逻辑式程序设计语言-程序设计语言原理
计算机编程语言设计逻辑
计算机编程语言设计逻辑
计算机编程语言的设计逻辑涉及到许多方面，包括语法、语义、类型系统、控制结构、函数、对象等等。
下面我将简要介绍一些关键的逻辑设计概念：
1. 语法：编程语言的语法规定了编程语言的词法和句法，也就是编写程序时必须遵循的规则。
语法通常使用BNF（巴科斯-诺尔范式）或EBNF（扩展
巴科斯-诺尔范式）来定义。
2. 语义：编程语言的语义规定了程序的含义。
它描述了程序应该做什么，而不是如何做。
语义通常通过静态和动态语义来定义。
3. 类型系统：类型系统用于规定变量、函数参数和返回值的类型。
类型系统有助于捕捉程序中的错误，并提高程序的可读性和可维护性。
4. 控制结构：控制结构规定了程序执行流程的规则。
常见的控制结构包括顺序、选择和循环结构。
5. 函数：函数是一段可重用的代码块，它接受输入并产生输出。
函数使程序更加模块化，便于组织和维护。
6. 对象：对象是包含属性和方法的数据结构。
对象封装了数据和操作数据的方法，提高了代码的可重用性和模块性。
此外，设计编程语言时还需要考虑语言的易用性、可读性、可维护性、性能、安全性、一致性、可扩展性等等。
这些都是编程语言设计的重要逻辑原则。
程序设计语言的构成要素
程序设计语言的构成要素1.引言1.1 概述概述部分的内容可以描述程序设计语言的重要性以及其在现代技术和计算机科学领域中的作用。
可以提及程序设计语言是一种用于编写计算机程序的规范化语言，它可以帮助开发者实现对计算机的控制和指导。
介绍一些常见的程序设计语言，例如C、Java、Python等，并提及它们在不同领域的应用。
那些语言具有各自的特点和优势，同时也会面临一些挑战和限制，这些都是在概述部分进行讨论的重要内容。
可以概述程序设计语言的基本构成要素，如语法和语义。
语法描述了程序设计语言的结构和规范，包括关键字、标识符、运算符和表达式等，在编写程序时需要遵循语言的语法规则。
而语义描述了程序设计语言的含义和行为，规定了程序的执行方式和结果。
语义要素包括数据类型、控制结构和函数等，这些要素影响着程序的逻辑和功能。
最后，可以提及本文将围绕程序设计语言的构成要素展开讨论，通过研究和分析这些要素，我们可以更好地理解和应用程序设计语言，提高代码的效率和可读性，进而提升软件开发的质量和效果。
概述部分的目的是引入读者对程序设计语言的重要性和构成要素的认识，为后续的具体内容展开铺垫，并激发读者对于程序设计语言的兴趣和思考。
文章结构部分的内容如下：文章结构是指整篇文章的组织形式和呈现方式。
一个良好的文章结构能够使读者更容易理解文章内容，并能够清晰地传达作者的思想和观点。
在本文中，我们将按照以下结构组织文章内容：1. 引言：本部分将包括概述、文章结构和目的。
1.1 概述：在概述部分，我们将对程序设计语言的构成要素进行简要的介绍，以便读者能够初步了解本文的内容。
1.2 文章结构：本部分说明了整篇文章的结构和目录。
通过明确的文章结构，读者可以更好地理解文章的逻辑框架和内容组织。
1.3 目的：在本文的目的部分，我们将明确阐述文章撰写的目的和意义。
通过明确目的，读者可以更好地理解本文的价值和重要性。
2. 正文：本部分将详细介绍程序设计语言的构成要素，包括语法要素和语义要素。
简述程序设计语言的含义及分类
简述程序设计语言的含义及分类
程序设计语言是一种用于描述计算机程序的形式化语言。
它是计算机与程序员之间进行交流的媒介，通过编写程序语句，程序员可以向计算机传达特定的指令和逻辑。
程序设计语言可以分为多种类型，主要包括低级语言和高级语言。
一、低级语言：
1机器语言：机器语言是计算机可以直接执行的语言，它使用二进制代码表示指令和数据。
每个机器语言都是特定计算机架构的底层指令集。
2汇编语言：汇编语言是机器语言的助记符表示法，使用助记符代替二进制代码。
每个助记符通常对应一条机器语言指令。
二、高级语言：
1命令式语言：命令式语言强调如何执行任务，其中包括过程式语言和面向对象语言。
2过程式语言：使用过程（子程序、函数等）来组织代码，如C、Fortran。
3面向对象语言：以对象为基本单元，通过类和对象的概念组织代码，如Java、C++。
4声明式语言：声明式语言强调描述任务的目标，而不是详细说明如何执行，其中包括函数式语言和逻辑式语言。
5函数式语言：侧重于函数的应用和组合，如Haskell、Scala。
6逻辑式语言：基于数理逻辑进行编程，如Prolog。
7脚本语言：脚本语言通常是解释执行的，不需要编译成机器代码。
它们包括Python、JavaScript、Ruby等。
8并发编程语言：专门用于处理并发性和并行性问题，如Erlang、Go。
9领域特定语言（DSL）：针对特定领域的需求而设计的语言，如SQL用于数据库查询。
程序设计语言的选择取决于任务的性质、开发者的偏好以及项目的要求。
每种语言都有其独特的优势和适用场景。
程序设计语言编译原理(第三版)第3章
程序设计语言编译原理(第三版)第3章第3章词法分析任务：从左至右逐个字符地对源程序进行扫描，产生一个个的单词符号，把作为字符串的源程序改造成为单词符号串。
§3.1§3.2§3.3§3.4对于词法分析器的要求词法分析器的设计正规表达式与有限自动机词法分析器的自动产生(LE某)—略1§3.1对于词法分析器的要求一.功能和输出形式二.接口设计§3.1对于词法分析器的要求一.功能和输出形式1.功能：输入源程序，输出单词符号2.单词符号的分类(1)关键字:由程序语言定义的具有固定意义的标识符，也称为保留字或基本字。
例如：Pacal语言中begin(2)标识符：用来表示各种名字。
endifwhile等。
如变量名、数组名、过程名等。
(3)常数：整型、实型、布尔型、文字型等例：100(5)界符：,;3.14159()true等ample(4)运算符：+、-、某、/3§3.1对于词法分析器的要求3.输出的单词符号形式二元式：(单词种别，单词符号的属性值)通常用“整数编码”“单词符号的特征或特性”单词符号的编码：标识符：一般统归为一种常数：常按整型、实型、布尔型等分类关键字：全体视为一种/一字一种运算符：一符一种界符：一符一种4§3.1对于词法分析器的要求例：考虑下述C++代码段：while(i>=j)i--;经词法分析器处理后，它将被转换为如下的单词符号序列：<while,-><(,-><id,指向i的符号表项的指针><>=,-><id,指向j的符号表项的指针><),-><id,指向i的符号表项的指针><--,-><;,->§3.1对于词法分析器的要求二.接口设计1.词法分析器作为独立的一遍词法分析字符流(源程序)单词序列(输出在一个中间文件上)2.词法分析器作为一个独立的子程序，但并不一定作为独立的一遍语法分析器单词(至少一个)调用(取下一个单词)词法分析器优点：使整个编译程序的结构更简洁、清晰和条理化.6§3.2词法分析器的设计一.输入和预处理二.单词符号的识别三.状态转换图及其实现§3.2词法分析器的设计一.输入、预处理1.预处理：剔掉空白符、跳格符、回车符、换行符、注解部分等.原因：编辑性字符除了出现在文字常数中之外，在别处的任何出现都无意义.#注解部分不是程序的必要组成部分，它的作用仅在于改善程序的易读性和易理解性.8§3.2词法分析器的设计2.预处理子程序：每当词法分析器调用时，就处理出一串确定长度(如120个字符)的输入字符，并将其装进词法分析器所确定的扫描缓冲区中。
四种程序设计语言比较
过程式语言的并发机制主要有会合，异步发送。
类型系统：
对于过程式语言和面向对象语言，都有顺序、条件、循环三种控制语句。过程式程序语言中多类型的雏型是联合和变体记录，程序根据运行中判别式的值自动呈现结构不同的类型，但在引用和处理中还要显式指明处理的是哪个类型变体。以便静态编译。过程式语言在处理变长数组时效率不高。
总的来说，过程式的程序设计是一种自上而下的设计方法，设计者用一个main函数概括出整个应用程序需要做的事，而main函数由对一系列子函数的调用组成。对于main中的每一个子函数，都又可以再被精炼成更小的函数。重复这个过程，就可以完成一个过程式的设计。其特征是以函数为中心，用函数来作为划分程序的基本单位，数据在过程式设计中往往处于从属的位置。
逻辑式程序设计语言：
逻辑程序设计的风格不是描述计算过程而是证明过程。一般构造一个希望的解，证明它就是所希望的解。构造过程就实施了计算。第二个特点是描述性。第三个特点是大量利用表的数据结构和递归。
Prolog程序公理部分是事实和规则(无条件和条件子句)，查询是求证目标。它在封闭世界(限于规则和事实库)完成证明的演绎过程。回溯是实现各子目标同时满足的唯一方法。
由以上表中可以看出，这五个特征对“面向对象”是缺一不可的。
表达能力：
面向对象语言有4个主要特点：认识性、类别性、多态性、继承性，它们和动态绑定的结合使用，体现出面向对象语言强大的表达能力。
执行效率：
面向对象语言中，c++的执行效率也比较高，但是诸如java语言，由于是解释执行，需要生成中间代码，所以效率相对来说较低。
2、过程式程序设计语言：
过程式程序设计语言是一种为程序设计人员提供准确定义任务执行步骤的语言。在过程式程序设计语言中，程序设计人员可以指定计算机将要执行的详细的算法步骤。有时，也把过程式程序设计语言看成是指令式程序设计语言。所不同的是，过程式程序设计语言中包含了过程调用。在过程式程序设计语言中，可以使用过程或例程或方法来实现代码的重用而不需复制代码。
1-程序设计语言概述-PPT课件
注意事项：至少可以有两种分解方式： 自顶向下逐步求精的精髓，就是简化问题求解步骤，即复杂 注意事项： 1.) 按日程分解，即第一天/第二天比赛项目、…； 问题可分为简单的几步，每一步骤又是简单的几步，如此， 应注意每次分解出子目标 2.) 按类别分解，田径（短跑、长跑、…）、体操、…； /子步骤或者不宜过多。为什么？ 直至某一步骤可通过一条指令 /过程 /成熟算法来完成。 自顶向下逐步求精 —— 示例 1：组织一场运动会 哪种方式较好，为什么？
目录
第 1章 第 2章 第 3章 第 4章 第 5章 第 6章 第 7章 第 8章 第 9章 第10章 第11章
程序设计语言概述 程序设计语言的基本成分 程序设计方法概述 面向对象语言基础 类的管理及常用工具类 异常处理和断言 线程 GUI编程基础和applet I/O流 网络通信 泛型与集合框架
程序设计语言重要属性
1.2.2 类型系统
类型系统是程序设计语言最为核心的成分之一。
涉及数据如何组织、分类，新类别怎样构造，类型
如何使用，以及类型安全等方面。
主要讨论
分类和构造 强类型和弱类型 静态语言和动态语言
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1.2
程序设计语言重要属性
1.2.2 类型系统
分类和构造
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1.1 程序的含义和程序设计策略
1.1.1 程序的含义
“程序”并非计算机领域的专有名词 我们每天都接触和设计各种程序 数据类型很重要！
计算机程序有自己的特点 数据类型 计算机程序的定义：
计算任务的处理对象和处理规则的描述。
对数据 核心特点有二： 数据 的处理 每日例行程序：起床 -洗漱-吃饭 -上学 1 、表达计算：需要描述数据和处理数据的成分； 术语的名字常与其含义密切相关。程序，program， 设计程序：制定训练计划、组织词句表达某种思想 2、由计算机理解和执行：需程序描述符合计算机特点， 本意为：计划、节目单，即按照某种顺序做事。 程序设计：为满足特定需求，将一组动作设定次序 如用内存存储数据、含义的唯一性、机械计算……。
第3章 程序设计语言PPT课件
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3.1.3 高级语言程序设计的基本内容
➢ 高级语言程序设计依赖于各自特定的语句和语法。 ✓语句是构成源程序的基本单位。 ✓语法是指管理语言结构和语句的一组规则。
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3.1.3 高级语言程序设计的基本内容
1．高级语言的基本符号
高级语言的语法成分都是由基本符号组成的，分为单字 符和多字符两种。单字符基本符号由单个字符组成。 ➢ 字母：英文字母A～Z、a～z，共52个符号。 ➢ 数字：0～9，共10个数字符号。 ➢ 特殊字符：+ 、-、*、/、^、=、(、)、＞、＜、，、空格等。 多字符基本符号由两个或两个以上的字符组成，如：
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3.1.2 计算机程序设计语言
高级语言的优点:
➢ 语句的功能强，程序员编写的源程序比较短，容易学 习，使用方便，可移植性较好，便于推广和交流。
高级语言的缺点:
➢ 编译程序比汇编程序复杂，而且编译出来的目标程序 往往效率不高，长度和运行时间都较长。
➢ 因此，在很多对时间要求比较高的系统，如某些实时 控制系统或者大型计算机控制系统中，低级语言（主 要是汇编语言）仍然得到了一定的应用。
器能够识别的机器语言是不相同的。 ➢ 机器指令都是用一串0、1构成的二进制位串来表示的，也
称为机器码。
➢ 用机器指令编写的程序称为机器语言程序，或称为目标程 序，这是计算机能够直接执行的程序。
缺点：机器语言难以阅读和理解，编写和修改都比较困难， 而且通用性较差。
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3.1.2 计算机程序设计语言
➢ 标号 是在高级语言中的程序语句前所加的一个
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从机器语言、汇编语言到高级语 言，计算机程序设计语言经历了 从低级到高级、从具体到抽象的 发展过程。
编程语言分类及特点
分类
根据编程范式的不同，编程语言可分为命令式语言、函数式语言、逻辑式语言 等；根据运行方式的不同，可分为编译型语言和解释型语言。
特点
各类编程语言具有不同的特点，如命令式语言强调状态和变量的变化，函数式 语言强调函数的作用和计算过程的不变性，逻辑式语言则强调逻辑推理和证明 。
。
未来编程语言发展趋势预测
多模态编程语言的兴起
支持文本、语音、图像等多种输入方式的编程语言，提高编程的 便捷性和普适性。
自适应编程语言的发展
能够根据不同应用场景和需求自动调整和优化代码结构和性能的编 程语言。
跨平台、跨语言编程的普及
实现不同平台和语言之间的无缝对接和互操作性，提高开发效率和 代码复用率。
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函数库与模块 化设计思想
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高级编程技巧与方法探讨
面向对象编程思想及实践
类的设计与实现：属性、方 法、构造函数和析构函数
面向对象编程（OOP）的基 本概念：类、对象、封装、
继承和多态
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访问控制修饰符：public、 private、protected和默认
访问级别
继承与多态的实现方式：方 法重写、方法重载和接口实
量子计算对编程语言影响展望
量子编程语言的兴起
01
Q#、Quipper等量子编程语言为量子计算提供了高效的开发环
境。
量子算法与经典算法的融合
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通过将量子算法与经典算法相结合，实现更高效的计算任务。
量子计算对并行计算和分布式计算的影响
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• 逻辑程序设计范型是陈述事实、制定规则，程序 设计就是构造证明。程序的执行就在推理
6.1谓词演算
谓词演算是符号化事实的形式逻辑系统，它也是逻 辑程序设计语言的模型
– 表示命题
– 表示命题之间的关系
谓词演算的等价变换
一般谓词公式变换为子句的实例。‘┠’号为 “可推出” [1]以∧，∨， 消除→、<=>符号 [2]化为前束范式,消除最外的符号,否定符号内移
(XP(X)┠ X( p(X)) [3]用斯柯林变换消去存在量词
X(a ( X) ∧ b(X) ∨Y c (X，Y)) ┠ X(a (X) ∧ b(X) ∨ c (X， g(X))) [4] 消除前束范式的全称量词 ┠ a(X) ∧ b(X) ∨ c (X，g(X))
– 描述如何根据假设为真的命题推断出新命题
• 谓词演算诸元素 用形式方法研究论域上的对象需要一种语言，它能
表达该域对象具有什么性质(properties)， 以及对象间 有些什么关系(relations)
描述以公式(Formulas)表达。谓词公式中各元素按 一定逻辑规则变换，即谓词演算(predicate calculus)
第六章 逻辑式程序设计语言
逻辑式语言基本形式：用一种符号逻辑作为程序 设计语言来进行程序设计，通常称为逻辑程序设 计语言，或声明性语言
第六章 逻辑式程序设计语言
• 程序要对数据结构实施某个算法过程,算法实现 计算逻辑
算法 = 逻辑 + 控制
• 逻辑程序设计的基本观点是程序描述的是数据对 象之间的关系。关系也是联系
(1)公式 由一组约定的符号组成的序列，它包括常量、变量、逻 辑连接、命题函数、谓词、量词
(2)常量 指明论域上的对象 (3)变量 可束定到特定域上某个范围的对象上 (4)函数 表征对象具有的映射关系 (5)谓词 表征对象某种性质的符号 (6)量词 量词限定的变量名作用域是整个公式 (7) 逻辑操作 and， or， not， →(蕴含) <＝>(全等)
[5]用分配率P∨(Q∧R)=(P∨Q)∧(P∨R)化成合取范式
┠ (a(X)∨c(X，g(X)))∧(b(X)∨c(X，g(X))) 经过以上变换,任何一复合公式均可成为如下形式:
F = C1∧C2 ∧…Cn 且其中Ci称为子句 若以';'代'∨'则有: Ci = L1 ∨L2 ∨…Lv = L1;L2;…;Lv 因此，任一公式均可化为'∨'连接的子句的集合
公理的谓词符号必须派定为域中对象的性质， 函数派定为对域中对象的操作。
公理集合一般情况下只是定义的部分(偏)函数和 谓词， 是问题域的一个侧面。 所以能满足该理论的 模型往往不止一个。
例 一个最简单的理论
公理集:
Xinterval(X)→not interval (X+1)
(a1)
Xnot interval (X+1)→interval(X)
谓词例化
odd(2) divide (23， 7， 3，2) father (changshan， changping) divide (23， 7， 3， N)
结果值
False Ture True N未例化， 不知真假
谓词的量化 量化谓词
Xodd(X)
Xodd(X)
X(X=2*Y+1→odd (X)) XYdivide (X，3，Y，0) XYdivide (X，3，Y，0) XYdivide(X，3，Y，0)
取反
Xnot odd(X)
[1]
Xnot odd(X)
[2]
Xnot(X+2*Y+1→odd(X))
[3]
Xnot(X=2*Y+1)or odd (X)) [4]
X((X=2*Y+1)and not add(X)) [5] XY not divide (X，3，Y，0) [6] XY not divide (X，3，Y，0) [7] XY not divide (X，3，Y，0) [8]
这些规则演绎出的定理
证明(proof)是个语句序列， 以每个语句得到证明而 结束， 即每个句子要么演绎成公理， 要么演绎成前 此导出的定理
• 一个证明若有N个语句(命题)则称N步证明 • 反驳(refutation)是一个语句的反向证明。 它证明
一个语句是矛盾的， 即不合乎给定的公理
• 一个语句若能从公理出发推演出来， 则称合法语 句， 任何合法语句也叫做定理(theorem)
6.2 自动定理证明
• 证明系统
事实即证明系统中的公理(axioms) 证明系统(proof system)是应用公理演绎出定理
(theorems)的合法演绎规则的集合 演绎也叫归约(deduction)，是对证明系统中合法
推理规则的一次应用 演绎从公理导出结论(conclusion)， 中间可利用以
当谓词应用到的变元是常量或已被束定的变量上时，就叫做句子 (sentence)或命题(proposition)
谓词变元的个数称作目(arity)，有单目、N目谓词之称
N-目谓词的例子。
谓词
目
含义ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
odd(X)
1
X是奇数
father(F，S)
2
F是S的父亲
divide(N，D，Q，R) 4
N除D得商Q和余数R
结果值
False True True True， 如X =3，Y=1 False False， 但很难证明
证明一个全称谓词是比较难的，因为最可靠的证明方法是枚举例 证。 于是采取反证的方法，全称量化的谓词取反
量化谓词 Xodd(X) Xodd(X) X(X=2*Y+1→odd(X))
XY divide (X，3，Y，0) XY divide (X，3，Y，0) XY divide (X，3，Y，0)
• 从某一公理集合导出的所有定理集合称为理论 (theory)
• 模型
从公理集合中导出定理集称之为理论，有了理论 我们要解释它的语义必须借助某个模型(model)。因 为形式系统只是符号抽象，借助模型我们可为每个常 量、函数、谓词符号找到真理性的解释。即定义每个 论域，并表明域上成员和常量公理之间的关系。