Что к формальным языкам можно отнести? Примеры использования

Что такое формальный язык и чем он отличается от естественного? Как он формировался? Что к формальным языкам можно отнести? И что используется для его обозначения?

Характеристика формальных языков

Так называют группу искусственных языков, которые характеризуются точными правилами относительно построения выражений, а также их понимания. К формальным языкам можно отнести системы, используемые для прикладных целей. Они строятся с соблюдением четких правил, обеспечивают непротиворечивое, компактное и точное отображение отношений и свойств изучаемой предметной области или моделируемых объектов. Значение и смысл используемых знаков не может измениться от каких-то прагматических особенностей (контекста использования). Это возможно благодаря присутствию в формальных языках правил синтаксического преобразования и семантической интерпретации. Часто они строятся при использовании в качестве базы математики. Благодаря тому, что в ней, на всём промежутке развития, использовались различные символические обозначения, применявшиеся к различным понятиям и объектам. Вот для чего нужны формальные языки. Они позволяют значительно сокращать данные. Раньше наряду с формальным использовались и естественные языки, но с постепенным усложнением предмета и необходимостью совершать строгий логический анализ математических суждений было принято решение отказаться от последних. Данный процесс растянулся с XVII по ХХ век. Именно прошлое столетие считается наиболее плодотворным с точки развития формальных языков. Были созданы различные специальные ответвления. Так, для информатики особенное значение имеют языки программирования и алгебры логики, причем не только с теоретической, но и с практической точки зрения.

Определение

Что к формальным языкам можно отнести, мы уже кратко пояснили. Но что можно сказать о них самих? Формальным языкам даётся много разных определений. Чтобы перечислить их все, уйдёт много времени, поэтому ознакомимся с самыми популярными:

1. Простой перечень слов, входящих в данный язык – обычно так говорят относительно конечного типа построения и про те из них, что имеют простую структуру.
2. Слова, порождённые определённой формальной грамматикой.
3. Структура, созданная регулярными выражениями.
4. Слова, порождённые БНФ-конструкцией.
5. Структура, распознаваемая конечным автоматом.

Давайте рассмотрим на примере. Допустим, у нас есть весь алфавит, заданный двумя цифрами: 1 и 0. Для отображения буквы «О» мы используем комбинацию 1010001. Это и есть применение формального языка. Также возможно использование пустого слова (когда строка имеет нулевую длину и в ней ничего нет) с особенным обозначением в привычном для нас виде. Но более детально понять, что такое формальный язык, помогут 4 примера, которые будут приведены дальше. Для чего это нужно? Чтобы у читателя было понимание, что к формальным языкам можно отнести. Но ещё немного о том, как они создаются.

Конструирование формальных языков

Каждый формальный язык является конструкцией, которая была создана когда-то и кем-то. Строятся они обычно по одной схеме:

1. Для начала выбирают алфавит или какую-то совокупность определённых символов, из которых и будут строиться выражения, применяемые в языке. К формальным языкам относится любой способ программирования с помощью компьютера.
2. Описывает синтаксис, то есть особенности и правила, по которым будут строиться осмысленные предложения.
3. По определённым правилам составляются слова и выражения. Тут существует правило: любая последовательность букв должна иметь возможность считаться словом.

К формальным языкам относится любая конструкция, которая имеет четкие правила – это следует запомнить. При построении существуют некоторые особенности. Так, понятие «символ» весьма многофункционально с точки зрения смысловой нагрузки, поэтому в массе своей используют такой термин как «буква». Но под ними могут понимать не только обычные для нас обозначения, но и скобки, специальные знаки и многое другое. Относится это только к формальным языкам.

Пример 1

Давайте начнем с 1 и 0. В таких случаях используют ещё понятия «терм» и «формула». Первый выступает в качестве аналога имени объекта и используется для обозначения чего-то конкретного. В первую очередь под ними понимают константы и предметные переменные. Из них, в свою очередь, строятся более сложные конструкции, для чего используется применяемая в каком-то языке функция. Под формулой понимают группу термов, применение которой в определенном языке программирования является возможным. Данное «указание» будет обработано, и человек получит необходимый результат.

Пример 2

Рассмотрим на примере логики, в которой есть инверсия (¬), дизъюнкция(∧), конъюнкция(∨) и импликация(⇒) и ряд других. В качестве образов можно привести такие записи:

1. А;
2. А∧В ⇒ ¬А
3. ¬(А∨¬С)

В качестве символов А, В, С подставьте переменные и вы получите логические операции. Где применяются формальные языки подобного типа? Широкое использование подобный механизм нашел в языках программирования, математике, отношениях, логических и математических функциях или отдельных частях, которые были описаны самим программистом.

Пример 3

Давайте рассмотрим более сложную логическую формулу:

¬(А∨¬С) ⇔ ¬А∧С = 1

Вот зачем нужны формальные языки. Представьте что было бы, если это описывалось словами? А теперь, опираясь на формулу, будем выводить умозаключения. Осмысленные выражения можно получить в формальном языке только тогда, когда соблюдаются заранее определённые правила образования, изменения и «понимания» формул и термов, из которых они составляются:

1. Построение терм и формул;
2. Проработка семантического аспекта и интерпретация;
3. Порядок следования одних формул и терм из других.

В каждом формальном языке должна быть хорошо проработана совокупность данных правил.

Пример 4

Благодаря наличию в синтаксисе языка правила вывода для термов и формул можно выполнять изоморфные преобразования моделей. Так будет проводиться не только отражение (репрезентация) определённой совокупности знаний, что уже есть, но и, возможно, получение новой информации. Причем преобразование, хотя и будет происходить по четким и строгим правилам, вполне можно автоматизировать. Подобные технологии применяются в экспертных системах, базах знаний и программных продуктах поддержки принятия решений.

Заключение

Формальные языки нашли широкое применение в науке, особенно в технике. Во время проведения научного исследования или при осуществлении практической деятельности они могут взаимодействовать с естественными, ввиду значительных выразительных способностей последнего. Но всё же формальные языки позволяют более точно передать знания и проводить объективный обмен информацией, накопленной человечеством.