Теория и реализация языков программирования

Теория и реализация языков программирования
Читается на кафедрах	Кафедра математических основ управления

Курс «Теория и реализация языков программирования» (ТРЯП) посвящён изучению теории формальных языков (ТФЯ) и ряду её применений в программировании, из которых основное внимание уделено построению компиляторов.

О содержании курса[править | править код]

Сама теория формальных языков возникла в середине ХХ века, в том числе в связи с изучением возможностей машинного перевода с одного языка на другой, в ходе чего ещё раз была отмечена неоднозначность естественных языков (русского, немецкого, китайского и т.д.) как существенная сложность для решения этой задачи, а заодно сформулированы условия построения формальных языков, с помощью которых можно будет качественно более точно и однозначно обмениваться данными в т.ч. в технических системах.

Такие формальные языки были созданы. Среди них не только множество языков программирования, но и входные языки САПР, метаязыки описания больших данных и т.д.

ТФЯ изучает две большие задачи:

как породить (описать) всевозможные допустимые цепочки данного формального языка (к примеру, формально правильные программы языка программирования, допустимые цепочки входных данных при тестировании сложной программы, у которой достаточно часто меняются как её коды, так и, возможно, структура обрабатываемых данных, состав правильно построенной СБИС или иной сложной технической системы вплоть до самолёта, правильную молекулу или вещество (ген в молекулярной биологии, лекарственное средство, имеющее заданный набор лечебных воздействий и не имеющее известных отрицательных последствий применения, в т.ч. в различном биохимическом окружении), непротиворечивую систему законодательных актов (на уровне компании, отрасли, государства) и т.д.)
как распознать цепочки из заданного языка (синтаксически правильные программы для ЭВМ, искомые цепочки для поисковиков программ-обозревателей интернета, программы поддержки секвенирования генома (каждый ген также может быть представлен как цепочка знаков или своего рода слова из допустимого языка Природы для данного вида) и т.д.

ТРЯП на Физтехе[править | править код]

Исторически сложилось так, что на ФУПМе студентам предлагают изучать только приложения ТФЯ, связанные с программированием. Задача разработки разновидностей курса, учитывающего познавательные потребности студентов с других факультетов (прежде всего, ФРТК) не ставится, а их возможное участие в изучении курса с получением соответствующих зачётов и экзаменов затруднено (отчасти, возможно, и потому, что предлагавшийся в середине 2000-х в течение пары лет очный вариант курса по выбору для студентов иных факультетов не собирал минимально необходимого числа желающих).

Из других факультетов МФТИ подобный курс ныне читается только на ФИВТ и другой командой преподавателей (требования преподавателей ФУПМа к студентам ФИВТ в деканате последнего показались слишком строги).

В предисловии к своей известной книге А. Ахо и Дж. Ульман^[1] писали «Чтение курса по этой книге рекомендуется сопровождать лабораторными работами по программированию, в ходе которых должны быть спроектированы и реализованы какие-то части компилятора. В конце некоторых разделов книги приведены упражнения на программирование, которые можно использовать в этих лабораторных работах».

Но количество выделенных для курса часов и общая высокая учебная нагрузка на студентов по сию пору не позволяет это осуществить. В тоже время для интересующихся студентов разработан и доступен разработанный В.А. Серебряковым пакет программ к курсу ТРЯП на Java (ссылка ниже).

Основатели и первые преподаватели[править | править код]

Курс был создан среди первых факультетских курсов после образования ФУПМа руководителем лаборатории программирования (позже – одного из отделов) ВЦ АН СССР к.ф.-м.н. Владимиром Михайловичем Курочкином [1926-1999], под руководством которого были созданы компиляторы с языка «Алгол» для отечественных БЭСМ-2 и БЭСМ-6, языка «Алгамс» и проведён целый ряд других разработок в этой области, многие из которых широко и успешно использовались в нашей стране.

Среди первых преподавателей курса, известных также как авторы первого учебного пособия по ТРЯП, вышедшего в МФТИ в 1973 г. (2-е изд. – 1978 г.), проф. Л.Н. Столяров, доц. Б.Г. Сушков и чл.-корр. РАН Ю.А. Флёров. Лекции по курсу до конца 1990-х годов читал сам В.М. Курочкин. В начале 2000-х его преемником стал ученик Владимира Михайловича проф. В.А. Серебряков.

Об особенностях преподавания[править | править код]

Возникшая в середине прошлого века наука в соответствии с новыми потребностями и возможностями вычислительных техники и технологий продолжала развиваться и дальше. Это отражалось и на содержании читаемых разделов, явилось одной из причин подготовки и выпуска нового учебного пособия по ТРЯП (автор - В.А. Серебряков и др.) в 2003 г., весьма заметно отличающегося по программе от учебных пособий 1970-х годов.

За прошедшие со времени 2-го издания этого пособия (2006 г.) годы, в том числе и под влиянием знакомства с переведёнными в начале 2000-х новыми зарубежными пособиями по близким курсам, изучения представленных в сети новых научных трудов по данному направлению и опыта преподавания по новой программе, у команды преподавателей собрался материал для дальнейшего пополнения состава изучаемых алгоритмов. В связи в том числе с тем, что с начала 2000-х годов курс (в связи с уплотнением учебного графика) из годового стал семестровым, некоторые традиционные разделы курса при этом стали изучаться менее подробно, а какие-то (включая традиционные в течение многих десятилетий с основания курса НС-грамматики) вообще исключены из семестровых контрольных и экзаменов.

Также это привело и к тому, что не все разделы читаемого в настоящее время лекционного курса отражены в пособии В.А. Серебрякова и соавт. Размещение конспектов по некоторым дополнениям курса в сети см. ниже.

См. также[править | править код]

Первые преподаватели курса[править | править код]

В.М. Курочкин (о нём и его научных трудах) в Википедии
Б.Г. Сушков (о нём и его научных трудах) в Википедии

Книги и учебные пособия в сети[править | править код]

Курочкин В. М., Столяров Л. Н., Сушков Б. Г., Флёров Ю. А. Теория и реализация языков программирования: Курс лекций М., МФТИ, 1973. (2-е изд., 1978 г.) – электр. версия в сети с разреш. авторов.
Серебряков В.А., Галочкин М.П., Гончар Д.Р., Фуругян М.Г. Теория и реализация языков программирования: учеб. пос. М., МЗ-Пресс, 2003. (2-е изд., 2006 г.) – электр. версия в сети с разреш. авторов.
Мартыненко Б.К. Языки и трансляции: учеб. пос. СПб.ГУ, 2002 г. (ранее было разм. на странице автора на портале СПб.ГУ).
Шень А. Х. Программирование: теоремы и задачи. М.: МЦНМО, 2004. (разм. на портале МЦНМО с разр. автора) – здесь можно посмотреть алгоритм Кнута-Морриса-Пратта.
Задание, программа и учеб. пос. по курсу ТРЯП на портале каф. МОУ.
Материалы по ТРЯП преп. курса А.А. Рубцова
Уравнения с регулярными коэффициентами (консп. из Ахо-Ульмана, 4 с.)
Теорема Майхилла-Нероуда (необх. и дост. условие регулярности языка) консп. лекции проф. В.А. Серебрякова (2018 г.).
Пакет программ к курсу ТРЯП (В.А. Серебрякова) – пробный выпуск.

В библиотеке МФТИ[править | править код]

Ахо А., Сети Р., Ульман Дж. Компиляторы. Принципы, технологии, инструменты. М., СПб., Киев: Вильямс, 2001. (10 шт.)
Хопкрофт Дж., Мотвани Р., Ульман Дж. Введение в теорию автоматов, языков и вычислений. М.: Вильямс, 2002. (16 шт.)
Ахо А., Лам М., Сети Р., Ульман Дж. Компиляторы. Принципы, технологии и инструментарий. М., СПб., Киев: Вильямс, 2011. 1184 c. (добавлен большой раздел о параллельных методах компиляции – для семестрового курса на 2-м году обучения мало актуально, а вес большой).