计算机科学中的谓词-阿南达文事网

计算机科学中的谓词

1. 简介

谓词问一个问题，答案是真还是假，或者换句话说，是或否。

在计算机科学和数学中，这个问题以函数的形式出现。函数的结果为真或假（是或否）。答案的数据类型，同样在数学和计算机科学中都称为布尔值。

在本教程中，我们将通过一些示例更深入地介绍这些概念。

2. 简单定义

谓词是一组参数的函数，该参数返回布尔值作为答案：

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boolean predicate(set of parameters)Copy

布尔值的值为 true 或 false（是或否）。函数的输入可以是我们想要的任何一组参数。

例如，如果我们有一个数字问题，例如“温度是否大于 25”，我们可以这样写：

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temperature > 25Copy

答案要么为真，例如，如果温度为30，要么为假，例如，如果温度为20。

如果我们在 Java 中将此谓词编写为函数，我们可以编写：

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boolean checkTemperature(int temperature) {
    return temperature > 25;
}Copy

3. 布尔值和布尔表达式

每种编程语言都有一个布尔数据类型，每种编程语言都有表达真、假和布尔运算集的方法。

我们可以在此表中看到一些示例：

语言	数据类型	真	假	示例表达式
C， C++，C#	bool	true	false	x>2 && y==5
Java	boolean	true	false	x>2 && y==5
Java类似语言	Boolean	TRUE	FALSE	x>2 && y==5
Python	<class 'bool'>	True	False	(x>2) and (y==5)
Fortran	logical	.true.	.false.	(x.GT.2).AND.(y.EQ.5)
Algol	BOOLEAN	TRUE	FALSE	X GTR 2 AND Y EQL 5

3.1. 没有明确的布尔值

某些语言，如Perl，Tcl，LISP和SQL，没有显式布尔数据类型。这些语言虽然没有明确说明，但使用整数、字节甚至位作为布尔数据类型的基础。从本质上讲，零是假的，其他任何东西都是真的。

例如，在 C 语言中，bool数据类型来自 _BOOL数据类型。使用布尔被认为更加用户友好。

_BOOL数据类型基于无符号 int。假设我们分配X以具有数据类型_BOOL如以下代码所示：

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_BOOL X;
X = 0      /* X gets assigned 0 */
X = 1      /* X gets assigned 1 */
X = 5      /* X gets assigned 1 */
X = "Hi"   /* X gets assigned 1 */Copy

在这里，我们看到X在分配除零以外的任何值时假定值为 1。

4. 编程中的谓词

4.1. 命令式程序中的流量控制

每当我们必须在编程中做出决定时，我们都需要一个谓词。

在命令式编程语言中，例如常见的编程语言，如 C、Java、Python 和 Fortran，仅举几例，常见的决策语句是IF语句：如果一组条件为真，则做某事;否则，请执行其他操作。

例如，在Java中，我们可以编写：

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if (x > 25) {
    /* true: do something */
} else {
    /* false: do something else */
}Copy

x>25是谓词。它是数值参数x的函数，给出一个布尔值，意思是真或假，作为答案。

作为函数编写，我们可以说（如这个 Java 示例）：

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boolean checkX(int x) {
    return x > 25;
}
Copy

4.2. 谓词作为过滤器

谓词可以被视为对象的筛选器。使用谓词，我们可以过滤掉一组不满足谓词的对象。

例如，假设我们有一组要过滤的对象，命名对象。我们的过滤条件是函数的主体，谓词（对象）。如果谓词（对象）为真，我们希望将对象放在过滤集中;否则，我们忽略它。

伪代码可能如下所示：

但谓词并不总是必须使用数字。例如，我们可以过滤一组动物：

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lion, elephant, parrot, whale, horse, eagle, cat, dog, human, robin, squirrelCopy

如果我们想创建一组鸟，那么我们将使用谓词：

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isABird(animal) := true if animal is a birdCopy

最后一组将是：

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parrot,eagle,robinCopy

我们如何实际编程将取决于我们对动物的表示。

例如，我们可以将每个动物表示为矩阵中的一组双精度值，动物描述。每一行都是不同的动物，每一列都是动物的特定属性：

0：ID
1：高度（米）
2：重量（克）
3：速度（米/秒）
4：有羽毛，0.0 表示否，1.0 表示是
5：能飞，0.0 表示否，1.0 表示是
6：腿数
7：下蛋，0.0 表示否，1.0 表示是

然后，也许我们将识别鸟的谓词表述为：

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AnimalDescription(animal, 4) == 1Copy

当然，我们会问我们的生物学家朋友这是否足够。

4.3. 排序算法中的谓词

排序算法的关键是确定两个对象之间的关系。我们看到，无论采用何种排序方法，所有算法都必须确定对象之间的关系。谓词的作用是提供这种关系。

通常，我们必须确定一个对象是否“大于”另一个对象：

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isGreaterThan(object1,object2) := true if object1 is greater than object2Copy

“大于”的定义将取决于对象以及我们希望如何查看它们。

例如，在我们前面的动物示例中，我们可以定义：

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isGreaterThan(animal1,animal2) := true if animal1 weighs more than animal2Copy

这可以给我们一个从最大重量到最小重量的动物列表。

但是，如果我们希望动物从小到大列出呢？这可以通过以下方法轻松实现：

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isGreaterThan(animal1,animal2) := true if animal weighs less than animal2Copy

也就是说，即使算法需要一个“isGreaterThan”谓词，我们也可以用任何我们想要的方式定义这个谓词，即使使用“小于”而不是“大于”。在前面给出的示例表示中，我们的谓词将是：

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isGreaterThan(animal1,animal2) := AnimalDescription(animal1, 2) < AnimalDescription(animal2, 2)Copy

4.4. 排序和过滤中的面向对象谓词

在面向对象编程中，谓词可以封装到定义所需函数的类中，例如“isGreaterThan”。然后，排序或过滤算法不仅要处理要处理的对象集，还要具有具有谓词的类。

在 Java 中，我们首先使用以下函数定义一个抽象类：

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class Predicate {
    abstract boolean isGreaterThan(Object x1, Object x2);
}
Copy

然后，排序或过滤算法将在其定义中使用此抽象类来执行其功能。他们期望一个定义了isGreaterThan函数的类。

例如，我们可以定义一个具有函数 addToFilteredSet 的FilterObjects类，该函数将过滤后的对象添加到filteredset 中：

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class FilterObjects {
    void addToFilteredSet(Set setOfObjects, 
      Set filteredSet, 
      Predicate predicate) {
        for(Object object: setOfObjects) {
            if(predicate.isGreaterThan(object)) {
                filteredSet.add(object);
            }
        }
    }
}Copy

5. 模糊逻辑谓词

有时，当我们问一个是/否的问题时，答案并不是真的对或错。

也许我们不确定，或者介于两者之间。例如，如果我们提出问题或设置一个谓词来回答问题，使用温度：

问题：水热吗？

谓词：IsItHot（T）

如果水正在沸腾，温度T为100摄氏度，答案肯定是“是”。此外，如果水几乎结冰，例如 5 摄氏度，那么答案肯定是否定的。

但是，如果我们把水烧开，然后在雪地里让它降温，会发生什么？首先，水是热的，谓语的答案是正确的。但一个小时后，水肯定是冷的，对谓词的回答是假的。

但是，谓词的答案在什么温度下从真变成假？是40岁吗？30?25?例如，我们是否认为在 31 度时水是热的，然后在 30 度时突然水是冷的？我们知道水会冷却，一会儿变温，然后变冷。基本上，我们有一个“不确定哪个”的区域。

更复杂的是，来自挪威的斯文对“热”的印象可能与来自意大利的乔瓦尼不同。

这就是模糊逻辑发挥作用的地方。它提供了真假之间的渐进过渡。

5.1. 模糊逻辑谓词示例

在图中，我们定义了一个谓词IsItHot(T)，它回答了“它热吗?”这个问题。这里，如果IsItHot(T)=1.0，答案是“是”，如果PIsItHot(T)=0.0，答案是“否”。

在正常的布尔(真/假)逻辑中，我们看到热与冷之间有一个急剧的转变。这与我们的直觉不符。但是，模糊逻辑谓词在冷热之间有一个缓慢的转换过程。答案越接近1.0，水越热，越接近0.0，水越冷。如果这个值是0.5，那么我们真的不确定。

6. 结语

在本教程中，我们已经看到了谓词作为返回布尔值的函数的定义。

此外，我们还看到了谓词概念在程序流、筛选和排序中的几种用途。简而言之，每当要提出问题或做出决定时，谓词的概念就会发挥作用。

我们还考虑了将布尔概念扩展到模糊逻辑。这就是我们认识到有时我们无法做出非黑即白的决定的地方。有时会有灰色地带。

本文参与腾讯云自媒体同步曝光计划，分享自作者个人站点/博客。原始发表：2023-02-20，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent 删除java对象函数计算机科学教程

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