Automata, Languages and Programming pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Matias, Yossi 编

出品人:

页数:789

译者:

出版时间:2009-08-11

价格:USD 129.00

装帧:Paperback

isbn号码:9783642029264

丛书系列:

图书标签:

• 自动机
• 形式语言
• 编程理论
• 计算理论
• 离散数学
• 编译原理
• 算法
• 数据结构
• 计算机科学
• 理论计算机科学

《Automata, Languages and Programming》：通往计算理论的殿堂 这是一部深入探索计算科学基石的著作，它犹如一把精密的钥匙，开启了理解计算机如何工作、信息如何处理以及编程语言如何构建的神秘之门。本书并非一本简单的入门指南，而是为那些渴望掌握计算世界底层逻辑的求知者量身打造的深度解析。从最基础的抽象机器模型，到描述语言的严谨形式化工具，再到编程语言设计的哲学与实践，本书层层递进，将抽象的概念具象化，将复杂的理论清晰化，带领读者一步步构建起对计算科学宏观而精微的认知体系。 第一部分：自动机理论——计算的本质与边界 本书的开篇，便将我们引入了自动机理论的核心。自动机，作为一种抽象的计算模型，构成了我们理解计算能力极限的基石。我们从最简单的有限自动机（Finite Automata, FA）开始，它们以其有限的状态和转移规则，能够识别一系列具有特定模式的字符串。这里，我们将详细探讨确定性有限自动机（DFA）和非确定性有限自动机（NFA）的等价性，理解为何非确定性在能力上并不比确定性更强，以及如何有效地将NFA转换为等价的DFA。我们将深入分析有限自动机的应用，例如在文本搜索、词法分析等领域，体会其简洁而强大的力量。 继而，本书将笔锋转向了更具表现力的下推自动机（Pushdown Automata, PDA）。PDA在有限自动机的基础上增加了一个栈（stack）结构，这使得它们能够处理比正则语言更复杂的语言，如上下文无关语言。我们将详细阐述PDA的构成要素，包括状态、输入符号、栈符号以及转移函数，并深入分析确定性下推自动机（DPDA）和非确定性下推自动机（NPDA）之间的关系，以及它们所能识别的语言的特性。我们将通过大量的实例，展示PDA在解析编程语言语法、处理递归结构等方面的关键作用。 最后，本书将目光投向了功能最为强大的图灵机（Turing Machine, TM）。图灵机是计算能力最强的理论模型，它被认为是任何可计算函数的通用模型。我们将严谨地定义图灵机的组成部分，包括有限状态集、输入字母表、磁带字母表、转移函数、起始状态、接受状态和停机状态。本书将重点探讨图灵机的计算能力，以及它所定义的“可计算性”的概念。我们将介绍停机问题（Halting Problem）的不可判定性，这是一个深刻揭示计算局限性的理论里程碑。通过对图灵机的深入研究，读者将深刻理解计算的本质，以及理论上存在无法解决的计算问题。 第二部分：形式语言与文法——描述计算世界的多样性 在自动机理论的坚实基础上，本书将深入探讨形式语言与文法。语言，在计算科学中，指的是由特定字母表上的符号组成的字符串的集合。而文法，则是描述这些语言结构的规则。本书将系统地介绍乔姆斯基谱系（Chomsky Hierarchy），这是一个对形式语言进行分类的经典框架，按照文法的生成能力和自动机的识别能力划分了四种主要的语言类型：正则语言、上下文无关语言、上下文相关语言以及递归可枚举语言。 对于每一种语言类型，本书都将详细介绍其对应的文法形式和识别自动机。我们将从正则文法（Regular Grammar）出发，理解它如何生成正则语言，并与有限自动机紧密联系。接着，我们将重点解析上下文无关文法（Context-Free Grammar, CFG），这是描述大多数编程语言语法的关键工具。我们将学习如何使用CFG来定义语言的语法结构，以及如何通过解析（parsing）技术来验证一个字符串是否属于由某个CFG定义的语言。本书将详细讲解最常见的解析方法，如LL解析和LR解析，以及它们的工作原理和优缺点。 此外，本书还将触及上下文相关文法（Context-Sensitive Grammar）和无约束文法（Unrestricted Grammar），虽然它们在实际编程语言设计中应用较少，但它们对于理解计算能力的层级以及形式语言理论的完备性至关重要。通过对不同类型文法的深入剖析，读者将能够理解语言的表达能力如何随着文法的复杂度而变化，以及为何选择特定类型的文法来描述编程语言至关重要。 第三部分：计算理论与可计算性——探索计算的极限与可能性 本书的第三部分，将我们引向计算理论的核心——可计算性（Computability）。这一部分将建立在对自动机和形式语言的理解之上，进一步探索计算能力的边界以及判定问题。我们将深入研究可判定性（Decidability）与不可判定性（Undecidability）的概念。通过对图灵机的深刻理解，我们将再次审视诸如停机问题、二义性问题（Ambiguity Problem）等著名的不可判定问题，并理解其在理论上的重要意义。 本书还将探讨计算复杂度理论（Computational Complexity Theory）的初步概念。虽然本书并非一本专门的复杂度理论书籍，但它会介绍一些基础性的概念，如时间复杂度（Time Complexity）和空间复杂度（Space Complexity），以及P类问题（Polynomial time）和NP类问题（Nondeterministic Polynomial time）的初步区分。读者将初步了解到，即使一个问题是可计算的，也可能在实际计算中耗费不可接受的时间或空间。 此外，本书还将介绍递归（Recursion）作为一种强大的计算范式，以及递归与可计算性之间的联系。我们将探讨递归函数（Recursive Functions）的概念，以及它们如何与图灵机模型等价。这将帮助读者理解在程序设计中，递归是如何实现复杂问题的优雅解决的。 第四部分：编程语言设计与实现——理论指导实践 在建立了扎实的理论基础之后，本书的最后一部分将目光转向了编程语言的设计与实现。这一部分将把前三部分的理论知识融会贯通，展示它们如何指导实际的编程语言设计。我们将探讨编程语言的不同范式，例如命令式（Imperative）、函数式（Functional）、面向对象（Object-Oriented）等，以及它们各自的优缺点和适用场景。 本书将详细分析编程语言设计的关键要素，包括语法（Syntax）和语义（Semantics）。我们将回顾形式文法在定义语言语法中的作用，并深入探讨不同类型的语义：操作语义（Operational Semantics）、指称语义（Denotational Semantics）和公理语义（Axiomatic Semantics）。这些不同的语义定义方法，为理解程序的行为提供了严谨的数学基础。 此外，本书还将讨论类型系统（Type Systems）的设计，包括静态类型（Static Typing）和动态类型（Dynamic Typing），以及它们对程序正确性和安全性的影响。我们还将初步探讨编译（Compilation）和解释（Interpretation）的过程，了解源代码如何被转化为机器可执行的代码。 最后，本书将通过一些实际的例子，展示如何运用自动化理论、形式语言和计算理论的知识来分析和设计更高效、更安全、更易于使用的编程语言。例如，如何利用上下文无关文法来设计语言的语法规则，如何利用自动机进行词法分析，以及如何利用类型系统来保证程序的正确性。 结语：通往更深层次理解的路径 《Automata, Languages and Programming》并非一本轻松的读物，它要求读者具备一定的数学基础和严谨的逻辑思维能力。然而，对于那些渴望真正理解计算机科学的本质，渴望深入探究编程语言背后深刻原理的读者来说，本书无疑是一座宝藏。它不仅提供了丰富的理论知识，更重要的是，它提供了一种看待计算世界的方式——一种能够洞察隐藏在表象之下的深刻规律，一种能够理解工具的局限与潜力的思维模式。通过研读本书，读者将不仅掌握计算理论的精髓，更能为自己在未来的计算机科学研究与实践中，打下坚实而宽广的基础。这是一次通往计算理论殿堂的深度探索之旅，每一次的翻阅，都将带来新的领悟与启发。

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