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程序设计语言原理
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estomm
13
Algorithm/旅行商问题.md
Normal file
13
Algorithm/旅行商问题.md
Normal file
@@ -0,0 +1,13 @@
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# 旅行商问题
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## 1 贪心算法
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## 2 邻域搜索
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## 3
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## 4 遗传算法
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## 5 蚁群算法
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@@ -136,12 +136,12 @@ $$
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* $\hat{a},\hat{b}$也是极大似然估计
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* $\hat{a}\sim N(a,(\frac{1}{n}+\frac{\overline{x}^2}{L_{xx}})\sigma^2)$
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* $\hat{b}\sim N(b,\frac{\sigma^2}{L_{xx}}$
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* $\hat{b}\sim N(b,\frac{\sigma^2}{L_{xx}})$
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* $\overline{y}与\hat{b}相互独立$
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## 3.3 $\sigma^2$的无偏估计
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### 定理：$\sigma^2$的无偏估计
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$Q(\hat{a},\hat{b})=\sum(y_i-\hat{y_i}^2$称为残差平方和。
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$Q(\hat{a},\hat{b})=\sum(y_i-\hat{y_i}^2)$称为残差平方和。
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$$
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E(Q)=(n-2)\sigma^2\\
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\sigma^2=E(\frac{Q}{n-2})是\sigma^2的一个无偏估计
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@@ -144,10 +144,12 @@ $$
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$$
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## 5 预测控制
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> 未涉及内容：
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> # 可化为线性回归的曲线回归
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> # 自变量选择与“最优”回归方程选择
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> # 异常情况的诊断处理
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||||
> 未涉及内容：
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> #可化为线性回归的曲线回归
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> #自变量选择与“最优”回归方程选择
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> #异常情况的诊断处理
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状态转移方程
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$$
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BIN
程序设计语言原理/image/chomsky文法的关系.png
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程序设计语言原理/image/chomsky文法的关系.png
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Binary file not shown.
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After Width: | Height: | Size: 12 KiB |
BIN
程序设计语言原理/image/语法分析图.png
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BIN
程序设计语言原理/image/语法分析图.png
Normal file
Binary file not shown.
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After Width: | Height: | Size: 70 KiB |
@@ -11,15 +11,22 @@
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### 程序设计语言的特性
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* 人工语言
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* 对象是机器
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* 程序设计语言是人工语言
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* 主要通信对象是机器
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* 用于表达软件
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### 程序设计语言的作用
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### 程序设计语言的作用（为什么研究）
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* 计算机软硬件技术的窗口
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* 人们研究计算表达的形势
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* 它和计算机理论研究联系最为密切
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* 研究有利于与提高软件开发人员的素质
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* 有利于开发专用用语言或界面语言
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* 有利于新领域语言的发展
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* 有利于通用语言的标准化规范化
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*
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## 2 程序设计语言的定义与处理器
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> 一个程序设计语言的实际存在是《语言规格说明书》。一个程序设计语言的实际存在是改语言程序的处理器。
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### 解释器
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解释器读入一段相对完整源代码(多数情况下是一句)翻译为目标代码后,立即解释执行。
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@@ -1,20 +1,68 @@
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# 发展与分类
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## 1 历史
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### 程序设计语言简史
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* 1945 ENIAC 真空管计算机
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* 1946 冯诺依曼机构UNIVAC-1计算机
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* 50年代 FORTRAN ALGOL COBOL
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* 60年代 APL SNOBOL LOGO PASCAL
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* 70年代 C LISP Perlog Edison
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* 80年代 面向对象Smalltalk C++ SQL
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## 2 分类
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### 对机器依赖程度
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* 低级语言
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* 中级语言
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* 高级语言
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* 低级语言:机器语言和汇编语言
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* 中级语言：编程操纵机器硬件，不涉及地址码和操作码。
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* 高级语言：独立于机器
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### 应用领域
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* 商用语言
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* 科学计算
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* 系统程序设计
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* 模拟预演
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* 正文处理
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* 实时处理
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* 嵌入式应用
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* 人工智能应用
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* 查询和命令语言
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* 教学语言
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* 打印专用
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* 专用与某种数据结构
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```
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/*
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引入外部文件进行构建
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能够定义文本的名字，实现文本与排版的分离
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能够进行文本与文本的嵌套，支持嵌套处理
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能够使用反斜杠转义特殊符号
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支持链式处理
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全局默认控制对象env
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定义新的处理函数默认一个文本输入对象，默认一个文本输出对象。前边的函数可以覆盖处理前边的函数。内部函数的优先级更高。
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能够定义函数所处的模块。
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自顶向下的设计过程。从全局到局部。所以后边可以覆盖前边，细节覆盖总体布局。
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链式处理，是对原来文本的处理，不是生成新的文本
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定义引用，引用编号，自动引用
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*/
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import another_name.pp
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import another_progrom.pp
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//paper 模块的leftboder函数
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env.paper.leftborder(29)
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textname={i am a good man}
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textname.fix(delete)
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text1,text2,text3.fix()
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pic1,pic2.middle()
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||||
{zhesh 'pic.hello()' iwe\alpha nben}.hello(middle,big).world(45size).print()
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def newp(hello,txt):
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this is content
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enddef
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```
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### 实现计算方式
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* 编译型语言
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* 解释型语言
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@@ -24,9 +72,7 @@
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* 非交互式语言
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### 程序设计范型
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> 单范型语言、多范型语言
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单范型语言：程序组织和实现计算的模式
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* 命令式语言
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* 面向对象语言
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* 数据流语言
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@@ -34,6 +80,11 @@
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* 逻辑式语言
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* 并发程序设计语言
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多范型语言：
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包含多种范型的程序设计语言。
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### 断代
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@@ -1,14 +1,26 @@
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# 设计概述
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## 1 表示与抽象
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自然语言描述、高级语言表示、汇编语言表示、机器语言表示，是同一个程序在不同抽象层次上的表示。
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### 表达与抽象的概念
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* 表示是对事物抽象的表达。
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* 抽象是对论题本质的提取。
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||||
* 同一个事物在不同抽象层次上的表示。自然语言描述、高级语言表示、汇编语言表示、机器语言表示。
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* 上层抽象可以用多种下层抽象的实现。
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### 不同抽象层次
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* 客观世界自然语言描述
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* 数学模型数学语言描述
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* 程序设计程序语言描述
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* 机器指令机器语言描述
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### 显示表示和隐式表示
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* 显示表示float n=3.14指明n的类型。
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* 隐式表示 n=3.14缺省为浮点类型。
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### 聚合表示和分散表示。
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* 分散表示。整型，浮点型等数据之间的+运算使用不同的运算符。
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* 聚合表示。所有类型的+运算都可以使用+运算符实现。或者同一个函数实现。
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## 2 设计目标
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### 具体目标
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@@ -49,3 +61,214 @@
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## 4 规格说明
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### 概述
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规格说明用来定义一个语言文本的语法和语义。用于表达程序设计语言的的语言成为元语言。
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* 形式语法：以形式结构规则的语言元素组合规则。
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* 微语法：词法Lexicon
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* 宏语法：定义特征规则
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### 字符集
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* 允许出现在语言的程序里出现的字符的全体
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### 词法分析
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由程序的字符序列得到词法元素序列的过程就是词法分析。编译器处理表示源程序的字符序列，根据词法规则做词法分析，将 源程序切分为符合词法的段，识别出源程序的有意义单词（token) 。词法分析得到一个（表达被分析的源程序的）单词流，流中各单词 标明了词法类别。词法分析中抛弃所有无保留价值的分隔符（如空白符）和噪声词。
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词法分析通常采用最长可能原则，确定可能成为单词的最长字符串。
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词法分类主要包括以下内容
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* 标识符：文字形式的词法对象，用于表示程序对象的名字。
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* 关键字：语言规定了特殊意义的标识符
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* 运算符：有预定义意义的特殊字符或特殊字符序列
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* 分隔符：用于分隔程序里的不同词法元素的特殊符号或标识符。空格，换行和制表符等，通常作为语法元素的分隔符。
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### 语法分析
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* 语法分析定义
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语法规定位于词法层次之上的程序结构。
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语法用于确定一个输入序列是否合法的程序。程序存在多个不同层次的合法性问题：
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– 局部结构 例：C程序里的if 之后是不是左括号，括号是否配对
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– 上下文关系 例：变量使用前是否有定义，使用是否符合类型的要求
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– 深层问题 例：使用变量的值之前，变量是否已经初始化
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* 语法分析图
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其中方框为非终结符，圆和椭圆形为终结符。箭头指向构造流向。每个非终结符又可开始一个语法图(一条产生式规则) 。与EBNF完全对应，[ ]以'短路'绕道表示，{ }以迥环表示，小圆弧是有意义的，表示流向。有的语法图在环线上注上数字表示最多转几次。
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* 语法分析分类
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* “自顶向下” 释义则从文法的起始符开始，按可能产生的表达式寻 找语句相同的结构匹配。每一步都产生下一个可能的源符号串，找到再 往下走。
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* “由底向上”释义则相反，它先查找源代码的各个符号串，看它能 否匹配归结为产生式左边的非终结符，如果有含混则向前多读入k个符 号串，为此归约下去，一个短语一个短语，最后到达起始符号串，归约 的过程就形成了释义树。
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### 语义分析
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> 在最后再详细补充
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程序通常要在计算机上执行，因此按照程序的运行步骤或操作来说明程序设计语言是很自然的，这就是所谓的操作语义学。大多数程序设计语言的非形式化语义都是用这种方式说明的。例如 Pascal中while命令的操作语义可说明如下：
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```
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执行命令while E do C，其步骤为：
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(1) 对表达式E求值，产生一个真假值。
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(2) 如果值为true，则执行命令C，然后从(1)开始重复。
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(3) 如果值为false，终止。
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```
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* 指称语义。为每个程序短语指派一数学实体(指称)为其意义。典型情况是将其输入映射为输出的函数。例如，一个表达式的指称是将环境和存储映射为值的函数。一个命令的指称是将环境、初始存储映射为最终存储的函数。
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```
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execute 〖while E do C〗 =
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let execute-while env sto =
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let truth-value tr=evaluate〖E〗 env sto in
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if tr
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then execute-while env (execute 〖C〗 env sto)
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else sto
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in
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execute-while
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```
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* 公理语义。它只定义证明规则(公理及推理规则)，以此证明程序的某些性质。这些证明规则在某种意义上就是抽象的语义。公理语义主要用于程序验证，语言理解，语言规范/标准化等方面，对编译 、解释器的 没有直接的作用。把语言的公理描述看作是该语言的一个理论，该理论由三部分组成：
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||||
* 公理集 元语言描述的不加证明的公理集如：|- 0 succ 0 即自然数0的后继大于0是一个定理(由|-表示)也是一条公理。
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||||
* 语法规划集 以它来确定什么是合式公式。
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||||
* 推理规则集 从已确立的定理演绎新定理。
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* 代数语义。代数语义把语义模型的集合看成是一个代数结构，模型簇 对应为代数系统。
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## 5 上下文无关文法
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### 文法（Grammar）
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文法可导出该语言所有可能的句子，形式地，一个文法G是一个四元组：
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$$
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G=(S,N,T,P)
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$$
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* 其中，T是终结符号串的有限集。
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* N是非终结符号串的有限集，是文法中提供的成分概念，相当于英语动词短语、名词短语或定语从句等句子成分的符号表示。
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* T∩N = Φ，即它们是不相交的。
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||||
* S是起始符号串，S∈N。
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* P是产生式，一般形式是:α→β α，β∈(T∪N)*。“→”表示左端可推导出右端，如α→β，α→Υ，α→δ则可写为： α→β|Υ|δ
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如果产生式将语言的非终结符中的每一个标记都推得为终结符号，则这一组产生式集即为该语言的全部文法。
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### 文法的递归表示
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文法的递归表示在形式文法中是必须的。例2-1 整数的产生式表示法：
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```
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<digit>→0|1|2|3|4|5|6|7|8|9
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||||
<Integer>→<digit> 一位数字是整数
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<Integer>→<digit><digit> 两位数字也是整数
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||||
<Integer>→<digit>…<digit> n位数字也是整数
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||||
可以写成：
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||||
<Integer>→<digit>|<Integer><digit>|<digit> <Integer>
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```
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||||
> α→αβ是左递归产生式，而α→βα是右递归产生式，也叫尾递归的。不同型式的产生式决定了不同型式的文法。
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||||
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### Chomsky文法
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> 希腊字母是终结符。大写字母是非终结符。
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* **0型文法**如果对产生式α→β左端和右端不加任何限制:
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```
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||||
α∈(N∪T) ，β∈(N∪T)*
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```
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||||
这种文法对应的语言是递归可枚举语言。在编译理论中，图灵机(或双向下推机)可以识别这种语言。
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||||
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||||
* **1型文法**如果产生式形如：
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```
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||||
αAβ→αBβ α,β∈(N∪T)*， A∈N， B∈(N∪T)
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||||
```
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||||
则叫做上下文相关文法，对应的语言是上下文敏感语言。线性有界自动机可识别这种语言。（因为左端含有非终结符，每一个推导式与左右两边的非终结符有关，所以是上下文有关文法）
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||||
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||||
* **2型文法**如果产生式形如：
|
||||
```
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||||
A→α α∈ (N∪T)*， A∈N
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||||
```
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||||
左端不含终结符且只有一个非终结符。这种文法叫上下文无关文法。对应的语言即上下文无关语言。非确定下推机能识别这种语言。
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||||
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||||
* 3型文法 如果产生式形如：
|
||||
```
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||||
A→ αB|Bα α∈T*， A，B ∈N
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||||
```
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||||
左端不含终结符且只有一个非终结符。右端最多也只有一个非终结符且不在最左就在最右端。这种文法叫做正则文法，对应为正则语言。有限自动机可识别这种语言。显然，这种文法经置换可消除右端非终结符，使每一产生式均可用一终结符的正则表达式表达。
|
||||
例2-2 所有产生式的非终结符均可置换为终结符表达式。
|
||||
```
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||||
设产生式是:
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||||
N={S，R, Q}, T={a，b，c}
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||||
P={S→Ra， S→Q， R→Qb， Q→c}
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||||
则有:
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||||
S→Ra→Qba→cba|S→Q→c
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||||
R→Qb→cb
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||||
Q→c
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||||
```
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||||
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||||
### BNF和EBNF
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||||
BNF就是上下文无关文法的表示法。
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* ::= '定义为'，即产生式中的“→”符号。
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||||
* < > 表示所括符号串是非终结符号串。
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||||
* | '或者'表示左右两边符号串序列是可替换的。终结符、关键字、标点符号直接写在产生式中。
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||||
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||||
BNF示例
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```
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||||
<unsigned integer> ::= <digit>
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||||
| <unsigned integer> <digit>
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||||
<integer> ::= +<unsigned integer>
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||||
|-<unsigned integer>
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||||
|<unsigned integer>
|
||||
<identifier> ::= <letter>
|
||||
| <idenfitier> < digit>
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||||
| <identifier> <letter>
|
||||
```
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||||
|
||||
增加更多内容
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||||
* "[ ]"表示括号内的内容是可选的。
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||||
* "{ }"表示括号内的内容可重复0至多次。
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||||
* "*"是指可以重复多次。
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||||
* "+"是指可以出现多次
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||||
* "?"意思是操作符左边的符号（或括号中的一组符号）是可选项（可以出现0到多次）。
|
||||
```
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||||
<integer> ::= [ +|-]<unsigned integer>
|
||||
<identifier> ::= <letter> {<digit> | <letter>}
|
||||
<unsigned integer> ::= <digit>
|
||||
<identifier> ::= <letter> {<digit> | < letter>}*
|
||||
```
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||||
|
||||
EBNF将BNF与正则表达式结合起来
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||||
|
||||
* 其元语符号变动是： 增加[ ]、{ } 、( )(表示成组)、.(表示产生式终结)。[ ] 、{ } 意义同前，旨在消除或减少递归表达。
|
||||
* 取消非终结符的尖括号，至少是产生式左端，为此符号串中空白用'_'连接。
|
||||
* 为区别元符号和程序符号(程序中也有[ ]、 、()、.)，程序中的终结符加引号，如'('， ')'， '.'。
|
||||
|
||||
```
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||||
program ::= <program_heading> '；' <program_block> '.'.
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||||
program_heading ::= 'program' <identifier>[ '('<program_parameters> ')'].
|
||||
program_parameters ::= <identifier_list>.
|
||||
identifier_list ::= <identifier> {'，' <identifier>} .
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||||
program_block ::= <block>.
|
||||
block ::= <label_declaration_part> <constant_declaration_part>
|
||||
<type_declaration_part><variable_declaration_part>
|
||||
<procedure_and_function_declaration_part><statement_part>.
|
||||
variable_declaration_part ::= ['var' <variable_declaration> '；'
|
||||
{<variabe_declaration> '；' }].
|
||||
variable_declaration ::= <identifier_list> '；' <type_denoter>.
|
||||
statement_part ::= compound_statement.
|
||||
compound_statement ::= 'begin' <statement_sequence> 'end'.
|
||||
statement_sequence ::= <statement> {'；' <statement>}.
|
||||
statement::=[<label> '：'](<simple_statement>|<structured_statement>).
|
||||
simple_statement ::= <empty_statement> | <assignment_statement> |
|
||||
<procedure_statement> | < goto_statement>.
|
||||
structured_statement ::= <compound_statement>|<conditional_statement>
|
||||
|<repetitive_statement> | <with_statement>.
|
||||
|
||||
```
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||||
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||||
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||||
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||||
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||||
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||||
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@@ -0,0 +1,19 @@
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||||
# 过程式程序设计语言
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## 1 值与类型
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||||
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||||
### 值与类型
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||||
* 值是对事物性态的表征和度量，而表征和度量总是在某个论域的某个抽象层次上，讨论问题的抽象层次不同取值也不同。
|
||||
* 对值进行分类。每一个值都属于一个类型。
|
||||
* 主要包括以下类型：
|
||||
* 基本类型：整型实型浮点类型字符型真值型枚举型
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||||
* 以简单的基本类型可以构造结构类型：元组、数组、记录、结构、表
|
||||
* 还可进一步组合成更复杂的复合类型：串、其他专用或更复杂的类型。
|
||||
|
||||
### 字面量、变量常量
|
||||
|
||||
* 字面量也称直接量，约定它的表示(名)就是它的值，且从它的表示可以得知其类型， 如123，1.23e10，'s'，"stock"，TRUE，dec，
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* 变量是代表任何值的标识符。一旦声明该标识符是什么类型，它在程序中只可取得该类型的某个值。变量只是一个数据的名字，它的值随时可变。
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* 常量也可以是标识符。一旦某标识符声明为某类型的常量，则必须给它赋初值，且在程序中不得改变，它就成了某个值的代名词。
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