§ 6. Язык как способ представления информации

Определения и обозначения

Язык — система знаков и правил, с помощью которой представляют и передают информацию. Знаки заменяют предметы, действия или понятия, а правила помогают соединять их в понятные сообщения. Без правил получатель не всегда сможет определить, как читать сочетание знаков. Поэтому язык — это не просто набор символов.

Алфавит языка — конечный набор символов, используемых в этом языке. Из этих символов составляют сообщения: например, в слове «КОТ» используются буквы К, О и Т. Алфавит показывает, какие символы разрешены, но сам не задаёт конкретное сообщение. Это различие помогает не путать набор знаков с их последовательностью.

Естественный язык — язык, который сложился в процессе общения людей, например русский. Его слова, значения и правила формировались исторически, а сами люди передавали их следующим поколениям. Такой язык прежде всего помогает людям общаться. Его правила могут развиваться и меняться со временем.

Формальный язык — искусственно созданная система с точно заданными символами и правилами их использования. Его создают для определённых задач, например для записи алгоритмов и программ. Язык программирования — формальный язык: запись команды должна соответствовать установленным правилам. Точность нужна, чтобы одинаковая запись понималась однозначно.

Как это устроено

Представьте, что у нас есть набор знаков, но неизвестно, как их соединять. Одно и то же сочетание тогда можно было бы прочесть по-разному, и люди не смогли бы надёжно договориться о его значении. Правила языка ограничивают возможные сочетания и помогают распознавать сообщения. Поэтому система знаков становится языком только вместе с правилами их использования.

Алфавит задаёт материал, из которого строят сообщение: символы можно ставить рядом в определённом порядке. Например, запись «КОТ» состоит из букв К, О, Т, расположенных именно так. Если изменить порядок, получится уже другая последовательность, а возможно, и другое слово. Поэтому сообщение на языке удобно рассматривать как цепочку символов алфавита.

Естественные и формальные языки появились разными путями, потому что нужны для разных целей. Естественный язык развивался в повседневном общении, поэтому в нём есть привычные выражения, а значение иногда помогает понять ситуация. Формальный язык специально создают под задачу, например для записи действий компьютера. Чтобы запись можно было однозначно обработать, его правила обычно задают точнее.

Символ не всегда несёт одно и то же значение сам по себе. Его смысл может меняться в зависимости от языка: знак, знакомый в одной системе, может быть неизвестен или означать другое в другой. Иногда значение также зависит от контекста — соседних символов и ситуации, в которой появилось сообщение. Значит, для понимания получателю недостаточно увидеть знаки: нужно знать соответствующие правила.

Передача информации происходит так: отправитель выбирает знаки и строит из них сообщение по правилам языка. Получатель распознаёт эти знаки, проверяет их сочетание и истолковывает запись. Если получатель не знает язык или правила нарушены, сообщение может остаться непонятным. Общие правила помогают отправителю и получателю понимать одну и ту же последовательность символов.

Сравнение естественных и формальных языков

Сравнивайте языки по всем признакам, а не только по набору символов. Сначала выясните, как язык возник и для чего его используют, а затем оцените точность правил. Это помогает отличать естественные языки от систем, созданных для специальных задач.

Разбор задач

Задача 1. Укажите алфавит сообщения «КОТ» и запишите сообщение как последовательность его символов. Нужно отделить используемые знаки от их порядка. В условии дано одно слово, поэтому для записи последовательности достаточно перечислить его буквы слева направо.

1. Находим все символы в записи: это К, О и Т.
2. Указываем алфавит, использованный в сообщении: {К, О, Т}.
3. Записываем само сообщение как последовательность: К → О → Т.

Ответ: алфавит сообщения — {К, О, Т}, а сообщение — последовательность К, О, Т. В русском языке общий алфавит шире, но здесь выделены только символы, которые встретились в данном сообщении. Набор букв и их порядок — разные вещи.

Задача 2. Определите, к какому виду языка относятся русский язык и язык программирования, и объясните выбор. Для решения сравним происхождение, назначение и точность правил. Одного названия языка недостаточно: нужно учитывать, как он появился и для чего служит.

1. Русский язык складывался в общении людей и прежде всего используется для общения.
2. Язык программирования создают для записи программ и задают для него точные правила.
3. По этим признакам относим русский к естественным языкам, а язык программирования — к формальным.

Ответ: русский язык — естественный, язык программирования — формальный. Выбор объясняется их происхождением и назначением. У формального языка правила использования символов заданы точнее.

Задача 3. В формальном языке разрешены символы 0 и 1, а сообщение должно состоять ровно из трёх символов. Составьте все возможные сообщения. Сначала зафиксируем условия: в каждой позиции может стоять только 0 или 1, всего позиций три. Затем переберём варианты, не допуская пропусков и записей другой длины.

1. Начинаем с сообщений, в которых первый символ — 0: 000, 001, 010, 011.
2. Перебираем варианты с первым символом 1: 100, 101, 110, 111.
3. Проверяем каждую запись: в ней ровно три символа, и каждый из них входит в алфавит {0, 1}.

Ответ: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111. Всего получилось восемь сообщений. Перебор завершён, потому что для каждой из трёх позиций учтены оба допустимых символа.

Типичные ошибки

Считать языком только набор символов. Это ошибка, потому что без правил сочетания знаков неясно, какие сообщения можно составить и как их читать. Так думают, когда смешивают алфавит и весь язык. Проверьте себя: сможете ли вы объяснить порядок знаков и понять сообщение, зная только их список?

Путать алфавит с сообщением. Алфавит — набор допустимых символов, а сообщение — конкретная последовательность этих символов. Путаница возникает, потому что и алфавит, и сообщение можно записать буквами. Для проверки выпишите сначала все разрешённые знаки, а затем отдельно покажите, в каком порядке они стоят в сообщении.

Называть любой язык естественным. Язык программирования не сложился сам собой в общении людей: его специально создают для записи программ, поэтому он формальный. Ошибку допускают, принимая слово «язык» в названии за признак естественного языка. Проверьте себя: выясните, возникла ли система исторически или была создана для специальной задачи.

Считать смысл символов всегда очевидным. Один знак может иметь разные значения в разных языках или контекстах, поэтому внешнего вида символа недостаточно. Ошибка появляется, когда забывают, что получатель может знать другую систему правил. Чтобы проверить понимание, назовите язык и рассмотрите соседние знаки или ситуацию, в которой встретился символ.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужно знать, что информацию можно представлять по-разному и передавать с помощью знаков. Эта идея объясняет, почему сообщение можно записать буквами, цифрами или другими символами. Знание алфавита и правил помогает переходить от смысла к записи и обратно. Так язык связывает информацию с её представлением.

Тема пригодится при изучении кодирования информации: код тоже использует символы и правила, по которым сообщение записывают или читают. В системах счисления роль алфавита выполняют цифры, а правила задают способы записи чисел. При записи алгоритмов на языках программирования нужно выбирать допустимые символы и соблюдать точный порядок команд. Во всех этих случаях важно различать набор знаков и составленное из них сообщение.

Что запомнить

• Язык — это система знаков и правил.
• Алфавит задаёт набор символов, из которых составляют сообщения.
• Сообщение на языке можно представить как последовательность символов.
• Естественные языки складывались в общении людей.
• Формальные языки создают для специальных задач и задают для них точные правила.
• Чтобы понять сообщение, нужно знать язык, на котором оно составлено.