Syntax und Semantik formaler Sprachen

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Syntax und Semantik formaler Sprachen
Luca Rolshoven
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Luca Rolshoven
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Question Answer
Formale Sprache Menge von Wörtern, die aus einem gegebenen Alphabet gebildet werden. Auf diesen Wörtern können Operationen definiert werden, die unter Umständen zu neuen Wörtern führen.
Syntax Legt fest, auf welche Weise die Wörter gebildet werden können und welche Operationen mit den Wörtern durchgeführt werden dürfen. Sie regelt die rein formalen Beziehungen zwischen Zeichen und Wörtern.
Semantik Interpretiert die Zeichen und Wörtern und gibt ihnen in diesem Sinn eine Bedeutung. Diese Bedeutung wird dabei durch Regeln explizit festgelegt.
Beispiele von formalen Sprachen - CPL (klassische Aussagenlogik) - FOL (Classical First Order Logic) - Übliche Programmiersprachen etc.
Verschiedene Arten von Semantik - Wahrheitsfunktionale Semantik: Bedeutung des Satzes = ist er wahr? - Algebraic Semantics: Algebraische Beschreibung von Datentypen, Programmiersprachen, Programmschritte, etc. - Denotational Semantics: Einem Programm π wird eine Funktion ⟦π⟧ als Bedeutung zugeordnet, die Inputs auf Outputs abbildet. - Operational Semantics: "Verhalten" von Systemen und Programmen, welche als Folge von einzelnen Berechnungsschritten verstanden werden, wird mathematisch beschrieben. - Axiomatic Semantics: Bedeutung Befehl = Effekt, die der Befehl auf Aussagen über Programmzustand ausübt; {A}π{B}: Gilt A vor Ausfuhrung von π, so gilt B nach Ausfuhrung von π
Ausgangsalphabet CPL Atomare Propositionen: U, V, W, U0, U1, etc Logische Konnektive: ¬,∨,∧, → Weitere Hilfsmittel: Klammern, Kommas
CPL Syntax 1. Jede atomare Propositon ist eine Formel von CPL. 2. Ist A eine Formel von CPL, so auch ¬A 3. Sind A,B Formel von CPL, so auch (A ∨ B), (A ∧ B) sowie (A → B)
Länge einer CPL-Formel Die Länge l(A) einer Formel A von CPL verstehen wir als die Anzahl der Vorkommnisse der atomaren Propositionen und logischen Konnektive in A.
CPL Semantik Wahrheitsfunktionale Semantik. Jeder Proposition wird "wahr" oder "falsch" zugeordnet (Propositionenbelegung).
Gültigkeit Eine Formel A von CPL heisst gültig, falls die Formel für alle möglichen Propositionenbelegungen wahr ist. (Auch: Tautologie)
Erfüllbarkeit Eine Formel von CPL heisst erfüllbar, falls es eine Propositionenbelegung gibt, so dass die Formel wahr ist.
Erfüllbarkeitsproblem aussagenlogischer Formeln Eines der bedeutesten ungelösten P-NP-Problemen. Kann die Erfüllbarkeit von CPL-Formeln in polynomialer Zeit getestet werden? Das Problem ist äquivalent zu einer Reihe von kombinatorischen Problemen (z.B. TSP)
Warum ist WHILE von Interesse? (die Sprache) - Einige zentrale Aspekte von Programmiersprachen lassen sich paradigmatisch diskutieren - Computationally Complete: Jedes (berechenbare) Programm kann in WHILE realisiert werden.
Ausgangsalphabet WHILE Variablen: X0, X1, X2, ... Grundzeichen: 0, S, P, ←, ≠, ; , (, ), while, do, od
Definition (Wertzuweisung) in WHILE
Für ein WHILE-Programm σ: Was bezeichnet Var(σ)? Menge aller Variablen, die in σ auftreten.
Länge eines WHILE-Programms σ
Denotationelle WHILE-Semantik
Definition (WHILE-Semantik)
Beispiel: Schleife in WHILE while X0 ≠ 0 do X0 ← S(X0) od Solange X0 nicht Null ist, erhöhe X0 um 1.
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