形式语言与自然语言

自然语言是人类讲话使用的语言，如英语、西班牙语和法语等。虽然人们总要给自然语言加上一些规则，但自然语言并非人类设计，它们是自然演化而来的。

形式语言是人们为特定应用设计的语言。例如，数学家使用的记号就是一种便于表示数字与符号关系的形式语言。化学家也使用一种形式语言来表示分子的化学结构。最重要的是：

编程语言是人为设计的用来表达计算的形式语言。

前面也提到过，形式语言有严格的语法规则。比如3+3=6是符合语法的数学语句，而3=+6$则不是。同样H2O是符合语法的化学式，但2Zz不是。

这里的两个2都是下标，在Markdown语法中无法表示。下段同。——译者注

语法规则包含两个方面：标识符与结构。标识符是语言的基本元素，像单词、数字以及化学元素等。3=+6$的一个错误是，至少据我所知$不是数学上合法的标识符。类似的，2Zz也是非法的，因为没有缩写为Zz的化学元素。

第二种语法错误是句子结构上的，即标识符的排列方式。语句3=+6$结构上也是非法的，因为加号不能直接放在等号后面。类似地，化学式中的下标必须在元素名后面，而不能在前面。

阅读英语的句子或者形式语言的语句时，必须分析句子结构（使用自然语言时，你会下意识地这样处理）。这个过程叫做解析。

例如，当你听到“The other shoe fell”这句话时，你会知道“the other shoe”是主语而“fell”是动词。分析完句子结构，你就理解了它的意思，即句子的语义。假设你知道“shoe”是什么，也知道“fall”的意义，你就能理解句子的大体含义。

虽然形式语言和自然语言有很多共同点，如标识符、结构、语法和语义，但是它们仍然有很多不同点：

歧义：自然语言常有歧义，人们需要根据上下文和其他信息来理解。而形式语言天生就是清晰无二义的，也就是说不管上下文是什么，任何语句都有一个精确的意义。

冗余：为了弥补歧义问题并减少误解，自然语言引入了很多冗余，结果就是语言常常很冗长。形式语言冗余少些，更加简洁。

字面意义：自然语言有很多成语和隐喻。比如我说“The other shoe fell”，可能不是说鞋，也没有什么东西掉下来。而形式语言语句的含义和字面意义是完全一致的。

说着自然语言长大的我们，通常都要经历一段痛苦的时期才能适应形式语言。从某些方面来说，自然语言和形式语言的差别就像诗歌和散文的差别，而且可能还有过之无不及：

诗歌：选词既要求发音，又要求含义，整首诗营造出一种效果或情感响应。歧义不仅常见，很多时候是有意为之。

散文：词汇的字面意思更加重要，而且句子结构也更能表意。相对于诗歌，散文更经得起推敲，但仍然会存在歧义。

程序：计算机程序的含义是无歧义的，和语句的字面意思一致，通过对标识符和结构的分析可以完整地理解。

关于阅读程序（或其他形式语言）提几点建议：首先，形式语言比自然语言难懂得多，所以读起来会花费更长的时间。其次，结构非常重要，从上到下、从左到右地阅读并不见得管用。相反，要学会在头脑中分析程序，识别标识符并解读清楚句子结构。最后，细节很重要，像拼写或者标点符号错误，在自然语言中有可能无伤大雅，但在形式语言中可能造成天壤之别。