Prolog中successor查询结果重复与缺失问题排查

问题场景 #

以下是编写的Prolog代码：

male(prince_charles).
male(prince_andrew).
male(prince_edward).
female(princess_ann).
female(queen_elizabeth).

child_of(prince_charles, queen_elizabeth).
child_of(princess_ann, queen_elizabeth).
child_of(prince_andrew, queen_elizabeth).
child_of(prince_edward, queen_elizabeth).

throne(queen_elizabeth).

older(prince_charles, princess_ann).
older(prince_charles, prince_andrew).
older(prince_charles, prince_edward).
older(prince_andrew, prince_edward).
older(princess_ann, prince_andrew).
older(princess_ann, prince_edward).

successor(X) :- 
                     male(X), 
                     older(X, Y), 
                     not(female(Y)),
                     child_of(X, A), 
                     child_of(Y, A), 
                     throne(A).

successor(X) :- 
                     female(X), 
                     child_of(X, Y), 
                     throne(Y).

执行findall(X,successor(X), List).得到结果：List = [prince_charles, prince_charles, prince_andrew, princess_ann].，但预期结果为List = [prince_charles, prince_andrew, prince_edward, princess_ann].

问题原因 #

1. prince_charles重复出现 #

第一个successor/1规则中，当X匹配prince_charles时，Y可以匹配两个符合条件的男性兄弟：prince_andrew和prince_edward。Prolog的回溯机制会为每个有效的Y生成一条独立的证明路径，因此prince_charles会被重复返回两次。

2. prince_edward未被匹配 #

第一个规则要求older(X, Y)且Y是男性（not(female(Y))），但prince_edward是女王最小的儿子，不存在比他年幼的男性兄弟，找不到满足条件的Y，无法触发第一个规则；第二个规则仅针对女性，prince_edward是男性，也无法触发，因此完全不被匹配。

修正方案 #

原规则错误地将“存在比自己年幼的男性兄弟”作为男性继承人的前提，实际应该以“没有更年长的男性兄弟优先于自己”作为判断标准。以下是两种修正思路：

思路一：直接判断无年长男性兄弟 #

% 男性继承人：君主的儿子，且没有更年长的男性兄弟
successor(X) :-
    male(X),
    child_of(X, A),
    throne(A),
    \+ (child_of(Y, A), male(Y), older(Y, X)).

% 女性继承人：君主的女儿，且所有更年长的继承人都是女性（即没有年长的男性兄弟）
successor(X) :-
    female(X),
    child_of(X, A),
    throne(A),
    \+ (child_of(Y, A), male(Y), older(Y, X)).

思路二：定义继承顺位优先级 #

% 定义继承顺位的优先级：男性优先于女性；同性别下年长优先
precedes(X, Y) :-
    male(X), female(Y).
precedes(X, Y) :-
    male(X), male(Y), older(X, Y).
precedes(X, Y) :-
    female(X), female(Y), older(X, Y).

% 继承人是君主的子女中，没有其他子女比他/她优先级更高
successor(X) :-
    child_of(X, A),
    throne(A),
    \+ (child_of(Y, A), Y \= X, precedes(Y, X)).

执行修正后的代码，运行findall(X, successor(X), List).即可得到预期结果：List = [prince_charles, prince_andrew, prince_edward, princess_ann].

内容的提问来源于stack exchange，提问作者tryingThingsOut