

Здесь ai - фактические параметры, с которыми происходит вычисление.

Например

 

((lambda (х у) (+ (* х х) (* у у))) 3 4).

Результат: 25.

 

Определить новую функцию и дать ей имя для последующих вызовов можно с помощью функции DEFUN (define function):

 

(DEFUN имя лямбда-список тело).

 

DEFUN соединяет символ с лямбда-выражением, и символ начинает представлять (именовать) определенные этим лямбда-выражением вычисления. Значением этой формы является имя новой функции:

 

(defun sumsquare (х у) (+ (* х х) (* у у))).

 

Результат: sumsquare.

Вызов (применение) этой функции:

 

(sumsquare 34)

Результат: 25.

 

Определение функции задается списком, поэтому его можно модифицировать в ходе выполнения программы. Кроме того, некоторый символ может быть и именем функции и переменной.

В Лиспе передача параметров происходит по значению. Формальные параметры функций являются статическими и локальными, т.е. действительны только внутри той формы, в которой они определены.

Основу для построения различных функций образует набор небольшого числа примитивных встроенных функций. Базовыми функциями обработки S-выражений являются функции

 

CAR, CDR, CONS, ATOM, EQ, EQL, =

и другие, смысл которых отражен в табл. 3.7.

 

Таблица 3.7