計算機(jī)語言的發(fā)展

計算機(jī)語言的發(fā)展第1頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四主要內(nèi)容5.1形式語言5.2計算機(jī)語言的發(fā)展2第2頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四5.1形式語言計算機(jī)語言是一種形式化語言為什么要用形式化語言？形式語言是以數(shù)學(xué)和數(shù)理邏輯為基礎(chǔ)的科學(xué)語言，其語言符號具有單一性、無歧義性和明確性特點自然語言具有歧義性，其語法結(jié)構(gòu)不夠嚴(yán)格、不夠統(tǒng)一自然語言是某一社會發(fā)展中形成的一種民族語言要用計算機(jī)對語言進(jìn)行處理，則必須解決語言的歧義性問題3第3頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四自然語言的歧義性實例例：他的發(fā)理得好。這個例子至少有兩種不同的解釋：他的理發(fā)水平高。理發(fā)師理他的發(fā)理得好。4第4頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四形式語言的基本特點有一組初始的、專門的符號。有一組精確定義的符號串轉(zhuǎn)換規(guī)則（即形式語言語法）。形式語言語法中不包含語義。在一個給定的形式語言中，可以根據(jù)需要，通過賦值或模型對其進(jìn)行嚴(yán)格的語義解釋，從而構(gòu)成形式語言的語義在形式語言中，不允許出現(xiàn)根據(jù)形成規(guī)則無法確定的符號串5第5頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四形式語言實例例：語言W定義為：初始符號集：{a，b，c，d，e}。形成規(guī)則：上述符號組成的有限符號串中，能組成一英語單詞的為一公式；否則不是。問：W是否為一形式語言？答：不是，因為根據(jù)形成規(guī)則，無法精確地定義轉(zhuǎn)換規(guī)則。原因：形成規(guī)則（語法）中包含了語義。6第6頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四形式語言實例例：語言W定義為：初始符號集：{a，b，c，d，e，(，)，+，?，×，÷}。形成規(guī)則：上述符號組成的有限符號串中，能組成表達(dá)式的為一公式；否則不是。問：W是否為一形式語言？答：不是，因為根據(jù)形成規(guī)則，無法精確地定義轉(zhuǎn)換規(guī)則。原因：形成規(guī)則（語法）中包含了語義7第7頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四形式語言實例例：語言W定義為：初始符號集：{a，b，c，d，e，(，)，+，?，×，÷}。形成規(guī)則：上述符號組成的有限符號串中，凡以符號“(”開頭且以“)”結(jié)尾的符號串為一公式。問：W是否為一形式語言？答：不是，因為根據(jù)形成規(guī)則，無法對不是以符號“(”開頭且以“)”結(jié)尾的符號串進(jìn)行判定。例如，(a+b)×c。8第8頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四形式語言實例例：語言W定義為：初始符號集：{a，b，c，d，e，(，)，+，?，×，÷}。形成規(guī)則：上述符號組成的有限符號串中，凡以符號“(”開頭且以“)”結(jié)尾的符號串為一公式；否則不是。問：W是否為一形式語言？答：是。9第9頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四5.2計算機(jī)語言的發(fā)展計算機(jī)語言經(jīng)歷了從機(jī)器語言、匯編語言、高級語言、應(yīng)用語言到自然語言的發(fā)展階段。10第10頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四算法的機(jī)器語言描述例如：用機(jī)器指令對“2+6”進(jìn)行計算的算法描述

1011000000000110//將“6”送到寄存器AL中，數(shù)字“6”放在指令后八位

0000010000000010//將數(shù)“2”與寄存器AL中的內(nèi)容相加，結(jié)果仍存在AL中101000100101000000000000//把AL中的內(nèi)容送到地址為5的單元中11第11頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四算法的匯編語言描述例如：用匯編語言對“2+6”進(jìn)行計算的算法描述

MOVAL，6 ADDAL，2 MOVVC，AL匯編語言語句與特定的機(jī)器指令有一一對應(yīng)的關(guān)系，經(jīng)匯編程序（匯編語言用戶的虛擬機(jī)）翻譯為機(jī)器指令后才能運(yùn)行12第12頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四算法的高級語言描述例如：用高級語言對“2+6”進(jìn)行計算的算法描述

2+6高級語言的語句與特定機(jī)器的指令無關(guān)高級語言程序經(jīng)編譯程序（高級語言用戶的虛擬機(jī)）翻譯成匯編語言，然后經(jīng)匯編程序（匯編語言用戶的虛擬機(jī)）翻譯為機(jī)器指令后才能運(yùn)行13第13頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四算法的應(yīng)用語言描述用應(yīng)用語言編程，用戶只需告知系統(tǒng)“做什么”，而無需說明“怎么做”如：SQL這類語言提供了功能強(qiáng)大的非過程化問題定義手段用應(yīng)用語言編寫的程序一般經(jīng)應(yīng)用程序包（應(yīng)用語言用戶的虛擬機(jī)）翻譯成高級語言程序后，再逐級向下實現(xiàn)14第14頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四基于虛擬機(jī)的計算機(jī)層次結(jié)構(gòu)15第15頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四基于虛擬機(jī)的計算機(jī)層次結(jié)構(gòu)16第16頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四自然語言的計算機(jī)處理自然語言的計算機(jī)處理可以分為以下四個層次：第一層次是文字和語音，即基本語言信息的構(gòu)成；第二層次是語法，即語言的形態(tài)結(jié)構(gòu)；第三層次是語義，即語言與它所指的對象之間的關(guān)系；第四層次是語用，即語言與它的使用者之間的關(guān)系。目前，自然語言的輸入問題已基本解決。要使計算機(jī)對自然語言進(jìn)行處理，關(guān)鍵是要解決自然語言語法和語義的形式化問題。17第17頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四自然語言的形式化問題自然語言能否形式化？人具有創(chuàng)造和理解正確句子的能力。這種語言“創(chuàng)造性”過程，其實就是由有限數(shù)量的詞，根據(jù)一定的規(guī)則產(chǎn)生正確句子的過程。進(jìn)一步而言，其實質(zhì)也就是一個字符串到另一個字符串的變換過程。顯然，語言“創(chuàng)造性”過程的本質(zhì)與計算過程的本質(zhì)是一致的。因此，可以將自然語言也看作是一種計算，從而自然語言能否實現(xiàn)形式化的爭論也就不存在了。18第18頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四自然語言的形式化方法自然語言的形式語法可表示為：G0=<Vn，Vt，P0，S>，其中，Vn為非終結(jié)符號的有限集合；Vt為終結(jié)符號的有限集合；P0為生成式（或稱產(chǎn)生式）的有限集合，即形式規(guī)則；S為開始符號19第19頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四自然語言的形式化實例設(shè)自然語言的形式語法中，Vn={S，NP，VP，N，V}，Vt={我，他，學(xué)，教，英語，漢語，希望}，P0={S→NPVP，NP→N，VP→VNP，VP→VS，N→我，N→他，V→學(xué)，V→教，V→希望，N→英語，N→漢語}，其中，S表示句子；NP表示名詞短語VP表示動詞短語N表示名詞V表示動詞S→NPVP表示句子由名詞短語和動詞短語組成NP→N表示名詞短語由名詞構(gòu)成20第20頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四句子的派生過程舉例21第21頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四相關(guān)圖靈獎獲得者約翰?巴克斯1977年圖靈獎獲得者，F(xiàn)ORTRAN和BNF的發(fā)明者肯尼思?艾弗森1979年圖靈獎獲得者，大器晚成的科學(xué)家，APL的發(fā)明人查爾斯?霍爾1980年圖靈獎獲得者，從QUICKSORT、CASE到程序設(shè)計語言的公理化22第22頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四相關(guān)圖靈獎獲得者羅賓?米爾納1991年圖靈獎狄得者，標(biāo)準(zhǔn)元語言ML的開發(fā)者彼得?諾爾2005年圖靈獎獲得者，從天文學(xué)家到計算機(jī)科學(xué)家，BNF改良家弗朗西絲?愛倫2006年圖靈獎獲得者，編譯器優(yōu)化理論與實踐的先驅(qū)23第23頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四羅賓?米爾納（1934－?）24第24頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四彼得?諾爾（1928－?）25第25頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四弗朗西絲?愛倫（1932－?）26第26頁，共29頁，2023年，2月20日，星期四討論計算機(jī)發(fā)展趨勢是什么？（巨型化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化、多媒體化、智能化）27第27頁，共29頁，2023年，2月2