Dat 2/BAIT6/SW4: Syntaks og semantik En manual for studerende

Transkript

1 Dat 2/BAIT6/SW4: Syntaks og semantik En manual for studerende Hans Hüttel Foråret 2011 Indhold Indhold 1 1 Kurset er lavet om! 1 2 Kursets indhold Kursets emner Dette kursus og kurset SPO Kursets mål Om kursets form Den enkelte kursusgang Tekstspørgsmål Opgaver Forelæsninger Hvem må være til stede? Om eksamen Eksamensformen for SW Eksamensformen for DAT2/BAIT Kursusmateriale Lærebøger Foreløbig kursusplan Kurset er lavet om! Hvis du har fulgt dette kursus tidligere og skal følge det igen, skal du være opmærksom på dette: 1. Kursets indhold er blevet revideret. 2. Øvelsernes form er en anden. 3. Der er nu skriftlig eksamen med begrænsede hjælpemidler tilladt. 1

2 4. Hver gruppe er ansvarlig for en kursusgang. 2 Kursets indhold 2.1 Kursets emner I dette kursus stifter du bekendtskab med grundlæggende matematiske modeller for programmeringssprogs syntaks og semantik og den notation man bruger for dem. Programmeringssprogsteori er et vigtigt datalogisk område at kende, f.eks. hvis du skal designe et nyt programmeringssprog, lære dig et nyt programmeringssprog, skrive en compiler eller fortolker eller beskæftige dig med verifikation af programmer. Jeg tager udgangspunkt i teorier om programmeringssprogs syntaks og semantik, men der bliver også eksempler på konkrete anvendelser af disse. Mit kursus er på 15 kursusgange og falder, som titlen antyder, i to dele med hvert sit hovedemne: Syntaksdelen af kurset handler om hvordan man kan beskrive programmer m.m. s form - hvornår er en programtekst fejlfri og hvordan kan man finde ud af om en programtekst er fejlfri?? Denne del er en gennemgang af det klassiske stof om grammatikker og automater og handler om Endelige automater og regulære udtryk og hvorfor de er ækvivalente Hvordan man kan vise, at sprog ikke er regulære Kontekstfrie grammatikker og pushdownautomater og hvorfor de er ækvivalente Hvordan man kan vise, at sprog ikke er kontekstfrie Semantikdelen handler om programmers adfærd - hvordan kan man beskrive udførelsen af et program uden at skulle tale om en konkret implementation med alle dens krummerlyrer og maskinafhængigheder? Her lægger jeg hovedvægten på det, der hedder operationel semantik, men vil også komme ind på en anden tilgang, nemlig denotationel semantik. Jeg vil i semantikdelen specielt komme ind på: hvordan man kan beskrive forskellige sprogkonstruktioners betydning ækvivalensresultater for disse semantiske modeller der siger at de er lige stærke hvordan man kan bruge semantiske definitioner til konstruktion af fortolkerprototyper hvad rekursion egentlig er for noget 2.2 Dette kursus og kurset SPO Automater og grammatikker også bliver behandlet i kurset Sprog og oversættere i forbindelse med leksikalsk og syntaktisk analyse. Men synsvinklen er en helt anden: I Syntaks og semantik skal vi se på det teoretiske grundlag for leksikalsk og syntaktisk analyse - d.v.s. hvorfor de forskellige begreber hænger sammen. Samtidig er 2

3 automater og grammatikker generelle begreber, der dukker op i en del sammenhænge uden for oversætterkonstruktion, f.eks. i områder som programverifikation eller genkendelse af naturlige sprog. SPO-kurset omhandler desuden forhold i forbindelse med programudførelse, men SPO-kurset handler om forhold der er vigtige i forbindelse med konkret implementation af programmeringssprog, mens S&S-kurset tager udgangspunkt i situationer hvor det er nyttigt at kunne abstrahere fra konkrete implementationer. Semantikdelen af dette kursus beskæftiger sig med det teoretiske grundlag for programmeringssprog. Vi kigger bag kulisserne og hinsides konkrete implementationer for at give et generelt og præcist billede af programmeringssprog. 2.3 Kursets mål I dette kursus skal du også træne matematisk modenhed. I kurset Syntaks og semantik skal du Lære at formidle dig mundtligt inden for kursets emner Lære at formidle dig skriftligt indenfor kursets emner, herunder at blive fortrolig med anvendelsen af matematisk notation Lære at formidle dig præcist Få et aktivt forhold til kursets emner Få overblik over kursets emner og hvordan de hænger sammen Opnå et præcist kendskab til alle centrale begreber i kurset Opnå et præcist kendskab til områdets centrale resultater. herunder hvordan man beviser dem Lære at relatere de centrale begreber og resultater til hinanden Få kompetence i brugen af matematisk modellering som redskab i sprogdesign og sprogimplementation 3 Om kursets form 3.1 Den enkelte kursusgang En kursusgang i Syntaks og semantik kommer til at forløbe sådan: Kommentering af besvarelser af tekstspørgsmål. Indsende forslag til revideret besvarelse af tekstspørgsmål. Øvrige opgaver i auditorium Forelæsning på 3 gange 30 minutter om nyt stof. Senest Aflevere afleveringsopgave. 3

4 3.2 Hver gruppe er ansvarlig for en kursusgang Til hver kursusgang er en bestemt gruppe, udpeget af kursusholderen, ansvarlig for 1. At udpege en skribent blandt gruppens medlemmer. Se afsnit??. 2. At udarbejde en eksemplarisk besvarelse af opgaverne; denne besvarelse får alle studerende på holdet adgang til. 3.3 Tekstspørgsmål Til hver kursusgang er der en side med tekstspørgsmål. Det er spørgsmål, som man kun vil være i stand til at besvare ved at læse teksten til kursusgangen. Spørgsmålene ligger som en LATEX-fil, som man kan hente fra kursets webside. Man besvarer spørgsmålene ved at tilføje svar på dem til LATEX-filen. Man skal uploade sin besvarelse som LATEX-fil og som PDF-fil ikke senere end 15 minutter før starten på en kursusgang. Ved kursusgangens start bliver besvarelserne byttet mellem de studerende, der har afleveret. Nu er det hver enkelt studerendes opgave at gennemgå den besvarelse, man har modtaget, og rette i den, til man selv er tilfreds. Hvis en besvarelse er ufuldstændig (fordi nogle spørgsmål ikke er blevet besvaret), har man ingen pligt til at udbedre disse dele. Svarene på tekstopgaverne udgør tilsammen jeres portfolio, som I får udleveret til eksamen. 3.4 Opgaver Opgaverne er jeres eksamenstræning. I må gerne diskutere løsningerne af opgaverne med hinanden, men I skal skrive en løsning ned hver især. Hver gang er en af opgaverne en afleveringsopgave. I skal aflevere alle gruppens besvarelser gruppevis i en intern kuvert i kursusholderens postboks senest samme eftermiddag. Husk at angive gruppenummeret! Hvis nogle af jer vil beholde jeres egen løsning, skal I tage en kopi af den først. Hver gang vil jeg udvælge kommentere et mindre antal besvarelse, så alle efterhånden vil få mindst én besvarelse kommenteret. Den gruppe, der er ansvarlig for den pågældende kursusgang, har til opgave at udarbejde en eksemplarisk besvarelse, som vil blive lagt på kursets webside. 3.5 Forelæsninger Jeg bruger ingen slides til forelæsningerne, men udelukkende tavle og kridt. I forbindelse med hver forelæsning skal den gruppe, der har ansvar for kursusgangen, finde en skribent. Skribenten har til opgave at tage læsbare notater af forelæsningen (herunder hvad der står på tavlen). Bagefter vil notaterne blive lagt på kursets webside. Under forelæsningen skal alle computere være klappet i og må ikke anvendes. Mobiltelefoner skal være sat på lydløs eller slukket. Undtaget fra denne regel er synshandicappede og skribenten. 4

5 3.6 Hvem må være til stede? Grupperummene er undervisningslokaler på lige fod med auditoriet. Studerende, der ikke deltager i øvelserne, kan derfor ikke opholde sig i grupperummene, men er henvist til at opholde sig et andet sted (f.eks. i kantinen eller hjemme). 4 Om eksamen 4.1 Eksamensformen for SW4 Studerende på SW4 skal ikke til eksamen i dette kursus, da det endnu har status af projektenhedskursus. Men da det ifølge den nye rammestudieordning også gælder, at alle kurser nu skal evalueres separat, vil kurset blive evalueret i form af løbende evaluering Man består dette kursus, hvis man deltager i kursets aktiviteter på lige fod med de andre studerende, der følger kurset, dv.s. aflevere og kommentere besvarelser af tekstspørgsmål og indlevere løsninger på de markerede øvelser I forbindelse med hver kursusgang vil der derfor være navneopråb, så vi ved, hvilke studerende, der er til stede. Denne liste vil jeg sammenligne med listen over uploadede tekstspørgsmål. 4.2 Eksamensformen for DAT2/BAIT Eksamen er skriftlig og varer 3 timer. Eksamenspræstationen bedømmes af en ekstern censor efter 12-skalaen. Der er et specielt incitament til at deltage i opgaveløsningen: Man må anvende sin portfolio til eksamen. Hver studerende får den officielle udgave af sin portfolio udleveret ved starten af eksamen. 5 Kursusmateriale 5.1 Lærebøger I syntaksdelen er grundbogen (forkortet ITTTOC i det følgende): Michael Sipser: Introduction to the Theory of Computation, PWS Publishing Co.. Det er værd at investere i bogen. Ikke bare er den usædvanligt velskrevet, men den skal også bruges som eneste bog i kurset Beregnelighed og kompleksitet på Dat 3/SW5. I semantikdelen skal du bruge Hans Hüttel: Transitions and Trees: An Introduction to Structural Operational Semantics, Cambridge University Press

6 som du vil kunne købe i Centerboghandlen i løbet af februar. Denne bog er selvfølgelig også usædvanligt velskrevet; vi kommer igennem det meste af den, og de resterende emner vil have relevans for projekterne. Du skal ikke bruge den før 8. kursusgang, så du behøver ikke at købe den ved kursets start. Centerboghandelen har også et lille antal eksemplarer af den danske udgave, der hedder Pilen ved træets rod. 5.2 Foreløbig kursusplan Syntaks regulære sprog Kursusgang Emne: Litteratur: 1 Sprog; endelige automater ITTTOC forord, 0.2, Nondeterministiske automater ITTTOC afs Regulære udtryk ITTTOC afs Sprog der ikke er regulære ITTTOC afs. 1.4 Syntaks kontekstfrie sprog 5 Kontekstfrie grammatikker ITTTOC afs Pushdown-automater ITTTOC afs Sprog der ikke er kontekstfrie ITTTOC afs. 2.3 Semantik operationel semantik 8 Introduktion til operationel HH, kap. 1, 2 og 3 semantik 9 Operationelle semantikker HH, kap. 4 for Bims 10 Udvidelser af Bims HH, kap Blokke og procedurer HH, kap Parametermekanismer HH, kap Parallelitet HH, kap Typer HH, kap. 13, afsnit Teoretisk grundlag 15 Rekursive definitioner HH, afs Nogle af siderne om de enkelte kursusgange er tilgængelige fra WWW allerede nu, men de vil blive revideret undervejs. 6