浅析数学在计算机科学及应用中的应用

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1、图1为两相开关建立模型的有穷自动机3.4离散数学与编译原理编译程序是计算机学科中比较高深的专业课，是计算机的一个十分复杂的系统程序。一个典型的编译程序而论，一般都含有八个部分：词法分析程序，语法分析程序，语义分析程序，中间代码生成程序，代码优化程序，目标代码生成程序，错误检查和处理程序，各种信息表格的管理程序。离散数学里的计算模型章节里就讲了三种类型的计算模型：文法、有限状态机和图灵机。具知识有语言和文法，带输出的有限状态机，不带输出的有限状态机，语言的识别，图灵机等。短语结构文法根据产生式类型来分类：0型文法

2、，1型文法，2型文法，3型文法。以上这些在离散数学里讲述到的知识点在编译原理的词法分析及语法分析中都会用到。由于自然语言都极为复杂，对一个自然语言，看起来不大可能说出它的所有语法规则，因此，将一个语言自动翻译成另一个语言的研究，引出形式语言的概念。与自然语言不同，形式语言是由一组意义明确的语法规则定义的，语法规则不仅对于语言学和自然语言的研究十分重要，而且对于程序设计语言的研究也很重要。形式语言的句子是用语法来描述的。在程序设计语言的应用中，经常出现两类问题：（1）怎么能够确定一组单词是否组合成了形式语言的一个

3、有效句子？（2）怎么才能产生形式语言的一个有效句子。在考虑这两类问题时，文法的使用十分有益。离散数学里定义了短语结构文法。G=（V,T,S,P）由下列四部分组成：词汇表V，由V的所有终结符组成的V的子集合T,V的初始符S，和产生式集合P。集合V-T,记为N，N中的元素称为非终结符。P中的每个产生式的左边必须至少包含一个非终结符。编译原理中的词法分析运用了不确定的有穷自动机，确定的有穷自动机，从正规表达式到NFA。在语法分析中运用了上下文无关文法，非上下文无关文法，LL(1)文法，LR文法。这些表达式与文法都在离

4、散数学中有相关的描述。因此，离散数学也是编译原理的前期基础课程。3.5离散数学与人工智能6人工智能是以让机器完成那些如果由人来做则需要智能的事情的科学。虽然人工智能已经发展到创造出各种实用的专家系统阶段，但是在早期发展阶段，人工智能还是以计算数学、图灵机为理论基础。并且在人工智能初创的第一个10年中，人们着重的是问题求解和推理的过程。在人工智能的研究与应用领域中，逻辑推理是人工智能研究中最持久的子领域之一。逻辑是所有数学推理的基础，对人工智能有实际的应用。定理证明的研究在人工智能方法的发展中曾经产生过重要的影响

5、。因此，人工智能的出现与发展是和离散分不开的。我们知道，离散数学课程中有一部分讲述命题逻辑、谓词逻辑。在这部分中讲解了命题的定义，命题的合取、析取等逻辑运算以及谓词和量词在命题中的应用。我们知道专家系统是人工智能中一个正在发展正处在专家系统的研究领域。专家系统（Expert-System）是一种智能计算机系统。它是应用于某一专门领域，拥有该领域相当数量的专家级知识，能模拟专家的思维，能达到专家级水平，能像专家一样解决困难复杂的实际问题的计算机系统。专家系统的主要组成部分是知识库和推理机。不同的专家系统其功能和结

6、构有可能不同，但一般完整的专家系统应包括人机接口、推理机、知识库、动态数据库、知识获取机构和解释机构这六部分。各部分之间的关系如图2所示。图2专家系统的一般结构专家系统的核心是知识库和推理机，其工作过程是根据知识库中的知识和用户提供的事实进行推理，不断地由已知的前题推出未知的结论，即中间结果，并将中间结果放到数据库中，作为已知的新事实进行推理，从而把求解的问题由求知状态转换为已知状态。在专家系统的运行过程中，会不断地通过人机接口与用户进行交互，向用户提问，并向用户作出解释。6知识库主要用来存放领域专家提供的专门

7、知识。知识库中的知识来源于知识获取机构，同时它又为推理机提供求解问题所需的知识。知识表达方法有：一阶谓词逻辑表示法、产生式规则表示法、状态图表示法、框架表示法等。推理机是模拟领域专家的思维过程，控制并执行对问题的解解。根据已知的事实，利用知识库中的知识，按一定的推理方法和控制策略进行推理，直到得出相应的结论为止。逻辑是所有数学推理的基础，对人工智能有实际的应用。所以，采用谓词逻辑语言的演绎过程的形式化有助于我们更清楚地理解推理的某些子命题。逻辑规则给出数学语句的准确定义。离散数学中数学推理和布尔代数章节中的知识

8、就为早期的人工智能研究领域打下了良好的数学基础。许多非形式的工作，包括医疗诊断和信息检索都可以和定理证明问题一样加以形式化。因此，在人工智能方法的研究中定理证明是一个极其重要的论题。在这里，推理机就是实现机器推理的程序。它既包括通常的逻辑推理，也包括基于产生式的操作。推理机是使用知识库中的知识进行推理而解决问题的。所以推理机也就是专家的思维机制，即专家分析问题、解决问题的方法的一种算法