計算機科學中的邏輯應用研究

劉榜銘，張儒良

（貴州民族大學 人文科技學院，貴州 貴陽 550000）

計算機科學中的邏輯應用研究

劉榜銘，張儒良

（貴州民族大學 人文科技學院，貴州 貴陽 550000）

本文主要從橫向和縱向兩大方面對計算機科學中邏輯學的應用進行探討，首先是橫向上，邏輯學在計算機硬件設計和軟件處理方面獲得了廣泛應用，其次是縱向上，計算機的產(chǎn)生和發(fā)展中邏輯學起到了重要的奠基和推動作用.同時針對計算機智能化革命中出現(xiàn)的邏輯問題進行探討和總結(jié)，以期為相關(guān)領域的研究提供借鑒和參考.

計算機；計算機科學；邏輯學

現(xiàn)代社會科技發(fā)展日新月異，邏輯推理在計算機中得到廣泛的應用，而相應的可用于復雜系統(tǒng)的邏輯推理在也逐漸被探究發(fā)現(xiàn).為了研究計算機領域中需要突破和解決的關(guān)鍵性問題，對邏輯學的探究分析是計算機科學發(fā)展過程中的必經(jīng)之路，邏輯學促使計算機科學不斷更新發(fā)展，而計算機科學的發(fā)展需要又對邏輯學的發(fā)展起到了帶動作用.縱觀計算機科學的整體發(fā)展，已達到一個更高、更寬的層面，計算機科學在某種意義上看，更像是一種以科學的理論和工具作為依靠的哲學.

1 邏輯學在計算機電路設計中的應用

1.1 計算機中硬件的邏輯基礎

1.1.1 組合邏輯和時序邏輯

根據(jù)數(shù)字電路不同的邏輯功能，可以將其分為兩種類型，一為組合邏輯，二是時序邏輯.兩種都是以數(shù)理邏輯的命題演算作為基礎的，其中組合邏輯電路的輸出只受到即刻輸入的影響，而與電路本來的狀態(tài)無關(guān)；時序邏輯的輸出則受當前的輸入信號和原來的狀態(tài)所影響，這意味著其具有記憶的功能，因此在檢修時的難度也要更大一些.觸發(fā)器、計數(shù)器、寄存器等都是比較多見的時序邏輯電路.

1.1.2 控制邏輯

數(shù)字邏輯部件的設計由組合邏輯和時序邏輯完成之后，還要進行數(shù)據(jù)通路的設計，利用硬件描述語言使指令系統(tǒng)的子集和計算機功能部件的對應工作得以完成，這樣，計算機硬件功能性的核心部分才能完成，還要保證能進行簡單的匯編程序，這其中起到控制作用的就是控制邏輯.因此，數(shù)理邏輯的命題演算在計算機中起到的基礎作用不容忽視.

2 邏輯在計算機語言中的應用

2.1 計算機語言的邏輯性

2.1.1 計算機語言的計算特征

計算機語言是一種為了方便機器運算而設計的算法語言,具有算術(shù)指令性，雖然人類語言更為復雜，但兩者具有相通性，計算機語言一定程度上反映了人類思維邏輯特點.

計算機語言是人與計算機之間傳遞信息的媒介.在某種意義上來說，計算機語言也可以算是語用語言.無數(shù)個語用語句組成的有序集合就是計算機程序，因此計算機程序也具有非常顯著的語用邏輯特征.任何語言的核心都是邏輯，因而要想進行計算機的編程，就必須具有很好的邏輯思維，其工作人員需要進行相關(guān)的邏輯思維訓練.

2.1.2 計算機語言所具有的語用邏輯特點

計算機語言與語境之間的關(guān)聯(lián)性比較密切，可以說即使計算機語言是同一條，但是如果是在不同的計算機語言環(huán)境中，那么其含義也是具有一定差異性的.此外，計算機語言中的語用力量的體現(xiàn)也是具有一定特點的，其體現(xiàn)需要借助于計算機中的命令和函數(shù)（命令、函數(shù)均為語用動詞）.倘若以語用邏輯角度對計算機語言加以理解，可以將其分為句法、語義.一般情況下，計算機語言的編譯程序的應用可以將存在的語法錯誤檢查出來.不過，如果存在的錯誤是語義錯誤，則很難將其檢查出來.對于計算機程序中的錯誤檢查，可以對計算機程序的語用邏輯特征加以分析和利用.

3 計算機程序中的邏輯應用

3.1 程序邏輯模型的設想

3.1.1 西方程序邏輯模型所具有的不足

西方編制的程序主要存在的不足為尚未配備完善的自我邏輯驗證功能和糾錯的功能.倘若微軟的操作系統(tǒng)配備了完善的自我邏輯驗證功能和糾錯的功能，就可以避免進行系統(tǒng)備份、系統(tǒng)還原了.

3.1.2 中國最早的程序邏輯模型

中國在很早就有諸如“皇極經(jīng)世”等這樣的發(fā)散式系統(tǒng)閉環(huán)程序邏輯模型，雖然其被認為是封建迷信，但是其所具有的預測功能還是值得肯定的.其實，CPU并不是阻礙我國信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵所在，程序邏輯語言的設計才是中國信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“攔路虎”.之所以這樣說，是因為CPU的核心歸根結(jié)底就是程序邏輯，倘若具有良好的程序邏輯的編制能力，則可以在CPU的設計與晶體的布設上取得更大的進步.

3.1.3 加強中國程序邏輯模型發(fā)展的重要性

程序邏輯編制之后才需要進行CPU的設計工作.倘若程序邏輯的編制工作做好了，則可以使功能擴展緩慢的問題得到很好的解決.再者，倘若可以成功發(fā)展發(fā)散式系統(tǒng)閉環(huán)程序邏輯模型，則不會再讓病毒有侵入計算機的可能性.因為，不同于現(xiàn)在世界上存在的程序邏輯，這個程序邏輯是獨具特色的，在整個程序運行過程中不僅僅可以進行自我驗證，還可以進行自我糾錯.此外，雖然當前的操作系統(tǒng)可以實現(xiàn)同步互動這個目標，不過，程序邏輯的反向運行這種能力仍舊未能完美具備.而中國未來的程序邏輯代碼則不僅僅可以實現(xiàn)同步互動這個目標，還可以使同步異動的目標實現(xiàn)，且不管是在同步互動過程中，還是在同步異動過程中，程序邏輯均具有反向運行這種能力.我們可以將這樣的程序邏輯稱作混沌式發(fā)散系統(tǒng)閉環(huán)程序邏輯.其實也就是說，經(jīng)過人工編寫得出的程序邏輯將和人類一樣具有思維能力，能夠和人類進行思維的同步互動.

4 計算機智能化革命中的邏輯應用

4.1 計算機智能化革命中的瓶頸問題

4.1.1 不確定信息的處理

不管是真實性，還是準確性，都是演繹和歸納推理假設的前提條件.不過，多數(shù)情況下，應用于日常實際生活中的信息均具有不確定性.通過不斷的研究和創(chuàng)新，數(shù)值方法這種方法經(jīng)由人工智能技術(shù)得以發(fā)明出來，由此可以對不確定性的信息進行處理.貝葉斯方法、不確定性因子法等均是當前廣泛應用和認可的數(shù)值方法.其中的任何方法都和概率存在著一定的關(guān)聯(lián)性.數(shù)值方法中的貝葉斯方法所具有的數(shù)學特性是很好的，且具有一定的公理基礎，如果證據(jù)處于彼此獨立的狀態(tài)，則計算的復雜度處于低水平狀態(tài)；如果證據(jù)處于不相互獨立的狀態(tài)，則計算的復雜度處于高水平狀態(tài).不過，值得注意的是，在確定先驗概率上還是存在一定困難的.

扎德于1978年，將可能性理論提出，并用模糊性對不確定性信息加以表示.值得注意的是，模糊性與隨機性還是存在一定差異性的，不是相同的.后來，某些研究人員、學者又對模糊邏輯進行了單獨的發(fā)展.模糊邏輯指的就是對不具有精確性、不是定量的語詞加以運用，在對事物整體特征、最為突出的矛盾加以把握的基礎上，判斷事物所具有的性質(zhì)，判斷事物的發(fā)展變化，其屬于非標準邏輯的一種.在邏輯學中，有必要進一步加強研究模糊邏輯，以為計算機的智能化革命奠定基礎.在其不斷發(fā)展的背景下，人工智能必然取得新的進展，必然得到更大的碩果，將對人工智能和計算機等學科的發(fā)展起到更加積極的促進作用.

4.1.2 不完全信息的處理

一般情況下，如果知識庫是由常識性的知識構(gòu)造的，則所呈現(xiàn)出的往往不具有協(xié)調(diào)性，還有包含矛盾的可能性.不過，我們對此沒有太大的要求，僅要求所存在的矛盾不對正常的推理造成影響即可.此外，常識推理被看做是非單調(diào)邏輯的一種，倘若信息不具有完全性，在所獲得的信息更具有完全性后，就會將之前所推導出的結(jié)論推翻掉.常識推理也常常被稱作容錯推理，即哪怕存在錯誤知識，推理也是可以進行的.以往存在的經(jīng)典邏輯具有單調(diào)性，只要是矛盾，均不允許其存在，被看做是具有嚴密性的公理系統(tǒng)和推理系統(tǒng)之一.故其對常識性的推理無法進行處理.

通過長時間的研究，已經(jīng)可以在非經(jīng)典邏輯上取得像麥卡錫的限制理論和賴特的缺省邏輯等這樣的成果.此外，信念修正理論也是用來對非單調(diào)推理進行研究的，不過其側(cè)重點還是研究，屬于在所提供的信息和存在于知識庫中的信息發(fā)生沖突的時候，需要更新?lián)Q代和改造現(xiàn)有的知識庫中的知識這方面的理論.

4.2 未來計算機的發(fā)展展望

以往所應用的信息處理系統(tǒng)僅僅可以對某個清晰的且有組織的數(shù)據(jù)進行處理，而第六代計算機的應用，則可以發(fā)揮和人大腦類似的功能，可以對零碎、模糊的信息進行處理，可以使處理信息的靈活性得到大幅度提高.此外，第六代計算機的應用，可以對對象的性質(zhì)加以判斷，且做出對應的處理，能夠?qū)崟r改變的龐大數(shù)據(jù)進行處理，其所具有的優(yōu)勢遠遠大于以邏輯處理為主的第五代計算機.

計算機在人工智能領域中神經(jīng)網(wǎng)絡的研究中取得的結(jié)果都對第六代計算機應用所具有的優(yōu)勢和所取得的進步起著積極的促進作用.值得注意的是，神經(jīng)網(wǎng)絡的研究的基礎其實就是邏輯和神經(jīng)科學.再者，我們利用對腦的外部反應的把握，能夠?qū)θ祟惖母鞣N感覺加以模仿，這樣不但結(jié)合了認知科學，還結(jié)合了神經(jīng)科學、邏輯推理的方法，進而可以使計算機模擬人腦反應的過程.這樣的技術(shù)和研究成果不僅僅可以應用于高精尖的科學研究中，還將在未來在我們的日常生活中被廣泛應用.

總之，不管是計算機在發(fā)展中遇到的頸瓶，還是在智能化革命中遇到的頸瓶，其突破均需要借助于邏輯學的發(fā)展和突破，因此，研究邏輯學在計算機科學中的應用所具有的意義不僅僅具有現(xiàn)實性，還具有戰(zhàn)略性，應當對此給予高度的重視.

〔1〕恩德滕.數(shù)理邏輯[M].北京：人民郵電出版社，2007.

〔2〕金聰.人工智能教程[M].北京：清華大學出版社2007.

〔3〕羅索，諾維格.人工智能：一種現(xiàn)代的方法[M].北京：清華大學出版社，2006.

〔4〕史忠植.高級人工智能[M].北京：科學出版社，2006.

TP3；TP18

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2017-07-22