计算机语言的发展

主要内容
5.1 形式语言 5.2 计算机语言的发展
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5.1 形式语言
• 计算机语言是一种形式化语言 • 为什么要用形式化语言？
– 形式语言是以数学和数理逻辑为基础的科学语 言，其语言符号具有单一性、无歧义性和明确 性特点 – 自然语言具有歧义性，其语法结构不够严格、 不够统一
• 自然语言是某一社会发展中形成的一种民族语言
• 问：W是否为一形式语言？ • 答：是。
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5.2 计算机语言的发展
• 计算机语言经历了从机器语言、汇编语言、 高级语言、应用语言到自然语言的发展阶段。
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算法的机器语言描述
• 例如：用机器指令对“2+6”进行计算的算法 描述 1011000000000110 //将“6”送到寄存器 AL中，数字“6”放在指令后八位 0000010000000010 // 将数“2”与寄存器 AL中的内容相加，结果仍存在AL中 101000100101000000000000 // 把AL中的 内容送到地址为5的单元中
• 要用计算机对语言进行处理，则必须解决 语言的歧义性问题
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自然语言的歧义性实例
• 例：他的发理得好。 • 这个例子至少有两种不同的解释：
– 他的理发水平高。 – 理发师理他的发理得好。
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形式语言的基本特点
• 有一组初始的、专门的符号。 • 有一组精确定义的符号串转换规则（即形式 语言语法）。
– 形式语言语法中不包含语义。
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自然语言的形式化方法
• 自然语言的形式语法可表示为：G0=<Vn，Vt， P0，S>，其中，
– Vn为非终结符号的有限集合； – Vt为终结符号的有限集合； – P0为生成式（或称产生式）的有限集合，即形式 规则； – S为开始符号
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自然语言的形式化实例
• 设自然语言的形式语法中，
– Vn={S，NP，VP，N，V}， – Vt={我，他，学，教，英语，汉语，希望}， – P0={S→NP VP，NP → N，VP → V NP，VP → V S，N →我，N →他，V →学，V →教，V →希望，N →英语， N →汉语} ， – 其中，
• 问：W是否为一形式语言？ • 答：不是，因为根据形成规则，无法对不是以符号 “(”开头且以“)”结尾的符号串进行判定。例如， (a+b)×c。
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形式语言实例
• 例：语言W定义为：
– 初始符号集：{a，b，c，d，e，(，)，+，−，×， ÷ }。 – 形成规则：上述符号组成的有限符号串中，凡以 符号“(”开头且以“)”结尾的符号串为一公式； 否则不是。
• 问：W是否为一形式语言？ • 答：不是，因为根据形成规则，无法精确 定义转换规则。原因：形成规则（语法）中 包含了语义
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形式语言实例
• 例：语言W定义为：
– 初始符号集：{a，b，c，d，e，(，)，+，−，×，÷}。 – 形成规则：上述符号组成的有限符号串中，凡以符号“(” 开头且以“)”结尾的符号串为一公式。
• 目前，自然语言的输入问题已基本解决。要使计算 机对自然语言进行处理，关键是要解决自然语言语 法和语义的形式化问题。
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自然语言的形式化问题
• 自然语言能否形式化？
– 人具有创造和理解正确句子的能力。这种语言 “创造性”过程，其实就是由有限数量的词，根 据一定的规则产生正确句子的过程。进一步而言， 其实质也就是一个字符串到另一个字符串的变换 过程。显然，语言“创造性”过程的本质与计算 过程的本质是一致的。 – 因此，可以将自然语言也看作是一种计算，从而 自然语言能否实现形式化的争论也就不存在了。
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算法的汇编语言描述
• 例如：用汇编语言对“2+6”进行计算的算法 描述 MOV AL，6 ADD AL，2 MOV VC，AL • 汇编语言语句与特定的机器指令有一一对应 的关系，经汇编程序（汇编语言用户的虚拟 机）翻译为机器指令后才能运行
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算法的高级语言描述
• 例如：用高级语言对“2+6”进行计算的算法 描述 2+6 • 高级语言的语句与特定机器的指令无关
• 肯尼思•艾弗森
– 1979年图灵奖获得者，大器晚成的科学家，APL 的发明人
• • • • • • • S表示句子； NP表示名词短语 VP表示动词短语 N表示名词 V表示动词 S→ NP VP表示句子由名词短语和动词短语组成 NP → N表示名词短语由名词构成
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句子的派生过程举例
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相关图灵奖获得者
• 约翰•巴克斯
– 1977年图灵奖获得者，FORTRAN和BNF的发明 者
• 在一个给定的形式语言中，可以根据需要，通过赋值 或模型对其进行严格的语义解释，从而构成形式语言 的语义
– 在形式语言中，不允许出现根据形成规则无法确 定的符号串
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形式语言实例
• 例：语言W定义为：
– 初始符号集：{a，b，c，d，e}。 – 形成规则：上述符号组成的有限符号串中，能组 成一英语单词的为一公式；否则不是。
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基于虚拟机的计算机层次结构
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基于虚拟机的计算机层次结构
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自然语言的计算机处理
• 自然语言的计算机处理可以分为以下四个层次：
– – – – 第一层次是文字和语音，即基本语言信息的构成 ； 第二层次是语法，即语言的形态结构； 第三层次是语义，即语言与它所指的对象之间的关系； 第四层次是语用，即语言与它的使用者之间的关系。
– 高级语言程序经编译程序（高级语言用户的虚拟 机）翻译成汇编语言，然后经汇编程序（汇编语 言用户的虚拟机）翻译为机器指令后才能运行
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算法的应用语言描述
• 用应用语言编程，用户只需告知系统“做什 么”，而无需说明“怎么做”
– 如：SQL – 这类语言提供了功能强大的非过程化问题定义手 段
• 用应用语言编写的程序一般经应用程序包 （应用语言用户的虚拟机）翻译成高级语言 程序后，再逐级向下实现
• 问：W是否为一形式语言？ • 答：不是，因为根据形成规则，无法精确地 定义转换规则。原因：形成规则（语法）中 包含了语义。
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形式语言实例
• 例：语言W定义为：
– 初始符号集：{a，b，c，d，e，(，)，+，−，×， ÷ }。 – 形成规则：上述符号组成的有限符号串中，能组 成表达式的为一公式；否则不是。