3. Опорный конспект лекций

3.1. Введение, определение языка

Современный этап развития общества характеризуется возрастающей ролью информационной сферы, представляющей собой совокупность информации, информационной инфраструктуры, субъектов, осуществляющих сбор, формирование, распространение и использование информации, а также системы регулирования возникающих при этом общественных отношений. Методы и средства, используемые при синтезе процедур преобразования информации, возникающих в процессе взаимодействия перечисленных выше структур, получили название информационные технологии. Слово информация своими корнями уходит в древнюю Грецию и означает объясняю, излагаю, слово технология оттуда же и означает искусство, мастерство, умение, т.е. умение описать сущности окружающей действительности и их предикаты. Решение этой проблемы как в те далекие времена, так и по сей день осуществляется с помощью звуковых или символьных средств. Теперь можно сформулировать понятие “язык” как стихийно возникшую систему звуков, а затем и символов (письменность). Последовательность дискретных звуков (цепочка символов) определяют некоторую сущность действительного мира и отношений между субъектами. Автоматизация, поглотившая человечество во всех сферах его деятельности не обошла и информационные процессы, являющиеся фундаментом жизнедеятельности человека. На сегодняшний день в качестве абонентов, взаимодействующих друг с другом, рассматривают не только биологические субъекты, а также компоненты технической системы, реализующие ее функциональное назначение, т.е. субъекты живой и неживой природы. Эти системы могут излагать свое состояние на разных языках, т.е. алфавит и правила построения цепочек языка различны. Вычислительная машина излагает свое состояние в бинарном алфавите, чтобы понять ее необходимо выполнить перевод с машинного языка на язык другого абонента, причем этот перевод должен быть однозначен. Естественный язык не однозначен, т.е. возникает необходимость в построении формального языка однозначно определяющего состояние каждого абонента.

Все мы с детства привыкли использовать язык для передачи информации другим людям. Мы говорим какую-либо фразу, например «Красивый дом стоит у берега моря» и уверенны, что наш собеседник нас понимает. Если же мы скажем: «Моря у дом красивый стоит берега», то вряд ли нас кто-нибудь поймет, хотя мы использовали те же самые слова, что и в первом предложении. Мы не задумываемся над тем, каким образом наш мозг провел разбор данного предложения и заключил, что оно правильное и несет некий смысл или неправильное и никакого смысла не несет. А если подумать над

этой проблемой, то можно представить следующую схему разбора этого предложения:

Итак: Красивый дом стоит у берега моря.

Выполним его разбор.

Необходима некоторая система правил построения предложения, которая могла бы однозначно определить местоположение того или иного слова в предложении.

<предложение> := <подлежащее> <сказуемое> ;

<подлежащее> := <определение> <существительное> ← нетерминальные символы;

<сказуемое> := <глагол> <дополнение>;

<глагол> := стоит ← терминальные символы;

<дополнение> := у берега моря;

<существительное> := дом;

<определение> := красивый.

Наиболее распространенным способом формального описания синтаксиса языков программирования являются нормальные формы Бэкуса-Наура (БНФ). Синтаксис задается с помощью формул

<Идентификатор>::=<Буква>|< Идентификатор >< Буква >|<Идентификатор><Цифра>.

Последовательности знаков, заключенные в скобки <>, представляют собой переменные, значениями которых являются последовательности символов, знаки := и | (последний со значением “ИЛИ”) – это связки. Любой знак, который не является переменной или связкой, обозначает самого себя (и класс знаков, ему подобных). Соединение знаков И (ИЛИ), переменных в формуле, означает соединение обозначаемых последовательностей. Таким образом, вышеприведенная формула задает рекурсивное правило для образования имен из букв и цифр.

Любой язык (русский, английский, французский и т.д.) включает в себя алфавит и систему правил построения предложений, а вообще язык можно определить как систему дискретных звуков, необходимых для описания внешнего мира. Предложения языка записываются в виде последовательности символов из некоторого алфавита. Такие символы будем называть терминальными символами или терминалами, а последовательности терминалов – терминальными цепочками. Но для того, чтобы компьютер правильно сделал разбор предложения, оказалось недостаточно этих двух понятий – терминал и система правил. Поэтому были введены еще два понятия: начальный символ и нетерминальный символ или нетерминал.

Если терминальные символы – символы, из которых нет дальнейшего вывода, то нетерминальные символы – символы, из которых возможен дальнейший вывод цепочки.

Начальный символ – общая запись всех возможных конструкций языка, построенных из элементов данного алфавита по определенным правилам, образующим систему правил; т.е. начальным символом может быть предложение, слово, число и т.д.

Для чего нужен начальный символ? С него начинается построение синтаксического дерева, т.е. в вышерассмотренном примере <предложение> и будет являться начальным символом. Существует два варианта разбора синтаксических деревьев: сверху вниз и снизу вверх. При разборе сверху вниз мы получим множество конструкций, каждую из которых нужно будет сравнить с введенной, и если ни одна из полученных конструкций не совпадет с введенной, то можно утверждать, что введена неправильная конструкция. Это очень долгий и трудоемкий вариант. При разборе снизу вверх мы введенную конструкцию преобразуем согласно правилам, т.е. отыскиваем правые части правил и заменяем их левыми частями, в результате чего мы должны получить начальный символ, если по окончании разбора начальный символ не получен, то можно сделать вывод, что введена неправильная конструкция.

Учитывая вышеизложенное, вычислительную среду формально можно представить в виде следующих правил:

<ВС>:=<АС><ПС>, <ПС>:=<ОС><ПИ>, где

ВС - вычислительная среда, ас - аппаратные средства;

пс - программные средства; ос - операционная система;

пи - программный интерфейс;

«: =» - «это есть» по определению.