喬姆斯基的形式語(yǔ)言理論與計(jì)算機(jī)程序的電路控制

陳 銳

(中南大學(xué) 馬克思主義學(xué)院,長(zhǎng)沙 410083)

生成語(yǔ)法學(xué)的奠基者艾弗拉姆·諾姆·喬姆斯基(1928年12月7日—,以下簡(jiǎn)稱喬姆斯基)認(rèn)為,自然語(yǔ)言所蘊(yùn)含的遞歸性結(jié)構(gòu),可以轉(zhuǎn)換為具有一階謂詞邏輯形式的普遍語(yǔ)法,而一階謂詞邏輯也是計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的邏輯基礎(chǔ),計(jì)算機(jī)語(yǔ)言與喬姆斯基語(yǔ)言學(xué)具有完全的邏輯等價(jià)性,意味著人的認(rèn)知推理過(guò)程可以通過(guò)電子機(jī)械方式進(jìn)行自動(dòng)化表達(dá)。

一、語(yǔ)言學(xué)的升級(jí)版——一階謂詞邏輯

(一)語(yǔ)言表達(dá)數(shù)學(xué)化的嘗試

1879年,德國(guó)著名的邏輯學(xué)家弗雷格第一次用精確的句法構(gòu)造出形式化的人工語(yǔ)言,開始了將語(yǔ)言推理數(shù)學(xué)化的探索,稱為一階謂詞演算系統(tǒng),即數(shù)理邏輯中的命題演算和謂詞演算。在謂詞邏輯中,命題分解成個(gè)體詞和謂詞兩個(gè)部分。個(gè)體詞表示可以獨(dú)立存在的事或物,它的詞匯包含形式邏輯所有的符號(hào)以及變量、常量、函數(shù)、固定的符號(hào)和關(guān)系共五類符號(hào)。謂詞則用來(lái)刻畫個(gè)體的性質(zhì)、狀態(tài)或個(gè)體間的關(guān)系。

二十世紀(jì)五十年代,哲學(xué)家、當(dāng)世語(yǔ)言學(xué)泰斗、形式語(yǔ)言理論的奠基者喬姆斯基發(fā)現(xiàn),作為最為經(jīng)典的一種形式符號(hào)推理系統(tǒng),一階謂詞邏輯雖然屬于數(shù)理邏輯范疇,但利用自然語(yǔ)言的句法結(jié)構(gòu)和語(yǔ)義結(jié)構(gòu)所具有的遞歸性,通過(guò)將語(yǔ)言的短語(yǔ)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為公理系統(tǒng)的形式邏輯,同樣可以構(gòu)造出人類語(yǔ)言的普遍語(yǔ)法和形式化表征。只要能將自然語(yǔ)言系統(tǒng)改造為符號(hào)邏輯演算系統(tǒng),就可以用數(shù)學(xué)方法描述人的認(rèn)知過(guò)程,用數(shù)學(xué)符號(hào)構(gòu)造知識(shí)表達(dá)與推理的系統(tǒng)。從此,語(yǔ)言學(xué)這門傳統(tǒng)的人文學(xué)科成為一階謂詞邏輯的擴(kuò)充或歸約,具有了自然科學(xué)的屬性。

(二)喬姆斯基語(yǔ)言學(xué)與計(jì)算機(jī)程序語(yǔ)言的邏輯共性

喬姆斯基在《句法結(jié)構(gòu)》中提出了轉(zhuǎn)換生成語(yǔ)法理論,被認(rèn)為是二十世紀(jì)最偉大的語(yǔ)言學(xué)研究成果。他認(rèn)為,人類語(yǔ)言按照詞序遵循句法、句法遵循語(yǔ)法的方式建構(gòu)而成,不論是自然語(yǔ)言還是人工語(yǔ)言,所有的人類語(yǔ)言都具有共同的基本語(yǔ)法結(jié)構(gòu),深層認(rèn)知架構(gòu)中自帶轉(zhuǎn)換生成規(guī)則的語(yǔ)法,使不同語(yǔ)言的互譯成為可能。而兒童天生具有適用于所有語(yǔ)言的學(xué)習(xí)能力,這種與生俱來(lái)的能力得益于所有語(yǔ)言體系共同的深層語(yǔ)法結(jié)構(gòu),通常被稱作普遍語(yǔ)法理論。作為一種人工語(yǔ)言,計(jì)算機(jī)語(yǔ)言雖然表現(xiàn)形式與自然語(yǔ)言大相徑庭,但同樣是人類大腦智力活動(dòng)的產(chǎn)物,帶有人類認(rèn)知結(jié)構(gòu)的共同特性,因此從形式語(yǔ)言的角度來(lái)看,不同的計(jì)算機(jī)程序語(yǔ)言之間以及人工語(yǔ)言與自然語(yǔ)言之間,都具有共同的深層結(jié)構(gòu),也就是說(shuō),人機(jī)溝通以及機(jī)器與機(jī)器的溝通乃至模擬人類語(yǔ)音的人工智能遵循著同樣的語(yǔ)法規(guī)則,于是,在一階謂詞邏輯以及喬姆斯基語(yǔ)言學(xué)基礎(chǔ)上,正式誕生了龐大的計(jì)算機(jī)程序語(yǔ)言體系。

二、語(yǔ)言學(xué)、邏輯學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)的公理遞歸屬性

(一)一階謂詞的公理遞歸演繹性質(zhì)

公理化系統(tǒng)就是一個(gè)形式演繹系統(tǒng),由一組有限的公式構(gòu)成,它們由公理或是從公理推演出來(lái)的定理組成。遞歸是公理系統(tǒng)最核心的演繹方式,是指以有限數(shù)量的公理為基礎(chǔ)推演出下一級(jí)次的定理,通過(guò)不斷自我演算的方式,公理可以推導(dǎo)出無(wú)限的命題。一階謂詞邏輯的公理形式演繹體現(xiàn)在將有窮或無(wú)窮的符號(hào)集,賦值給合乎定義的有限數(shù)量的邏輯公式,得到無(wú)窮的邏輯表達(dá)式的集合,其中邏輯公式被反復(fù)調(diào)用,具有遞歸的屬性。

一階謂詞邏輯采用公理形式表現(xiàn)抽象的演繹過(guò)程,因此以一階謂詞邏輯為平臺(tái),語(yǔ)言學(xué)、邏輯學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等不同領(lǐng)域的研究者可以利用其穩(wěn)定的遞歸特性構(gòu)造不同的公理演繹系統(tǒng),這些演繹系統(tǒng)不但遵循相同的遞歸模式生成無(wú)限的語(yǔ)句和函數(shù),彼此之間也能互相轉(zhuǎn)換,應(yīng)用于不同的場(chǎng)景[1]。

(二)喬姆斯基語(yǔ)言學(xué)的公理化遞歸演繹

喬姆斯基語(yǔ)言學(xué)的主要概念和思想幾乎都來(lái)自數(shù)學(xué),其中“遞歸”是最核心的概念?！斑f歸”的數(shù)學(xué)定義是,在函數(shù)的定義中使用函數(shù)自身的方法,描述以自相似方法重復(fù)事物的過(guò)程。在喬姆斯基理論中,遞歸指一個(gè)短語(yǔ)規(guī)則在生成句子的過(guò)程中無(wú)限制地重復(fù)使用。十九世紀(jì)的德國(guó)哲學(xué)家洪堡指出語(yǔ)言具有遞歸的演繹特征,即“把有限的手段作無(wú)限的使用”。從有限數(shù)量的詞匯中,以遞歸方式應(yīng)用語(yǔ)法規(guī)則,可以得到任意數(shù)量、任意長(zhǎng)度的句子。喬姆斯基深受數(shù)學(xué)形式主義學(xué)派的影響,力圖為語(yǔ)言建立一個(gè)永恒正確的模型,其畢生精力致力于把數(shù)學(xué)形式結(jié)構(gòu)移植到語(yǔ)言學(xué),以實(shí)現(xiàn)其語(yǔ)言公理化的理想。在《句法結(jié)構(gòu)》一書中,喬姆斯基將人類千差萬(wàn)別的語(yǔ)言提煉出一套普遍語(yǔ)法,這是一個(gè)排除現(xiàn)實(shí)具體意義的純形式系統(tǒng),其核心運(yùn)行機(jī)制就是運(yùn)用一套具有公理演繹特性的形式化語(yǔ)法規(guī)則推導(dǎo)出自然語(yǔ)言的邏輯結(jié)構(gòu),最后生成無(wú)限的句子集合[2]。喬姆斯基認(rèn)為,普遍語(yǔ)法的生成時(shí)間先于兒童習(xí)得母語(yǔ),即這套元規(guī)則本自具足于大腦的生物結(jié)構(gòu)之中,兒童習(xí)得母語(yǔ)或外語(yǔ)的過(guò)程,都是把該語(yǔ)言的具體符號(hào)代入這套早已準(zhǔn)備好的語(yǔ)言自動(dòng)機(jī),自動(dòng)機(jī)對(duì)語(yǔ)言材料的處理過(guò)程是,先為語(yǔ)言學(xué)建立一套有限的短語(yǔ)結(jié)構(gòu),再設(shè)立一套規(guī)則,最后生成出所有該語(yǔ)言合乎語(yǔ)法的句子,并根據(jù)形式系統(tǒng)的篩選,自動(dòng)排除掉所有不合語(yǔ)法的句子。

喬姆斯基短語(yǔ)結(jié)構(gòu)的遞歸性具體演示如下。所有的句子的深層結(jié)構(gòu)都由名詞短語(yǔ)NP和動(dòng)詞短語(yǔ)VP構(gòu)成,名詞短語(yǔ)NP一般是由名詞N加一個(gè)介詞短語(yǔ)Det構(gòu)成,動(dòng)詞短語(yǔ)則由名詞短語(yǔ)NP加一個(gè)動(dòng)詞V構(gòu)成,其遞歸特性可以逐層分解為:(1)S=NP+VP;(2)NP=Det+N;(3)VP=V+NP,S=NP+V+NP。我們發(fā)現(xiàn),名詞短語(yǔ)NP在深層結(jié)構(gòu)中重復(fù)出現(xiàn),構(gòu)成遞歸過(guò)程的核心要素,這個(gè)無(wú)限的遞歸過(guò)程就是語(yǔ)言遞歸性的體現(xiàn)?？梢?jiàn),短語(yǔ)結(jié)構(gòu)語(yǔ)法與公理系統(tǒng)十分相似,可以說(shuō),轉(zhuǎn)換生成語(yǔ)法的短語(yǔ)結(jié)構(gòu)充分體現(xiàn)了語(yǔ)言的遞歸原理的公理特性,體現(xiàn)了遞歸原理的公理化方法來(lái)描述自然語(yǔ)言的語(yǔ)法[3]。

圖1 短語(yǔ)結(jié)構(gòu)語(yǔ)法層次圖

(三)計(jì)算機(jī)程序語(yǔ)言的遞歸推演

如前所述,遞歸性是一階邏輯、自然語(yǔ)言的根本性質(zhì)之一,因此同樣也是程序語(yǔ)言的重要構(gòu)造形式。遞歸算法將許多復(fù)雜的問(wèn)題分解為規(guī)模較小的子問(wèn)題,通過(guò)直接或間接地不斷重復(fù)自我調(diào)用,不斷逼近臨界值,達(dá)到臨界值后,便跳出遞歸循環(huán),結(jié)束整個(gè)遞歸算法的操作。如1+2+3……+n的運(yùn)算程序,實(shí)際就是n次重復(fù)調(diào)用i=i+1以及sum=sum+i兩個(gè)函數(shù)得到結(jié)果。遞歸程序如果用“樹”型圖表示,可更直觀地看到,其與喬姆斯基短語(yǔ)結(jié)構(gòu)的語(yǔ)法層次結(jié)構(gòu)圖相似的遞歸特性[4]。

“樹”作為計(jì)算機(jī)的一種基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),是由n個(gè)有限節(jié)點(diǎn)組成一個(gè)具有層次關(guān)系的有限集合,“樹”有且只有一個(gè)根,除根外其余結(jié)點(diǎn)互不相交,里面每一個(gè)節(jié)點(diǎn)具有相同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),都是由起始節(jié)點(diǎn)開始,往下延伸的每個(gè)分支節(jié)點(diǎn)代表一個(gè)推理步驟,上下節(jié)點(diǎn)之間是“一對(duì)多”的遞歸關(guān)系,每一步先在上一層節(jié)點(diǎn)中進(jìn)行遞歸搜索,如果沒(méi)有滿足結(jié)束條件,就一層層往下延伸,不斷直接或間接地進(jìn)行自我的調(diào)用[5]。計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的遞歸結(jié)構(gòu)會(huì)以樹狀圖或堆棧圖的形式呈現(xiàn)。無(wú)論采用哪種形式,基本的結(jié)構(gòu)都是相同的:一個(gè)數(shù)據(jù)元素引用了同類型的其他元素。這種結(jié)構(gòu)可以繼續(xù)下去,形成更深的層級(jí)。每個(gè)層級(jí)都可以有它的子層級(jí),而這些子層級(jí)又可以有自己的子層級(jí),以此類推。

圖2 數(shù)據(jù)遞歸結(jié)構(gòu)圖

如圖2所示,根節(jié)點(diǎn)是數(shù)據(jù)的最初或最高級(jí)別,在許多情況下,根節(jié)點(diǎn)可能代表一個(gè)數(shù)據(jù)集或一組數(shù)據(jù)的總體。在子節(jié)點(diǎn)這個(gè)層級(jí),我們開始看到數(shù)據(jù)的子集或更具體的分類,在上面的例子中,A和B是根節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)。孫子節(jié)點(diǎn)是子節(jié)點(diǎn)的進(jìn)一步細(xì)分,例如,A1和A2是A的子節(jié)點(diǎn),然后A1a、A1b、A2a、A2b是A1和A2的子節(jié)點(diǎn);同樣,B1、B2是B的子節(jié)點(diǎn),然后B1a、B1b、B2a、B2b是B1和B2的子節(jié)點(diǎn)。這個(gè)結(jié)構(gòu)可以繼續(xù)下去,形成更深的層級(jí)。這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通常用于表示具有層次關(guān)系的數(shù)據(jù)。

最后,程序語(yǔ)言的遞歸性是由計(jì)算機(jī)芯片電路的遞歸性決定的。1938年,現(xiàn)代信息論創(chuàng)始人香農(nóng)利用布爾代數(shù)的“邏輯乘”“邏輯加”和“邏輯非”的運(yùn)算法則將電子元件組成“與”“或”“非”三種“門電路”模塊,這三種最基本的布爾邏輯電路以遞歸式的重復(fù)嵌套方式,構(gòu)成了計(jì)算機(jī)的硬件基礎(chǔ)——集成電路。所以,程序語(yǔ)言結(jié)構(gòu)與芯片電路設(shè)計(jì)的遞歸布局具有邏輯同一性。

三、計(jì)算機(jī)程序語(yǔ)言與喬姆斯基形式語(yǔ)言的數(shù)理邏輯表達(dá)

(一)一階邏輯構(gòu)造計(jì)算機(jī)程序語(yǔ)言

一階謂詞邏輯所構(gòu)建的形式語(yǔ)言是一組數(shù)學(xué)符號(hào)和規(guī)則來(lái)描述的語(yǔ)言。任何一種語(yǔ)言都是由該語(yǔ)言的字母表及其他基本符號(hào)所組成的滿足一定規(guī)則的符號(hào)串的集合。弗雷格認(rèn)為,數(shù)學(xué)的自然數(shù)可以用純邏輯的術(shù)語(yǔ)來(lái)定義,因此所有數(shù)學(xué)公式都可以轉(zhuǎn)化為一種純粹邏輯的體系,用邏輯導(dǎo)出它們的性質(zhì)。例如4這個(gè)自然數(shù)可以定義為所有元素?cái)?shù)為4的集合,意思是說(shuō),4這個(gè)數(shù)字既可以定義為不可分解的終結(jié)符號(hào),也可以定義為一個(gè)可分解的非終結(jié)符。這個(gè)偉大的創(chuàng)見(jiàn)深刻地揭示了邏輯學(xué)、數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)的內(nèi)在聯(lián)系,使得通過(guò)機(jī)械電子設(shè)備進(jìn)行邏輯推理的自動(dòng)化演算成為可能,它是計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的前身,拉開了計(jì)算機(jī)模擬人類理性思維過(guò)程的序幕。

所謂計(jì)算機(jī)程序,就是一個(gè)動(dòng)作執(zhí)行過(guò)程,由數(shù)據(jù)和指令(或算法)兩部分構(gòu)成,主要作用是告訴計(jì)算機(jī)在何時(shí)何地對(duì)什么數(shù)據(jù)做什么操作。何時(shí),就是指令執(zhí)行序列;何地,就是數(shù)據(jù)所在的內(nèi)存地址以及操作所占用的內(nèi)存地址,換句話說(shuō),大部分程序的工作就是對(duì)內(nèi)存中的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作[5]。

所謂計(jì)算機(jī)程序語(yǔ)言是指計(jì)算機(jī)能夠接收和處理的、具有一定語(yǔ)法規(guī)則的語(yǔ)言。人們指揮計(jì)算機(jī)完成某個(gè)任務(wù),程序語(yǔ)言擔(dān)負(fù)著人與計(jì)算機(jī)之間的溝通任務(wù)。這個(gè)語(yǔ)言是人機(jī)都能“讀懂”的語(yǔ)言,所謂機(jī)器“讀懂”,就是指程序語(yǔ)言符合芯片電路設(shè)計(jì)的布爾代數(shù)邏輯,布爾代數(shù)是計(jì)算機(jī)內(nèi)部運(yùn)算的邏輯基礎(chǔ)。布爾代數(shù)邏輯又與一階謂詞邏輯相兼容,所以計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言和邏輯學(xué)有著本質(zhì)的聯(lián)系。計(jì)算機(jī)程序語(yǔ)言的發(fā)展分為機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言三個(gè)階段。比如,計(jì)算機(jī)程序語(yǔ)句“如果x是數(shù)學(xué)家,那么他必定是教授”?？梢赞D(zhuǎn)換為一階邏輯表達(dá)式:?x(Math(x))→Prof(x)。箭頭“→”代表“如果,那么”(if…then…)的意思,“如果……,那么……”是邏輯學(xué)最基礎(chǔ)的邏輯關(guān)系,也是程序語(yǔ)言三大結(jié)構(gòu):順序結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)的核心表達(dá)。

(二)喬姆斯基形式語(yǔ)言的數(shù)理邏輯化表達(dá)

喬姆斯基的短語(yǔ)結(jié)構(gòu)文法的具體表達(dá),首先是將語(yǔ)言系統(tǒng)定義一個(gè)四元組G=(VN,VT,S,P),其中VN是非終結(jié)符號(hào)的集合,VT是終結(jié)符號(hào)的集合,S是初始符號(hào),P是規(guī)則集合。非終結(jié)符號(hào),非終結(jié)符是一個(gè)類或集合的記號(hào),可理解為一個(gè)可拆分的元素,所以也叫語(yǔ)法變量或語(yǔ)法范疇。與之相反,終結(jié)符號(hào)不代表類,而是一個(gè)個(gè)體記號(hào),是不可拆分的最小元素,所以是指組成語(yǔ)言的不可再分的基本符號(hào)。符號(hào)串則是由終結(jié)符號(hào)和非終結(jié)符號(hào)組成的任何有窮序列,俗稱句子。如果P的規(guī)則形式為A→β,A∈VN,A是非終結(jié)符號(hào)中非空的符號(hào)串,β∈(VN∪VT)*,β是包含終結(jié)符號(hào)與非終結(jié)符號(hào)的符號(hào)串。這個(gè)規(guī)則表示,如果存在一個(gè)符號(hào)串A,那么它可以被替換為符號(hào)串β,也就是一個(gè)函數(shù)可以表達(dá)為任意一句符合規(guī)則的句子,此文法被稱作上下文無(wú)關(guān)文法,或稱2型文法[6]。

四、喬姆斯基形式系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)程序范式系統(tǒng)如何相互轉(zhuǎn)換

(一)計(jì)算機(jī)程序語(yǔ)言與形式語(yǔ)言的推理形式互換

正因?yàn)楣餐墓砘f歸演繹性質(zhì),喬姆斯基形式語(yǔ)言理論直接促進(jìn)了計(jì)算機(jī)程序語(yǔ)言的公理化進(jìn)程,語(yǔ)言學(xué)與計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)獲得同等的表達(dá)效應(yīng)。這個(gè)計(jì)算機(jī)程序語(yǔ)言的形式文法描述就是著名的巴科斯—諾爾范式(也稱為巴科斯—瑙爾范式),簡(jiǎn)稱BNF。這個(gè)由美國(guó)人巴科斯和丹麥人諾爾命名的形式語(yǔ)法體系是一種程序元語(yǔ)言體系,如今的計(jì)算機(jī)各種高級(jí)程序語(yǔ)言都遵循這一語(yǔ)法范式[7]。

計(jì)算機(jī)科學(xué)家已經(jīng)證明,巴科斯—諾爾范式等價(jià)于喬姆斯基的2型文法。比如程序if…else…語(yǔ)句的合法性,用2型語(yǔ)法推理如下:(1)if…else…語(yǔ)句的語(yǔ)法規(guī)則是,if之后可以跟著else,也可以不跟else,但else前面必須有if;(2)換算為喬姆斯基形式語(yǔ)言推理形式,用i代表if,e代表else,那么if…else…語(yǔ)句的形式文法規(guī)則是:S→SS|iS|iSeS|ε;(3)據(jù)此推斷ieie、iie、iieie都是合法句子,因?yàn)閑前面都有i,而ieei則是不合法句子,因?yàn)閑前面有e[8]。

(二)計(jì)算機(jī)形式文法與喬姆斯基形式語(yǔ)言的文法規(guī)則互換

BNF語(yǔ)法規(guī)則同樣可以用喬姆斯基轉(zhuǎn)換生成語(yǔ)法的形式表達(dá),比如喬姆斯基短語(yǔ)結(jié)構(gòu)四元組分為初始符號(hào)、終結(jié)符、非終結(jié)符和規(guī)則集合四個(gè)元素,在巴科斯—諾爾范式中,初始符號(hào)就是設(shè)定一個(gè)程序語(yǔ)句的開始狀態(tài);終結(jié)符是不可再分的字母、單詞符號(hào)、數(shù)字、界符等;非終結(jié)符可以看成是程序標(biāo)識(shí)符或程序語(yǔ)句結(jié)構(gòu)等等語(yǔ)法范疇,例如,“算術(shù)表達(dá)式”這個(gè)非終結(jié)符代表某種算術(shù)式組成的類。

喬姆斯基的形式語(yǔ)言理論在被稱作“伽利略式的語(yǔ)言革命”。計(jì)算機(jī)科學(xué)家經(jīng)過(guò)多重論證已經(jīng)確定,喬姆斯基形式語(yǔ)言與計(jì)算機(jī)的自動(dòng)機(jī)理論具有等價(jià)性,喬姆斯基總共發(fā)現(xiàn)了四型文法,皆與四種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言自動(dòng)機(jī)相對(duì)應(yīng)。四種文法所產(chǎn)生的語(yǔ)言分別被計(jì)算機(jī)的四種語(yǔ)言自動(dòng)機(jī)所接受和識(shí)別,既能描述自然語(yǔ)言,也能描述程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。如前所述,計(jì)算機(jī)程序語(yǔ)言的形式文法(巴科斯—諾爾范式)等價(jià)于喬姆斯基的2型文法,而喬姆斯基的3型文法,或稱正規(guī)文法,已被應(yīng)用在人工智能的自動(dòng)翻譯、語(yǔ)言識(shí)別等領(lǐng)域,因此喬姆斯基的4種類型文法被計(jì)算機(jī)科學(xué)界稱作喬姆斯基分類[9]。

五、程序語(yǔ)言如何控制芯片電路

如前所述,由于計(jì)算機(jī)程序語(yǔ)言的公理特性,使得計(jì)算機(jī)從機(jī)器語(yǔ)言、低級(jí)語(yǔ)言到高級(jí)語(yǔ)言在邏輯上皆具等價(jià)性,能夠互相轉(zhuǎn)譯,我們把這種互譯稱為編譯。計(jì)算機(jī)的功能由數(shù)據(jù)和控制兩部分構(gòu)成,這些功能的實(shí)現(xiàn)都要使用“0”“1”二進(jìn)制數(shù)表示,所以在所有的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中,只有由“0”“1”組成的機(jī)器語(yǔ)言被計(jì)算機(jī)芯片直接理解和執(zhí)行,其他程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編寫的程序叫做源程序,機(jī)器語(yǔ)言程序稱為目標(biāo)代碼[10]。

根據(jù)喬姆斯基的形式語(yǔ)法理論原理,源程序和目標(biāo)程序在語(yǔ)法邏輯上是等價(jià)的。為了不讓a、b、c、d、A、B、C、D這些大小寫字母以及各種常用的符號(hào)在轉(zhuǎn)換為“0”“1”過(guò)程中各自編碼產(chǎn)生混亂,美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化組織出臺(tái)了ASCII編碼,使用相同的編碼規(guī)則,統(tǒng)一規(guī)定了哪些符號(hào)對(duì)應(yīng)哪些二進(jìn)制數(shù)。比如加號(hào)“+”的ASCII碼可以表達(dá)為二進(jìn)制“0010 1011”的形式。

在計(jì)算機(jī)芯片運(yùn)行過(guò)程中,電路開關(guān)的通斷是基礎(chǔ)。芯片是由幾十億到幾百億的晶體管嵌套組合而成,所有的操作最終還原為一個(gè)晶體管的通或者斷,所以ASCII碼“1”“0”兩個(gè)符號(hào)所表征的最終物理形式就是有序的電壓的高低,稱為高電平和低電平。高電平表示打開電路,低電平表示關(guān)閉電路,也可以反過(guò)來(lái)設(shè)計(jì),低電平表示打開電路,高電平表示關(guān)閉電路。

所謂計(jì)算機(jī)語(yǔ)言“指令”,就是某個(gè)代表一定控制命令的機(jī)器代碼,以“0”“1”的方式激活芯片內(nèi)部一堆“開關(guān)”的狀態(tài),高電平“開”、低電平“關(guān)”,或者低電平“開”、高電平“關(guān)”,這一堆高低電平的最終組合就叫“輸出”,其正好與“指令”所期待的演算結(jié)果相一致?？傊?從FORTRAN、COBOL、LISP等高級(jí)語(yǔ)言轉(zhuǎn)譯匯編語(yǔ)言,再到機(jī)器語(yǔ)言直到還原為高低電壓的有序變化,這是一個(gè)層層轉(zhuǎn)換模擬的過(guò)程,所有的程序語(yǔ)言最終都將在芯片電路中還原為高電平或低電平兩種通斷信號(hào),最終呈現(xiàn)為計(jì)算機(jī)屏幕中的圖像。

六、物質(zhì)與意識(shí)的辯證統(tǒng)一

語(yǔ)言是思想政治教育的主要工具和強(qiáng)力支撐,是思想意識(shí)表達(dá)的物質(zhì)外殼,正確的意識(shí)離不開準(zhǔn)確的語(yǔ)言表達(dá)[11]。辯證唯物主義認(rèn)為,世界的本原是物質(zhì),物質(zhì)是不依賴于人的意識(shí)并能為人的意識(shí)所反映的客觀實(shí)在。物質(zhì)決定意識(shí),意識(shí)是對(duì)物質(zhì)的反映。同時(shí),意識(shí)對(duì)物質(zhì)具有能動(dòng)作用。也就是說(shuō),意識(shí)能夠正確反映客觀事物,在此基礎(chǔ)上,意識(shí)能夠反作用于客觀事物。正確的意識(shí)對(duì)客觀事物的發(fā)展具有促進(jìn)作用,錯(cuò)誤的意識(shí)對(duì)事物的發(fā)展起阻礙作用[12]。

計(jì)算機(jī)科學(xué)的奠基人圖靈設(shè)計(jì)了一臺(tái)可以在一套普遍語(yǔ)法規(guī)則之下運(yùn)行所有計(jì)算機(jī)程序的機(jī)器,這臺(tái)機(jī)器被稱作圖靈通用機(jī),其設(shè)計(jì)主旨與喬姆斯基形式語(yǔ)言有著異曲同工之妙,他們共同為人工智能的語(yǔ)言模擬乃至語(yǔ)言創(chuàng)造指明了理論方向。因此,計(jì)算機(jī)程序語(yǔ)言是人的意識(shí)能動(dòng)性的一種特殊表現(xiàn),反映了正確的人類意識(shí)對(duì)于物質(zhì)世界的反作用。雖然語(yǔ)言改變了物質(zhì)電路,但語(yǔ)言不能決定物質(zhì)。計(jì)算機(jī)的本質(zhì)是將意識(shí)器官的部分功能電子化、自動(dòng)化,通過(guò)操控物理機(jī)器中的電子變化模擬大腦的思維過(guò)程,語(yǔ)言代碼實(shí)質(zhì)上是對(duì)計(jì)算機(jī)芯片電路的映射,電路電壓的有序變化才是控制過(guò)程的物質(zhì)真相。所以意識(shí)的本質(zhì)是對(duì)物質(zhì)世界的反映,物質(zhì)對(duì)意識(shí)具有決定作用,物質(zhì)與意識(shí)是辯證統(tǒng)一的關(guān)系。