Datalog — это язык декларативного логического программирования. Хотя синтаксически он выглядит как подмножество Prolog, Datalog обычно использует восходящую, а не нисходящую модель разрешения выражений. Это отличие приводит к значительному отличию поведения и свойств от Пролога. Он часто используется в качестве языка запросов для дедуктивных баз данных. В последние годы Datalog нашел новое применение в интеграции данных, извлечении информации, создании сетей, анализе программ, безопасности, облачных вычислениях и машинном обучении[1][2].

Его истоки восходят к началу логического программирования, но он стал выделяться как отдельная тематика примерно в 1977 году, когда Эрве Галлер и Джек Минкер организовали семинар по логике и базам данных[3]. Дэвиду Майеру приписывают введение термина Datalog[4].

Возможности, ограничения и расширения

В отличие от Пролога, операторы программы Datalog могут быть указаны в любом порядке. Более того, запросы Datalog к конечным множествам гарантированно завершатся, поэтому в Datalog нет оператора cut в Прологе. Это делает Datalog полностью декларативным языком.

В отличие от Пролога, Datalog:

• запрещает сложные термы в качестве аргументов предикатов, например, p (1, 2) допустимо, но не p (f (1), 2),
• накладывает определенные стратификационные ограничения на использование отрицания и рекурсии,
• требует, чтобы каждая переменная, которая появляется в заголовке предложения, также появлялась в неарифметическом положительном (то есть не инвертированном) литерале в теле предложения,
• требует, чтобы каждая переменная, появляющаяся в отрицательном литерале в теле предложения, также появлялась в некотором положительном литерале в теле предложения[5]

Процедура разрешения запроса с помощью Datalog основана на логике первого порядка, и, по этой причине, является правильной и полной. Однако Datalog не является полным по Тьюрингу и, таким образом, используется в качестве предметно-ориентированного языка, который может использовать преимущества эффективных алгоритмов, разработанных для разрешения запросов. Действительно, для эффективного выполнения запросов были предложены различные методы, например, алгоритм Magic Sets[6], табличное логическое программирование[7] или разрешение SLG[8].

Некоторые широко используемые системы баз данных включают идеи и алгоритмы, разработанные для Datalog. Например, стандарт SQL:1999 включает рекурсивные запросы, а алгоритм Magic Sets (первоначально разработанный для более быстрой оценки запросов Datalog) реализован в IBM DB2. Кроме того, механизмы Datalog стоят за специализированными системами баз данных, такими как база данных Intellidimension для семантической сети[9]. В Datalog было внесено несколько расширений, например, для поддержки агрегатных функций, для обеспечения объектно-ориентированного программирования или для разрешения дизъюнкций в качестве заголовков предложений. Эти расширения оказывают существенное влияние на определение семантики Datalog и на реализации конкретных версия интерпретатора Datalog.

Фрагменты

Программы Datalog могут использовать или не использовать отрицание в телах правил: программам Datalog с отрицанием часто требуется использовать его как стратифицированное отрицание, чтобы гарантировать, что семантика четко определена. Программы Datalog могут использовать или не использовать неравенства между переменными в телах правил.

Определены некоторые синтаксические фрагменты Datalog, такие как следующие (от наиболее ограниченного к наименее ограниченному):

• линейный журнал данных, где тела правил должны состоять из одного атома
• защищенный журнал данных, где для каждого правила все переменные, которые встречаются в телах правил, должны встречаться вместе по крайней мере в одном атоме, называемом защитным атомом.
• журнал данных с защитой границ, где для каждого правила все переменные, которые являются общими для тела правила и заголовка правила (называемые пограничными переменными), должны все вместе встречаться в защитном атоме.

Еще одно ограничение касается использования рекурсии: нерекурсивный Datalog определяется путем запрета рекурсии в определении программ Datalog. Этот фрагмент Datalog так же выразителен, как объединение конъюнктивных запросов, но запись запросов в виде нерекурсивного Datalog может быть более лаконичной.

Выразительность

Проблема ограниченности для Datalog сводится к выяснению, является ли программа Datalog ограниченной, т. е. может ли максимальная глубина рекурсии, достигнутая при оценке программы во входной базе данных,быть ограничена некоторой константой. Другими словами, эта проблема сводится к тому, можно ли переписать программу Datalog как нерекурсивную программу Datalog. Решение проблемы ограниченности произвольных программ Datalog неразрешимо, но ее можно сделать разрешимой, ограничившись некоторыми фрагментами Datalog[10].

Примеры

Эти две строки определяют два факта, то есть вещи, которые всегда имеют место:

parent(xerces, brooke).
parent(brooke, damocles).

Вот что они означают: xerces является родителем brooke, а brooke является родителем damocles. Имена пишутся строчными буквами, потому что строки, начинающиеся с прописной буквы, обозначают переменные.

Примечания