diff --git a/content/blog/prolog-pokemon.md b/content/blog/prolog-pokemon.md new file mode 100644 index 0000000..7dd6786 --- /dev/null +++ b/content/blog/prolog-pokemon.md @@ -0,0 +1,409 @@ +--- +title: "用宝可梦解释 Prolog 基础" +date: 2026-05-18T13:30:00+08:00 +draft: false +description: "通过宝可梦对战系统理解逻辑编程语言 Prolog 的核心概念——事实、规则、查询，以及它为什么比 SQL 和电子表格更灵活。" +tags: + - Prolog + - 宝可梦 + - 编程语言 + - 翻译 +poet: | + 众里寻他千百度， + 蓦然回首，那人却在，灯火阑珊处。 + ——辛弃疾，中国，1140–1207 +--- + +> 原文作者：Alexander Petros +> 原文链接：[Prolog Basics Explained with Pokémon](https://unplannedobsolescence.com/blog/prolog-basics-pokemon/) +> 本文已获授权翻译，有删节和注释。 + +启发这篇文章的项目有点傻——我要详细描述一个儿童电子游戏的机制——但正是这个特定问题最终让我真正理解了 Prolog。这是自从读了 Bruce Tate 的《七周七语言》以来一直在追寻的顿悟。 + +对于某些类型的关系，逻辑编程是我用过的最简洁、最具表现力的编程系统。要理解为什么，让我们来聊聊宝可梦。 + +## 宝可梦基础 + +宝可梦是一个电子游戏系列，设定在一个人类与各种色彩缤纷的动物角色共存的世界。"Pokémon" 既是系列名称，也是这些动物角色的统称，每个角色都有自己的物种名称。从妙蛙种子（#1）到桃歹郎（#1025），共有超过一千种不同的宝可梦物种。 + +
皮卡丘始祖大鸟裹蜜虫
+ +{{< caption >}}受欢迎的宝可梦包括（从左到右）：皮卡丘（#25）、始祖大鸟（#567）和裹蜜虫（#1101）。{{< /caption >}} + +现在有各种各样的宝可梦游戏，但主系列始终围绕着捕捉和对战。在对战中，你的六只宝可梦队伍与另一支队伍交锋。每只宝可梦配备四个招式，通常用来对对手造成伤害。你需要将对方所有宝可梦的 HP 减到零，同时防止对方先对你做同样的事。 + +每只宝可梦都有独特的特性影响对战表现：基础能力值、可学的招式、特性和属性组合。这里的庞大组合数量正是试图用软件来追踪这些信息的动机。 + +![巨钳螳螂的能力值（来自 Smogon）](/images/pokemon/scizor-stats.png) + +{{< caption >}}巨钳螳螂是虫/钢属性，攻击力高但速度低（数据来自 Smogon）。{{< /caption >}} + +**速度**决定哪个招式先出手；**攻击和特攻**分别影响物理招式和特殊招式的伤害；**防御和特防**影响受到的伤害。 + +**属性**尤其重要。招式有属性（如火或岩石），宝可梦可以拥有最多两种属性。如果招式属性对对方宝可梦效果绝佳，造成双倍伤害；效果不佳则只造成一半伤害。 + +![冲浪对月石效果绝佳](/images/pokemon/surf.png) + +{{< caption >}}月石是岩石/超能力属性。岩石弱水，超能力对水中性，所以冲浪会造成 2 倍伤害。{{< /caption >}} + +举个直观的例子：火属性的喷射火焰对草属性宝可梦造成 2 倍伤害（草弱火），但水属性的冲浪只造成 ½ 伤害（草抗水）。 + +属性修正可以叠加。巨钳螳螂是虫/钢属性，虫和钢都弱火，所以火属性招式对它造成 4 倍伤害。电弱水，但地面免疫电——如果你对水/地面的巨沼怪使用电属性招式，伤害为零，因为 0×2 还是 0。 + +![宝可梦属性相克表（来自 Wikimedia）](/images/pokemon/type-chart.svg) + +{{< caption >}}宝可梦属性相克表。{{< /caption >}} + +这些基本上就是我 8 岁时理解的宝可梦机制。点击招式造成伤害，尽量选择属性相克有利的招式。这些游戏是为儿童设计的，表面上看并不难。 + +## Prolog 基础 + +在解释宝可梦机制底层有多复杂之前，先解释逻辑编程的工作原理。宝可梦非常适合逻辑编程，因为宝可梦对战本质上是一个极其精密的规则引擎。 + +首先创建一个包含事实的文件： + +```prolog +pokemon(bulbasaur). +pokemon(ivysaur). +pokemon(venusaur). +pokemon(charmander). +pokemon(charmeleon). +pokemon(charizard). +pokemon(squirtle). +pokemon(wartortle). +pokemon(blastoise). +``` + +在 Prolog 中，我们声明"谓词"（Predicate）。谓词定义关系：`bulbasaur` 是一个 `pokemon`，`charmander` 是一个 `pokemon`，以此类推。我们称这个谓词为 `pokemon/1`，因为它有一个参数。 + +这些事实被加载到一个交互式提示符——"顶层"（top-level）中。你输入一个语句到提示符，Prolog 试图找出所有使该语句为真的方式： + +``` +?- pokemon(squirtle). + true. +``` + +不是所有东西都是宝可梦。 + +``` +?- pokemon(alex). + false. +``` + +接着添加宝可梦的属性，作为谓词 `type/2`： + +```prolog +type(bulbasaur, grass). +type(bulbasaur, poison). +type(ivysaur, grass). +type(ivysaur, poison). +type(charmander, fire). +type(squirtle, water). +type(blastoise, water). +``` + +有些宝可梦只有一种属性，有些有两种。后一种情况用两个 `type` 事实建模。妙蛙种子是草属性，也是毒属性——两者都为真。 + +交互式查询： + +``` +?- type(squirtle, water). + true. +?- type(squirtle, grass). + false. +``` + +Prolog 中首字母大写的名字是**变量**。Prolog 尝试将谓词与变量的所有可能匹配进行"合一"： + +``` +?- type(squirtle, Type). + Type = water. +``` + +对于有两种属性的宝可梦，谓词会合一两次： + +``` +?- type(venusaur, Type). + Type = grass +; Type = poison. +``` + +分号 `;` 表示"或"。任何参数都可以是变量，这意味着我们可以从任意方向提问。所有草属性宝可梦有哪些？只需把第一个参数设为变量： + +``` +?- type(Pokemon, grass). + Pokemon = bulbasaur +; Pokemon = ivysaur +; Pokemon = venusaur +; ... +``` + +逗号用于列出多个谓词——Prolog 会合一变量使得所有谓词都为真。列出所有水/冰属性的宝可梦： + +``` +?- type(Pokemon, water), type(Pokemon, ice). + Pokemon = dewgong +; Pokemon = cloyster +; Pokemon = lapras +; Pokemon = ironbundle +; false. +``` + +Iron Bundle 是一只水/冰属性宝可梦，特攻很高。具体多高？ + +``` +?- pokemon_spa(ironbundle, SpA). + SpA = 124. +``` + +特攻这么高，我们想利用强力的特殊招式。Iron Bundle 会哪些特殊招式？ + +``` +?- learns(ironbundle, Move), move_category(Move, special). + Move = blizzard +; Move = freezedry +; Move = hydropump +; Move = icebeam +; Move = icywind +; ... +``` + +Freeze-Dry 是一个特别好的特殊招式。找出所有特攻大于 120、会 Freeze-Dry 的冰属性宝可梦： + +``` +?- pokemon_spa(Pokemon, SpA), SpA #> 120, learns(Pokemon, freezedry), type(Pokemon, ice). + Pokemon = glaceon, SpA = 130 +; Pokemon = kyurem, SpA = 130 +; Pokemon = kyuremwhite, SpA = 170 +; Pokemon = ironbundle, SpA = 124. +``` + +最后一个概念：**规则**（Rules）。规则有头部和主体，如果主体为真，则规则合一： + +```prolog +damaging_move(Move) :- + move_category(Move, physical) +; move_category(Move, special). +``` + +``` +?- damaging_move(tackle). + true. +?- damaging_move(rest). + false. +``` + +## SQL 对比 + +到目前为止展示的内容在逻辑上并不复杂——只是关于各种事实的"与"和"或"语句。不过请花一点时间体会一下，查询这个数据库比 SQL 舒服多少。 + +我会这样设置 SQL 表： + +```sql +CREATE TABLE pokemon (pokemon_name TEXT, special_attack INTEGER); +CREATE TABLE pokemon_types(pokemon_name TEXT, type TEXT); +CREATE TABLE pokemon_moves(pokemon_name TEXT, move TEXT, category TEXT); +``` + +然后查询特攻 > 120、会 Freeze-Dry 的冰属性宝可梦： + +```sql +SELECT DISTINCT pokemon, special_attack +FROM pokemon as p +WHERE p.special_attack > 120 + AND EXISTS (SELECT 1 FROM pokemon_moves as pm + WHERE p.pokemon_name = pm.pokemon_name AND move = 'freezedry') + AND EXISTS (SELECT 1 FROM pokemon_types as pt + WHERE p.pokemon_name = pt.pokemon_name AND type = 'ice'); +``` + +对比等效的 Prolog 查询： + +``` +?- pokemon_spa(Pokemon, SpA), SpA #> 120, learns(Pokemon, freezedry), type(Pokemon, ice). +``` + +我不是在贬低 SQL——我很喜欢 SQL——但 Prolog 版本简单和灵活得令人惊叹。如果我们继续添加更多条件，SQL 查询会变得难以管理，而 Prolog 查询仍然易于阅读和编辑。 + +## 升级 + +宝可梦对战拥有数量惊人的机制，以复杂且概率性的方式相互影响。我尚未提及的部分机制： + +- 某些招式有一定概率落空 +- 某些招式会提升或降低能力值 +- 宝可梦可以携带具有各种效果的物品 +- 伤害计算不是恒定的，而是呈正态分布 +- 宝可梦可以被冰冻、灼伤、麻痹、中毒或陷入睡眠 +- 各种场地效果（天气、戏法空间等）会改变招式伤害和出手顺序 +- 每只宝可梦都有一个特性（如漂浮免疫地面招式、降雨改变天气、强行增伤 1.3 倍） +- 玩家分配努力值提升选定能力值 + +如果你想为这个游戏构建软件，挑战在于在所有复杂性的建模过程中不疯掉。Prolog 在这方面出奇地擅长，主要有两个原因： + +- 查询模型擅长描述临时组合 +- 数据模型非常适合以一致的方式分层叠加规则 + +为了说明这一点，以下是我为宝可梦选秀联赛实现优先度招式的过程。 + +宝可梦选秀大致就是字面意思。宝可梦根据实力被赋予分值，每个玩家获得一定分数，轮流选直到用完。你的队伍最终会有大约 8-11 只宝可梦，每周你和联赛中的另一个人正面交锋。 + +我定义的队伍： + +```prolog +alex(meowscarada). +alex(weezinggalar). +alex(swampertmega). +alex(latios). +alex(volcarona). +alex(tornadus). +alex(politoed). +alex(archaludon). +alex(beartic). +alex(dusclops). +``` + +我的宝可梦里有哪些会 Freeze-Dry？ + +``` +?- alex(Pokemon), learns(Pokemon, freezedry). + false. +``` + +一个都没有。唉。 + +非常重要的一类招式为**优先度招式**。大多数招式的优先度为零： + +``` +?- move_priority(Move, P). + Move = absorb, P = 0 +; Move = accelerock, P = 1 +; Move = acid, P = 0 +; ... +``` + +Accelerock 的优先度为 1。使用它的宝可梦会先于任何使用优先度 0 招式的宝可梦行动，即使后者速度更高。 + +我定义一个 `learns_priority/3` 谓词： + +```prolog +learns_priority(Pokemon, Move, P) :- + learns(Pokemon, Move), + move_priority(Move, P), + P #> 0. +``` + +"我的队伍学会了哪些优先度招式"——返回了大量答案，但很多是双打专用招式。过滤掉双打招式和保护招式： + +```prolog +learns_priority(Mon, Move, Priority) :- + learns(Mon, Move), + \+ doubles_move(Move), + \+ protection_move(Move), + Move \= bide, + move_priority(Move, Priority), + Priority #> 0. + +doubles_move(helpinghand). +doubles_move(allyswitch). +doubles_move(ragepowder). +protection_move(detect). +protection_move(protect). +protection_move(endure). +protection_move(magiccoat). +``` + +搞定！结果精简为真正有用的优先度招式： + +``` +?- alex(Pokemon), learns_priority(Pokemon, Move, Priority). + Pokemon = meowscarada, Move = quickattack, Priority = 1 +; Pokemon = meowscarada, Move = suckerpunch, Priority = 1 +; Pokemon = beartic, Move = aquajet, Priority = 1 +; Pokemon = dusclops, Move = shadowsneak, Priority = 1 +; Pokemon = dusclops, Move = suckerpunch, Priority = 1. +``` + +优先度招式的缺乏实际上是我的队伍的一大弱点。 + +同样地查询对手的优先度招式也非常有用： + +``` +?- morry(Pokemon), learns_priority(Pokemon, Move, Priority). + Pokemon = mawilemega, Move = suckerpunch, Priority = 1 +; Pokemon = walkingwake, Move = aquajet, Priority = 1 +; ... +``` + +此时，Morry 提了一个挑战：恶作剧之心特性的宝可梦，其变化招式额外获得 +1 优先度。能否在规则中体现？ + +我的队伍恰好有一只这样的宝可梦——Tornadus。使用 Prolog 的 if/then 结构 `->/2`，三分钟搞定： + +```prolog +learns_priority(Mon, Move, Priority) :- + learns(Mon, Move), + \+ doubles_move(Move), + \+ protection_move(Move), + Move \= bide, + move_priority(Move, BasePriority), + ( + pokemon_ability(Mon, prankster), move_category(Move, status) -> + Priority #= BasePriority + 1 + ; Priority #= BasePriority + ), + Priority #> 0. +``` + +现在查询会包含 Tornadus 所有变化招式的提升后优先度。 + +## 与电子表格的比较 + +宝可梦社区已经有类似的工具，构建在最优秀的编程界面上：朴素的电子表格。 + +![Techno 的准备文档](/images/pokemon/matchup-sheet.png) + +{{< caption >}}Techno 的准备文档，一份功能强大的 Google Sheets。{{< /caption >}} + +我使用一份被称为"Techno's Prep Doc"的 Google Sheets，输入队伍后自动生成海量对阵信息。 + +我好奇它的优先度招式查找公式是怎样的。 + +![优先级招式后端列表](/images/pokemon/priority-backend-list.png) + +{{< caption >}}电子表格后端的硬编码招式列表。{{< /caption >}} + +结果是——相当复杂： + +``` +={IFERROR(ARRAYFORMULA(VLOOKUP(FILTER(INDIRECT(Matchup!$S$3&"!$AV$4:$AV"), +INDIRECT(Matchup!$S$3&"!$AT$4:$AT")="X"), +{Backend!$L$2:$L,Backend!$F$2:$F},2,FALSE))), +IFERROR(FILTER(INDIRECT(Matchup!$S$3&"!$AW$4:$AW"), +INDIRECT(Matchup!$S$3&"!$AT$4:$AT")="X"))} +``` + +Prolog 的范式显然更具可扩展性。电子表格后端是一个硬编码的显要招式列表，而我的数据库可以查找**任何**招式。这个查询——找出 Tornadus 学会的、对 Justin 队伍中任何成员效果绝佳的特殊招式——在现有工具中根本不存在。我只用了 30 秒就拼出来了： + +``` +?- justin(Target), learns(tornadus, Move), + super_effective_move(Move, Target), move_category(Move, special). + Target = charizardmegay, Move = chillingwater +; Target = scizor, Move = heatwave +; Target = scizor, Move = incinerate +; Target = screamtail, Move = sludgebomb +; ... +``` + +## 最后的思考 + +这个项目始于一个玩笑——"如果我拿 Prolog 来做宝可梦组队会怎样"——但它教给我的逻辑编程知识比任何教科书都多。 + +我最大的领悟是：**Prolog 迫使你思考什么是真的，而不是做什么。** 在命令式编程中，大部分精力花在控制流上。在 Prolog 中，你只需陈述什么是真的，让求解器处理剩下的事。 + +对于一个有着数千条互动规则的规则引擎（比如宝可梦对战），这简直是天启。与其写 if/else 链检查属性相克，不如声明属性表，让 Prolog 处理其余部分。 + +如果你感兴趣，推荐： +1. 安装 SWI-Prolog 并玩玩 [prologdex](https://github.com/alexpetros/prologdex) 数据集 +2. 阅读 [Adventure in Prolog](http://www.amzi.com/AdventureInProlog/) 教程 +3. 用 Prolog 对你熟悉的领域建模——它会彻底改变你对数据和关系的思考方式 + +祝编码愉快，愿你的属性相克永远是效果绝佳。