指称语义和计算机科学

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指称语义和计算机科学之间的区别

指称语义 vs. 计算机科学

在计算机科学中，指称语义（Denotational semantics）是通过构造表达其语义的(叫做指称(denotation)或意义的)数学对象来形式化计算机系统的语义的一种方法。编程语言的形式语义的其他方法包括公理语义和操作语义。指称语义方式最初开发来处理一个单一计算机程序定义的系统。后来领域扩展到了由多于一个程序构成的系统，比如网络和并发系统。 指称语义起源于 克里斯托弗·斯特雷奇 和 Dana Scott 在1960年代的工作。在 Strachey 和 Scott 最初开发的时候，指称语义把计算机程序的指称(意义)解释为映射输入到输出的函数。后来证明对于允许包含递归定义的函数和数据结构，这样的元素的程序的指称(意义)定义太受限制了。为了解决这个困难，Scott 介入了基于域的指称语义的一般性方法。后来的研究者介入了基于幂域的方法，来解决并发系统的语义的问题。 粗略的说，指称语义关注找到代表程序所做所为的数学对象。这种对象的搜集叫做域。例如，程序(或程序段)可以被偏函数，或演员事件图想定，或用环境和系统之间的博弈表示: 它们都是域的一般性例子。 指称语义的一个重要原则是“语义应当是复合性的”: 程序段的指称应当建立自它的子段的指称。最简单的例子是: “3 + 4”的意义确定自“3”、“4”和“+”的意义。 指称语义最初被开发为把函数式和顺序式程序建模为映射输入到输出的数学函数的框架。本文第一节描述在这个框架内开发的指称语义。后续章节处理多态、并发等问题。. 计算机科学用于解决信息与计算的理论基础，以及实现和应用它们的实用技术。 计算机科学（computer science，有时缩写为CS）是系统性研究信息与计算的理论基础以及它们在计算机系统中如何与应用的实用技术的学科。 它通常被形容为对那些创造、描述以及转换信息的算法处理的系统研究。计算机科学包含很多分支领域；有些强调特定结果的计算，比如计算机图形学；而有些是探討计算问题的性质，比如计算复杂性理论；还有一些领域專注于怎样实现计算，比如程式語言理論是研究描述计算的方法，而程式设计是应用特定的程式語言解决特定的计算问题，人机交互则是專注于怎样使计算机和计算变得有用、好用，以及随时随地为人所用。 有时公众会误以为计算机科学就是解决计算机问题的事业（比如信息技术），或者只是与使用计算机的经验有关，如玩游戏、上网或者文字处理。其实计算机科学所关注的，不仅仅是去理解实现类似游戏、浏览器这些软件的程序的性质，更要通过现有的知识创造新的程序或者改进已有的程序。 尽管计算机科学（computer science）的名字里包含计算机这几个字，但实际上计算机科学相当数量的领域都不涉及计算机本身的研究。因此，一些新的名字被提议出来。某些重点大学的院系倾向于术语计算科学（computing science），以精确强调两者之间的不同。丹麦科学家Peter Naur建议使用术语"datalogy"，以反映这一事实，即科学学科是围绕着数据和数据处理，而不一定要涉及计算机。第一个使用这个术语的科学机构是哥本哈根大学Datalogy学院，该学院成立于1969年，Peter Naur便是第一任教授。这个术语主要被用于北欧国家。同时，在计算技术发展初期，《ACM通讯》建议了一些针对计算领域从业人员的术语：turingineer，turologist，flow-charts-man，applied meta-mathematician及applied epistemologist。 三个月后在同样的期刊上，comptologist被提出，第二年又变成了hypologist。 术语computics也曾经被提议过。在欧洲大陆，起源于信息（information）和数学或者自动（automatic）的名字比起源于计算机或者计算（computation）更常见，如informatique（法语），Informatik（德语），informatika（斯拉夫语族）。 著名计算机科学家Edsger Dijkstra曾经指出：“计算机科学并不只是关于计算机，就像天文学并不只是关于望远镜一样。”（"Computer science is no more about computers than astronomy is about telescopes."）设计、部署计算机和计算机系统通常被认为是非计算机科学学科的领域。例如，研究计算机硬件被看作是计算机工程的一部分，而对于商业计算机系统的研究和部署被称为信息技术或者信息系统。然而，现如今也越来越多地融合了各类计算机相关学科的思想。计算机科学研究也经常与其它学科交叉，比如心理学，认知科学，语言学，数学，物理学，统计学和经济学。 计算机科学被认为比其它科学学科与数学的联系更加密切，一些观察者说计算就是一门数学科学。 早期计算机科学受数学研究成果的影响很大，如Kurt Gödel和Alan Turing，这两个领域在某些学科，例如数理逻辑、范畴论、域理论和代数，也不断有有益的思想交流。.

域理论

域理论是研究通常叫做域(domain)的特定种类偏序集合的数学分支。因此域理论可以被看作是序理论的分支。这个领域主要应用于计算机科学中，特别是针对函数式编程语言，用它来指定指称语义。域理论以非常一般化的方式形式化了逼近和收敛的直觉概念，并与拓扑学有密切联系。在计算机科学中指称语义的一个可作为替代的方式是度量空间。.

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形式语义学

在计算理论中，形式语义学是关注计算的模式和程序设计语言的含义的严格的数学研究的领域。 语言的形式语义是用数学模型去表达该语言描述的可能的计算来给出的。 形式语义学（formal semantics），是程序设计理论的组成部分，以数学为工具，利用符号和公式，精确地定义和解释计算机程序设计语言的语义，使语义形式化的学科。 提供程序设计语言的形式语义的方法很多，其中主要类别有：.

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类型论

在最广泛的层面上，类型论是关注把实体分类到叫做类型的搜集中的数学和逻辑分支。在这种意义上，它与类型的形而上学概念有关。现代类型论在部分上是响应罗素悖论而发明的，并在伯特兰·罗素和阿弗烈·诺夫·怀海德的《数学原理》中起到重要作用。 在计算机科学分支中的编程语言理论中，类型论提供了设计分析和研究类型系统的形式基础。实际上，很多计算机科学家使用术语“类型论”来称呼对编程语言的类型语言的形式研究，尽管有些人把它限制于对更加抽象的形式化如有类型lambda演算的研究。.

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进程演算

在计算机科学中，进程演算（或进程代数）是用于形式化建模并发系统的多种相关方法。进程演算提供了具体描述多个独立代理人程序或者是多个进程之间交互、通信、同步的方法，其中包含了对进程操作和分析的描述、以及证明形式化推导进程之间存在等价关系（例如：双向模拟的运用）的代数法则。关于进程演算的典例主要包括CSP、CCS、ACP，和LOTOS。最近新增的演算包括π演算，环境演算，PEPA，融合演算和联接演算。.

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范畴论

疇論是數學的一門學科，以抽象的方法來處理數學概念，將這些概念形式化成一組組的「物件」及「態射」。數學中許多重要的領域可以形式化成範疇，並且使用範疇論，令在這些領域中許多難理解、難捉摸的數學結論可以比沒有使用範疇還會更容易敘述及證明。 範疇最容易理解的一個例子為集合範疇，其物件為集合，態射為集合間的函數。但需注意，範疇的物件不一定要是集合，態射也不一定要是函數；一個數學概念若可以找到一種方法，以符合物件及態射的定義，則可形成一個有效的範疇，且所有在範疇論中導出的結論都可應用在這個數學概念之上。 範疇最簡單的例子之一為广群，其態射皆為可逆的。群胚的概念在拓撲學中很重要。範疇現在在大部分的數學分支中都有出現，在理論電腦科學的某些領域中用于對應資料型別，而在數學物理中被用來描述向量空間。 範疇論不只是對研究範疇論的人有意義，對其他數學家而言也有著其他的意思。一個可追溯至1940年代的述語「一般化的抽象廢話」，即被用來指範疇論那相對於其他傳統的數學分支更高階的抽象化。.

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Petri网

佩特里网（Petri net），又譯為裴氏網、派翠網路，是对离散并行系统的数学表示。Petri网屬於離散事件動態系統，是1960年代由卡尔·亚当·佩特里发明的，适合于描述异步的、并发的计算机系统模型。Petri网既有严格的数学表述方式，也有直观的图形表达方式。 由于Petri网能表达并发的事件，被认为是自动化理论的一种。研究领域趋向认为Petri网是所有流程定义语言之母。.

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