Синтаксические и семантические аспекты информатики

Разработка трех парадигм вычислений потребовала введения специальных языков, которые бы обеспечивали возможность не только создания соответствующих программ, но и их исполнения на компьютере. В начале 1940-х гг. использовались машинные языки, с помощью которых программист мог задавать команды, оперируя с ячейками памяти. Но возможности таких языков для использования разнообразных программ оказались весьма ограниченными. Стало очевидно, что машинные языки представляют собой всего лишь исходный, первый уровень языков программирования. Стремление усовершенствовать машинные языки привело к машинно-ориентированным, языкам - ассемблерам, в которых вместо машинных команд используются мнемонические. Однако даже работа с ассемблером не предоставляет желаемого простора для написания программ.

Вслед за ассемблером в 1950-е гг. были созданы языки программирования третьего поколения - FORTRAN, USP, COBOL и объединяющий многие их достоинства ALGOL 60. Новые языки отличались универсальностью, не будучи ограниченными теми или иными машинными кодами, но, разумеется, всегда предполагающими некоторый интерфейс. Именно они задавали основное направление развития языков программирования, сопровождавшееся осмыслением нетривиальных идей и консолидацией усилий исследователей. Вместе с тем стремительное разрастание древа языков программирования, число которых приближается к 10 тыс., не всегда сопровождалось действительным пониманием их содержания. В частности, выявились многие трудности, которые станут предметом нашего дальнейшего анализа.

Природа языка.

Общеизвестно, что природа языка в значительной степени была прояснена в лингвистике. В этой связи нелишне будет вспомнить о работах классика научной лингвистики швейцарца Фердинанда де Соссюра. Он рассматривал любой язык как систему условных знаков. Новаторство де Соссюра выразилось в первую очередь в избрании в качестве основного конструкта лингвистического знака: "Языковой знак, - полагал он, - связывает не вещь и ее название, а понятие и акустический образ".

Крайне важно помнить, что знаки имеют непосредственное отношение к понятиям и даже, более того, к любым теоретическим концептам, в том числе к моделям, законам, принципам. Разумеется, знак не обязательно олицетворяется акустической формой: в информатике он чаще всего представлен письменными значками. Задействовав концепт знака и желая быть последовательными, нам придется обратиться к семиотике, науке о знаках, основоположником которой по праву считается Ч. С. Пирс2. Его теория получила дальнейшее развитие в работах другого американца Ч. У. Морриса, чьи выводы представляют для нас значительный интерес.

"Язык в полном семиотическом смысле этого термина есть любая межсубъектная совокупность знаковых средств, употребление которых определено синтаксическими, семантическими и прагматическими правилами".

В полном соответствии с воззрениями Ч. У. Морриса можно записать формулу языка (I):

Функционирование знаков называется семиозисом, тремя уровнями которого выступают синтактика, семантика и прагматика. Их исследование является решающим шагом в выяснении природы любого языка. Материал самых различных наук, в том числе информатики, свидетельствует об актуальности такого вывода.

Под синтактикой понимается связь знаков, реализующаяся определенной структурой, например связной совокупностью предложений. Для синтаксической связи характерна импликация, понимаемая как образование сложного высказывания из более простых выражений. Для семантики характерна операция денотации (описания, обозначения), т.е. соотнесения знаков с некоторыми объектами. Как правило, считается, что природа изучаемых объектов выясняется именно в семантике. В синтактике отношение денотации вообще не рассматривается. Прагматику Ч. У. Моррис определял в качестве дисциплины, изучающей "отношение знаков к их интерпретаторам". Это определение нельзя назвать ясным. При ближайшем рассмотрении очевидно, что в прагматике стараются учесть своеобразие интерпретатора, его особенности как лица, руководствующегося некими ценностями, на основании которых он стремится достичь определенных целей. Таким образом, для прагматики характерно оперирование ценностями (нормами, установками).

Выделение трех рассматриваемых аспектов языка - давно уже не редкость в науке. Оно явно используется в форме некоторого метода, однако при этом возникают многочисленные трудности. Например, математики не могут прийти к согласию относительно природы чисел. Физики не без недоумения констатируют, что используемая для описания микроявлений волновая функция не имеет соотносящегося с ней денотата. Представители социальных наук неуверенно характеризуют институт ценностей, которые, будучи предметом этих наук, вроде бы не являются объектами. Стремясь найти пути преодоления упомянутых затруднений, многие исследователи обратили внимание на воззрения американского философа У. Куайна. Он ввел представление о принципе онтологической относительности, согласно которому "даже наши изначальные объекты - тела - уже являются теоретическими". В развитие этого положения делается другой вывод: существовать - значит быть значением связанной переменной (т.е. переменной в составе закона).

У. Куайн, безусловно, во многом прав. Сведения об объектах невозможно почерпнуть из воздуха, в наиболее рафинированном виде они содержатся в научных теориях. Но в таком случае резонно ввести представление о принципе теоретической относительности у частным случаем которого будет принцип онтологической относительности. И синтактика, и семантика, и прагматика содержатся в научных теориях. Желающий познать их должен обратиться именно к ним. Но при этом ему не избежать метанаучного испытания, в чем могут убедиться представители всех наук, в том числе информатики, а особенно те их них, которые стремятся всесторонне понять подлинную природу языков программирования.

Итак, вплоть до 1980-х гг. в информатике господствовал синтаксический подход, при котором решающее значение придается способам вычислений. Длительное время специалисты в области информатики наслаждались "сладостью синтаксиса". Переход к семантике оказался с привкусом горечи. Дело в том, что необычайно расширился круг дискуссионных вопросов, относящихся к информатике. Дополнение синтактики и семантики еще и прагматикой сулило новые трудности: предстояло освоить проблематику ценностей.

Семантический подход на первый план выводит характеристику объектов. Но мнения ученых по поводу природы объектов информатики все еще представляются недостаточно выверенными. Одним из первых к онтологической проблематике обратился американский ученый Т. Грубер. Компьютерную онтологию Грубер определяет как спецификацию концептуализации; она представляет собой описание индивидов, о которых идет речь в информатике, их классов, атрибутов и взаимных соотношений. Онтология не должна отождествляться ни с заданием базы данных, ни со знаниями. Она представляет собой по отношению к моделям данных своеобразный уровень абстракции.

В онтологии акцент делается на смыслах данных и тех ограничениях, которые необходимо соблюдать при их использовании. Согласно Груберу, обращение в 1980-е гг. к онтологии специалистов по информатике, особенно тех из них, которые занимались проблемой искусственного интеллекта, произошло не случайно. Необходимо было создать условия для распространения и повторного использования знаний. Но в таком случае все агенты должны брать на себя некоторые обязательства. Вот как раз их и определяет онтология. Она позволяет выработать основу для достижения согласия между специалистами по информатике. Каждый из них вынужден сформировать свое отношение по поводу природы тех объектов (индивидов), которые он признает. Онтология позволяет интегрировать разнообразные базы данных, определить их семантический смысл, который наиболее отчетливым образом выражается посредством логики предикатов первого порядка.

Как представляется, Т. Грубер во многом прав, но его рассуждения носят весьма общий характер. Он явно руководствуется теорией абстракций. Для него онтология - это теория вполне определенного уровня абстракции. Выходит, что информатика как наука соединяет в себе теории различных уровней абстракций, одним из которых и является онтология. Это мнение представляется ошибочным. Информатика может рассматриваться с различных позиций, в частности синтаксических и семантических. Но это не означает, что меняется тип концептуальности, который следовало бы увязать с теорией абстракций, принимаемой Грубером на веру. Разумеется, он вполне правомерно указывает, что в деле понимания информатики обращение к онтологии, а вместе с ней и к семантике, является благодатным делом: информатика становится более понятной.

Б. Смит, английский специалист в области онтологии и биомедицинской информатики, критически относится к позиции Грубера, который связывает онтологию в основном с концептами. Смит полагает, что решающее значение приобретает объектный уровень теории. Онтология всегда заземлена на некоторые объекты. Рассуждения об объектах открывают доступ к концепту истины. В качестве показательного примера Смит ссылается на деятельность фирмы "Отек", название которой является производным от "онтологической техники". Фирма занимается разработкой роботов, способных принимать решения самостоятельно. Ученые посчитали, что для указанных целей концептуальный аппарат, к которому привыкли исследователи проблемы искусственного интеллекта, является малоподходящим. В этой связи они обратили свой взор к онтологии, руководствуясь ОГЛАВЛЕНИЕм существующих практик, в которых, как правило, действуют сообразно с представлениями здравого смысла.

Хотя Смит, ссылаясь на исследования Куайна, всячески подчеркивает теоретический характер объектов, к которым можно отнести и практики, он тем не менее полагает, что онтологию можно получить посредством восхождения к ней от объектов. Однако, по его мнению, информатика то и дело теряет объекты из вида, что недопустимо. Подход, реализуемый творческой группой "Отек", а она включает не только специалистов в области информатики, но и философов, представляется нам излишне радикальным, поскольку существует опасность потери концептуальности.

Б. Смит справедливо указывает на сложности, связанные с выделением онтологии, а следовательно, и семантики. Всякий раз, когда рассматриваются новые объекты, необходимо уяснить себе степень актуальности уже существующих теорий. Но это, разумеется, не означает, что необходимо создавать теорию заново: многое из того, что уже сделано, непременно пригодится в новых изысканиях. Большие надежды Смит возлагает на союз специалистов по информатике и философов: им есть чему поучиться друг у друга. Философы развили концепты онтологии, семантики и истины, которыми профессионалы от информатики часто владеют неуверенно. В свою очередь, последние открыли новые области актуальности онтологии, способные интенсифицировать изыскания философов, в частности, придав им прикладной характер.

Выводы

1. В составе информатики можно выделить синтактику, семантику и прагматику.

2. При семантическом подходе на первый план выходит вопрос о природе объектов.

3. В рамках прагматического подхода понятия рассматриваются в качестве ценностей.