Формальные языки в курсе информатики

В информатике

Роль и место понятия языка

Изучаемые вопросы:

ª Символьная и образная информация, воспринимаемая человеком.

ª Язык как способ представления символьной информации.

ª Естественные и формальные языки.

ª Формальный язык и предметная область.

Тема представления информации является сквозной в курсе информатики. Ключевым понятием этой темы выступает понятие языка. Здесь, как и в предыдущей теме, разговор о языках можно вести применительно к человеку, а также рассматривать языки представления информации, используемые в компьютерах.

Описание информационной функции человека (впрочем, как и любой другой) — очень сложная задача. Сделать это исчерпывающим образом невозможно, поскольку человек — это бесконечномерная система. Поэтому наши представления в этой области могут носить только модельный, т. е. приближенный характер.

Обсуждая проблему восприятия человеком информации из внешнего мира, нужно обратить внимание учеников на то, что человек обладает множеством каналов, по которым в его мозг (память) поступает информация. Эти каналы — наши органы чувств. Их пять: зрение, слух, вкус, обоняние, осязание. Если роль первых двух для восприятия информации очевидна, то понимание того, что вкусовые и осязательные ощущения, запахи также являются источниками информации, требуют пояснения. Объяснение этому следующее: мы помним запахи знакомых предметов, вкус знакомой пищи, на ощупь узнаем некоторые вещи. Но то, что мы помним, — хранится в нашей памяти. Значит, это тоже наши знания, а стало быть, информация.

Примем следующее модельное предположение относительно информационной функции человека: информацию, с которой имеет дело человек можно разделить на два вида: на символьную и образную. К символьной относится информация, воспринимаемая человеком в речевой или письменной (знаковой) форме. Все остальное, не относящееся к этому, будем называть образной информацией. К последней относятся воспринимаемые человеком вкусовые ощущения, запахи, тактильные ощущения. Образную информацию человек воспринимает также через зрение и слух. Например, картины природы, пение птиц, шум ветра. С образной информацией имеет дело искусство.

Образная информация — это сохраненные в памяти ощущения человека от контакта с источником; она воспринимается всеми органами чувств человека.

Далее речь будет идти лишь о символьной информации. Понятие языка применимо только к этому виду информации и вводится следующим определением: язык — это определенная система символьного представления информации. В энциклопедическим словаре по школьной информатике, составленном А. П. Ершовым [24], дано такое определение: «Язык — множество символов и совокупность правил, определяющих способы составления из этих символов осмысленных сообщений». Поскольку под осмысленным сообщением понимается информация, то данное определение по сути своей совпадает с первым.

Классификация языков представлена на схеме 1 (Приложение 1). Языки делятся на две группы: естественные и формальные. Естественные языки — это исторически сложившиеся языки национальной речи. Для большинства современных языков характерно наличие устной и письменной речи. Анализ естественных языков в большей степени является предметом филологических наук, в частности, лингвистики. В информатике анализом естественных языков занимаются специалисты в области Искусственного интеллекта. Одна из целей разработки проекта ЭВМ пятого поколения — научить компьютер понимать естественные языки.

Формальные языки — это искусственно созданные языки для профессионального применения. Они, как правило, носят международный характер и имеют письменную форму. Примерами таких языков являются язык математики, язык химических формул, нотная грамота — язык музыки и др.

С любым языком связаны следующие понятия: алфавит — множество используемых символов; синтаксис — правила записи языковых конструкций (текста на языке); семантика — смысловая сторона языковых конструкций; прагматика — практические последствия применения текста на данном языке.

Для формальных языков характерна принадлежность к ограниченной предметной области (математика, химия, музыка и пр.). Назначение формального языка — адекватное описание системы понятий и отношений, свойственных для данной предметной области. Поэтому все названные выше компоненты языка (алфавит, синтаксис и др.) ориентированы на специфику предметной области. Язык может развиваться, изменяться, дополняться вместе с развитием своей предметной области.

Естественные языки не ограничены в своем применении, в этом смысле их можно назвать универсальными. Однако не всегда бывает удобным использовать только естественный язык в узкопрофессиональных областях. В таких случаях люди прибегают к помощи формальных языков.

Известны примеры языков, находящихся в промежуточном состоянии между естественными и формальными. Язык эсперанто был создан искусственно для общения людей разных национальностей. А латынь, на которой в древности говорили жители Римской империи, в наше время стала формальным языком медицины и фармакологии, утратив функцию разговорного языка.

Приведенный выше разговор о языках имеет важное значение для общеобразовательного содержания базового курса информатики. Знакомый ученикам термин «язык» приобретает новый смысл в их сознании. Вокруг этого термина строится целая система научных понятий. Понятие языка является одним из важнейших системообразующих понятий курса информатики.

Изучаемые вопросы:

ª Внутренние и внешние языки.

ª Языки представления данных.

ª Языки представления действий над данными.

В данном разделе речь пойдет о языках, используемых при работе ЭВМ, в компьютерных информационных технологиях.

Информацию, циркулирующую в компьютере, можно разделить на два вида: обрабатываемая информация (данные) и информация, управляющая работой компьютера (команды, программы, операторы).

Информацию, представленную в форме, пригодной для хранения, передачи и обработки компьютером принято называть данными. Примеры данных: числа при решении математической задачи; символьные последовательности при обработке текстов; изображение, введенное в компьютер путем сканирования, предназначенное для обработки. Способ представления данных в компьютере называется языком представления данных.

Для каждого типа данных различается внешнее и внутреннее представление данных. Внешнее представление ориентировано на человека, определяет вид данных на устройствах вывода: на экране, на распечатке. Внутреннее представление — это представление на носителях информации в компьютере, т.е. в памяти, в линиях передачи информации. Компьютер непосредственно оперирует с информацией во внутреннем представлении, а внешнее представление используется для связи с человеком.

В самом общем смысле можно сказать, что языком представления данных ЭВМ является язык двоичных кодов. Однако с точки зрения приведенных выше свойств, которыми должен обладать всякий язык: алфавита, синтаксиса, семантики, прагматики, нельзя говорить об одном общем языке двоичных кодов. Общим в нем является лишь двоичный алфавит: 0 и 1. Но для различных типов данных различаются правила синтаксиса и семантики языка внутреннего представления. Одна и та же последовательность двоичных цифр для разных типов данных имеет совсем разный смысл. Например, двоичный код «0100000100101011» на языке представления целых чисел обозначает десятичное число 16683, а на языке представления символьных данных обозначает два символа «А+». Таким образом, для разных типов данных используются разные языки внутреннего представления. Все они имеют двоичный алфавит, но различаются интерпретацией символьных последовательностей.

Языки внешнего представления данных обычно приближены к привычной для человека форме: числа представляются в десятичной системе, при записи текстов используются алфавиты естественных языков, традиционная математическая символика и пр. В представлении структур данных используется удобная табличная форма (реляционные базы данных). Но и в этом случае всегда существуют определенные правила синтаксиса и семантики языка, применяется ограниченное множество допустимых символов.

Внутренним языком представления действий над данными (языком управления работой компьютера) является командный язык процессора ЭВМ. К внешним языкам представления действий над данными относятся языки программирования высокого уровня, входные языки пакетов прикладных программ, командные языки операционных систем, языки манипулирования данными в СУБД и пр.

Следует иметь в виду, что любой язык программирования высокого уровня включает в себя как средства представления данных (раздел данных), так и средства представления действий над данными (раздел операторов). То же самое относится и к другим перечисленным выше типам компьютерных языков.

8.3. Языки представления чисел:

Дата добавления: 2017-02-01