简述逻辑学在计算机科学中的应用

　　▲▲一、引言

　　逻辑是一种思维的法则，也是人类认识世界、改造世界的基本准绳与工具，是所有的理论与学说中关于判断和思维规律的提炼、抽象。随着人类的发展，逻辑学已经被广泛运用到社会科学、自然科学等领域中。作为人类进行推理和判断的工具，逻辑学一直以来就是人类研究的主题。本世纪30年代以来，逻辑学已经获得了长足的发展。随着人类对各类复杂系统研究的不断深入，为了满足自动化推理的客观需要，人类逐渐将逻辑学运用到了计算机科学领域。

　　回顾人类计算机科学的发展历程，可以清晰地看到逻辑学在计算机科学中所奠定的理论基础和积极的推动作用。例如：计算机硬件中的芯片是通过0和1这种二进制的表达方式作为高压的高低电位来进行电位的设计的，通过这种方式来达到各种运算的目的。如果将这些芯片进行集成就构成了计算机的硬件功能。很明显在这项技术中包含了数学逻辑的思想。再例如：在计算机的软件中，计算机能够是别的是机器语言，也就是二进制0和1.因此，我们就需要将人类想要表达的语言通过一种中间语言通过汇编编译后最终成为机器语言，让计算机的硬件很好地识别。例如：C语言，C++语言，JAVA语言等。

　　▲▲二、逻辑学在计算机电路设计中的应用

　　数理逻辑在计算机硬件的设计中的应用十分突出。计算机科学的一项重要理论基础就是数字逻辑。数字逻辑又是建立在数理逻辑的命题和谓词演算的基础上的。它用运算规律将芯片中的高低压表示的信号之间的运算与二进制的运算有机的结合在一起，这样就使科学家们利用数学的方法解决了计算机电路设计中的问题。这样的逻辑思想实现了计算机电路设计整个过程的直观化、简洁化、系统化。17世纪的科学家布莱尼就曾经提出设想：是否能够创立出一种通用语言，将推理过程演变成数学公式进行计算，并得到正确结论。但由于受当时的数学与逻辑思想发展局限性的影响这个想法并没有得到真正的实行。计算机数字部件在设计时充分应用了数字逻辑，例如：在设计加法器、移位器、控制器、寄存器时数字部件所体现出的逻辑功能。在命题的盐酸中，用逻辑真值表示逻辑部件的功能，然后再将其转变成逻辑范式，而与、或、非是逻辑运算的主要内容，当它们分别表示相应的逻辑部件时即能实现各个数字逻辑不见得功能。在此基础上如果再利用硬件的描述语言和电子设计自动化的软件工具将实现计算机中一些基本硬件组建的开发与设计。计算机中CPU的设计原理主要是：应用计算机的组成原理，在指令集的基础上来设计路径，然后再根据指令的周期性动作来设计指令的控制逻辑。可见，现代计算机系统是由大量的逻辑门按照十分复杂的顺序构成的。而逻辑门之间的传递是0和1的信号，这是计算机二进制的特点。计算机的发展经历了电子管、集成电路，不管是哪一种，计算机的电路永远只存在两种状态，即：将有电流经过视为0、将无电流经过视为1，这就实现了计算机每个运算单元0与1的组合。而这些经过组合后的单元经过计算机自身的叠加与排列后，就构成了计算机系统。近年来，计算机发展速度日新月异，只有集成电路越小，计算机的运算速度才能越快。而目前的计算机芯片技术的加工已经基本到了极限，已经不能再满足现代研究的计算量的需要，只能寻求新的芯片技术才能解决这一问题。

　　▲▲三、逻辑学在计算机语言中的运用

　　计算机算法的实现不仅依靠硬件，还必须依靠那些能够让硬件运行起来的各种编制的程序软件。因此，计算机的软件设计也离不开逻辑学的应用。计算机的硬件是由很多逻辑电路所组成的，而逻辑电路是建立在布尔代数的命题逻辑基础上的，命题逻辑运算就可以变成布尔代数的演算。可见，计算机硬件与逻辑之间的这种相互关联直接导致计算机软件和逻辑之间所存在的密不可分的联系。编程的过程也是算法形成的过程，算法是在计算机功能基础上完成的。现实中，电脑的操作是在基本的逻辑运算的基础上生成算法，并最终用这些基本的运算元来代替一般的计算完成的。计算机程序要想更加直观、易懂就必须产生与日常表达方式近似的程序，这就是汇编程序与编译程序。它们的产生使计算机逻辑演算的步骤得以实现。如果将具有逻辑性的演算转变成行驶系统的语法和语义，不同的程序设计语言就产生了，随之而来的编程技术和方法也越来越多，也就产生了各种程序设计的技巧和方法，也就形成了各种复杂的程序和具有多种功能的软件。计算机科学发展到今天，人工智能一直以来就是人类的梦想，从图灵机的产生到现在，计算机科学家们和逻辑学家们就一直对人工智能进行着坚持不懈的追求和探索。研究过程中产生了很多重要的成果，目前已经有两种主要研究人工智能的语言工具，一种是LISP表处理语言，一种是PROGLOD语言。计算机语言系统是由若干符合形成的语言体系，逻辑语言系统也是一种符号化的形式化的语言体系，这是他们的相似性。

　　总之，在计算机科学的应用中不论是硬件设计还是软件设计都离不开逻辑学的应用。逻辑学在计算机科学和人工智能领域都占有基础性地位。现代逻辑学、哲学、语言学与计算机科学与技术的相互融合进一步推动了计算机科学技术的发展。

　　参考文献：

　　[1]张尚水.逻辑百科辞典[M].成都：四川教育出版社，1994年

　　[2]王国俊.数理逻辑引论与归结原理[J].北京：科学出版社，2006年

　　[3]樊春海.通向未来分子计算机[J].科技日报，2009（04）

　　【作者简介】王珊珊（1980.11.18-），讲师，硕士，研究方向：计算机科学技术与应用，毕业院校：吉林大学；工作单位：吉林工商学院信息工程分院。

　　来源：中国外资·上半月 2013年12期

　　作者：王珊珊 王利宁