计算机语言的发展

第5课计算机语言的发展!app=2&via=QZ.HashRefresh&pos=13663849581主要内容5.1形式语言5.2计算机语言的发展25.1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•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3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。4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。•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5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。•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。6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。•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7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。•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。8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：是。95.2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。10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11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MOVAL，6ADDAL，2MOVVC，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12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–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13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14基于虚拟机的计算机层次结构15基于虚拟机的计算机层次结构16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。•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。17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。18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19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→NPVP，NP→N，VP→VNP，VP→VS，N→我，N→他，V→学，V→教，V→希望，N→英语，N→汉语}，–其中，•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→NPVP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20句子的派生过程举例21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•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•查尔斯•霍尔–1980年图灵奖获得者，从QUICKSORT、CASE到程序设计语言的公理化22相关图灵奖获得者•罗宾•米尔纳–1991年图灵奖狄得者，标准元语言ML的开发者•彼得•诺尔–2005年图灵奖获得者，从天文学家到计算机科学家，BNF改良家•弗朗西丝•爱伦–2006年图灵奖获得者，编译器优化理论与实践的先驱23罗宾•米尔纳（1934－?）24彼得•诺尔（1928－?）25弗朗西丝•爱伦（1932－?）26讨论•计算机发展趋势是什么？（巨型化、微型化、网络化、多媒体化、智能化）27思考题•什么是形式语言？试举例说明。•什么是机器语言？什么是汇编语言？•如何用虚拟机的观点来划分计算机的层次结构？•自然语言的计算机处理分为哪4个层次？•为什么说自然语言的“创造性”过程的本质与计算过程的本质是一致的？28