Теоретические основы информатики 1к БИ 14

Правительство Российской Федерации
Нижегородский филиал
Федерального государственного автономного образовательного
учреждения высшего профессионального образования
"Национальный исследовательский университет
"Высшая школа экономики"
Факультет бизнес-информатики и прикладной математики
Программа дисциплины «Теоретические основы информатика»
для направления 38.03.05 «Бизнес-информатика» подготовки академического бакалавра
Автор программы:
Логвинова К.В., к.ф.-м.н., профессор, [email protected]
Одобрена на заседании кафедры ИСиТ
Зав. кафедрой Асеева Н.В. _______________________
Рекомендована секцией УМС «Информатика»
Председатель Асеева Н.В. _______________________
Утверждена УМС НИУ ВШЭ – Нижний Новгород
Председатель Бухаров В.М. _______________________
«___»____________ 2014 г
«___»____________ 2014 г.
«___»_____________2014 г.
Нижний Новгород, 2014
НИУ ВШЭ – Нижний Новгород
Программа дисциплины «Теоретические основы информатики» для направления 38.03.05 «Бизнес-информатика» подготовки академического бакалавра
1
Область применения и нормативные ссылки
Настоящая программа учебной дисциплины устанавливает минимальные требования к
знаниям и умениям студента и определяет содержание и виды учебных занятий и отчетности.
Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных
ассистентов и студентов направления 38.03.05 «Бизнес-информатика» подготовки бакалавра.
Программа разработана в соответствии с:
 ОС НИУ ВШЭ для направления подготовки бакалавра 38.03.05 «Бизнесинформатика»;
 ООП для направления подготовки бакалавра 38.03.05 «Бизнес-информатика»;
 Рабочим учебным планом университета для направления подготовки бакалавра
38.03.05 «Бизнес-информатика», утверждённым в 2014 г.
2
Цели освоения дисциплины
Целями освоения дисциплины «Теоретические основы информатика» являются изучение
понятийного аппарата и применение полученных знаний к анализу математических моделей в
различных предметных областях.
3
Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
В результате освоения дисциплины студент должен:
 Знать основные методы, применяющиеся в дискретной математике
 Уметь применять эти методы на практике
 Иметь навыки (приобрести опыт) решения задач, возникающих в различных прикладных областях
В результате освоения дисциплины студент осваивает следующие компетенции:
Компетенция
Код по
НИУ
Дескрипторы – основные признаки
освоения (показатели достижения
результата)
Формы и методы обучения,
способствующие формированию и развитию компетенции
Чтение лекций, проведение
практических занятий, самостоятельная работа
Готовность выявить естественнонаучную сущность
проблем, возникающих в
ходе профессиональной
деятельности, привлечь
для их решения соответствующий математический
аппарат
Готовность работать с информацией из различных
источников
ОНК-3 Студент способен к распозна-
ИК-4
В ходе подготовки к занятиям студент получает и совершенствует
навыки работы с информационными источниками различного
типа
Самостоятельная работа
Способность понимать и
применять в исследовательской и прикладной
деятельности современный математический аппарат
ПК-2
Студент способен применять
современный математический
аппарат в прикладной и исследовательской деятельности
Чтение лекций, проведение
практических занятий, самостоятельная работа
ванию естественнонаучных аспектов широкого круга проблем
профессиональной деятельности, обладает необходимыми
навыками применения понятийного аппарата
НИУ ВШЭ – Нижний Новгород
Программа дисциплины «Теоретические основы информатики» для направления 38.03.05 «Бизнес-информатика» подготовки академического бакалавра
Код по
НИУ
Компетенция
Способность решать задачи производственной
и технологической деятельности на профессиональном уровне, включая разработку математических моделей, алгоритмических и программных решений
4
ПК-8
Дескрипторы – основные признаки
освоения (показатели достижения
результата)
Студент способен применять
методы дискретной математики
для разработки математических
моделей, алгоритмических и
программных решений
Формы и методы обучения,
способствующие формированию и развитию компетенции
Чтение лекций, проведение
практических занятий, самостоятельная работа
Место дисциплины в структуре образовательной программы
Настоящая дисциплина относится к циклу профессиональных дисциплин, обеспечивающих
подготовку бакалавра по направлению 38.03.05 «Бизнес-информатика».
Для направления «Бизнес-информатика» настоящая дисциплина является базовой.
Изучение данной дисциплины базируется на знании материала курса «Дискретная математика» и основ программирования, а также навыках логического мышления.
Основные положения дисциплины должны быть использованы в дальнейшем при изучении следующих дисциплин: «Дискретные модели и сложность алгоритмов», «Методы трансляции и компиляции».
5
№
1
2
3
4
5
Тематический план учебной дисциплины
Название раздела
Всего
часов
Формальные языки
Конечные автоматы
Автоматы с магазинной памятью
LL-грамматики
LR-грамматики
Итого
16
56
52
52
54
228
3
Аудиторные часы
ПрактиЛекСемические
ции
нары
занятия
2
4
10
8
8
10
40
12
10
10
8
40
Самостоятельная
работа
10
34
34
34
36
148
НИУ ВШЭ – Нижний Новгород
Программа дисциплины «Теоретические основы информатики» для направления 38.03.05 «Бизнес-информатика» подготовки академического бакалавра
6
Формы контроля знаний студентов
Тип контроля
Текущий
(неделя)
Промежуточный
Итоговый
Форма контроля
Контрольная
работа
Домашнее
задание
Экзамен
Экзамен
1 год
3
4
Параметры
4
7
Письменная работа 60 минут
3
Письменная (5-6 задач)
Письменная работа 80 минут
*
*
Письменная работа 80 минут
6.1 Критерии оценки знаний, навыков
При выполнении письменных контрольных работ, а также экзаменационной работ, студент должен продемонстрировать умение решать конкретные задачи, знание теоретического
материала и умение правильно применять его к решению задач, соблюдать логику решения.
Оценки по всем формам контроля выставляются по 10-ти балльной шкале.
7
Содержание дисциплины
1. Формальные языки.
Алфавит, цепочки в алфавите, язык как множество цепочек. Проблема определения бесконечного языка конечными средствами. Способы определения языка: механизм генерации и распознавания. Иерархия Хомского. Автоматы как способ распознавания языка. Формальные грамматики как способ генерации цепочек языка.
Литература по разделу: [1] , [3,4].
2. Конечные автоматы.
Такт и конфигурация конечного автомата. Детерминированные и недетерминированные КА.
Язык, допускаемый КА. Алгоритм построения детерминированного автомата по заданному недетерминированному. Автоматы с ԑ-тактами. Алгоритм построения ԑ-свободного автомата. Регулярные выражения. Теорема Клини об эквивалентности класса регулярных языков и конечноавтоматных языков. Анализ и синтез КА. Лемма о расширении регулярных множеств. Свойства
замкнутости класса регулярных языков. Конечные преобразователи. Праволинейные грамматики. Эквивалентность праволинейных и регулярных языков.
Литература по разделу: [1] , [2,3,5]
3. Автоматы с магазинной памятью и контекстно-свободные грамматики
Формальное определение и схематическое представление МП-автомата. Операции с магазином. Эквивалентность МП-автоматов и КС-грамматик. Деревья выводов в КС-грамматиках.
Неоднозначность КС-грамматик. Алгоритм удаления бесполезных символов. Нормальные
формы КС-грамматик. Удаление левой (правой) рекурсии. Преобразователи с магазинной памятью.
Литература по разделу: [1] , [2,3].
4. LL-грамматики
4
НИУ ВШЭ – Нижний Новгород
Программа дисциплины «Теоретические основы информатики» для направления 38.03.05 «Бизнес-информатика» подготовки академического бакалавра
Нисходящий синтаксический анализ. Проблема построения дерминированного нисходящего
анализатора. LL(k)- грамматики. Простая (разделенная) LL(1) – грамматика. Функции FIRST и
FOLLOW.. Предсказывающий алгоритм разбора для LL(1) – грамматик.
Литература по разделу: [1], [2,3,6].
5. LR-грамматики
Восходящий синтаксический анализ. Алгоритм перенос-свертка. LR(k)-грамматики. Детерминированный восходящий синтаксический анализ. Построение правых анализаторов для LR(k)грамматик.
Литература по разделу: [1], [2,3,4].
8
Образовательные технологии
При реализации учебной работы используется повторение основных теоретических положений лекционного материала и их применение при разборе практических задач.
9
Оценочные средства для текущего контроля и аттестации студента
9.1
Тематика заданий текущего контроля
1. Построение КА по заданному языку.
2. Построение детерминированного автомата по заданному недетерминированному автомату.
3. Построение ԑ-свободного КА
4. Синтез автомата по регулярному выражению
5. Анализ КА
6. Минимизация КА
7. Нахождение грамматики (регулярной или КС-свободной) по заданному языку
8. Построение МП-автомата по заданному языку
9. Построение нисходящего (восходящего) анализатора по заданной грамматике.
10. Удаление бесполезных символов из КС-грамматики
11. Удаление леворекурсивных правил.
12. Устранение неоднозначности
13. Приведение грамматики к нормальной форме Хомского
14. Вычисление функций FIRST и FOLLOW для заданной LL грамматики
15. Построение левого анализатора для заданной LL(1) грамматики.
16. Построение правого анализатора для заданной LR(1) грамматики
9.2 Вопросы для оценки качества освоения дисциплины
1. Понятие формального языка. Способы определения языка. Иерархия Хомского.
2. Операции над языками.
3. Концепция КА-распознавателя: формальное определение, схематическое представление,
такт и конфигурация.
4. Детерминированный КА.
5. Недетерминированный КА, язык допускаемый недетерминированным КА
6. Эквивалентные состояния, недостижимые символы, построение минимального автомата
для заданного языка.
7. Регулярные множества и регулярные выражения.
8. Теорема Клини.
9. Свойства замкнутости регулярных языков.
10. Праволинейные грамматики. Эквивалентность праволинейных и регулярных языков.
5
НИУ ВШЭ – Нижний Новгород
Программа дисциплины «Теоретические основы информатики» для направления 38.03.05 «Бизнес-информатика» подготовки академического бакалавра
11. Лемма о разрастании регулярных множеств.
12. Понятие перевода (трансляции)
13. Конечные преобразователи.
14. Автоматы с магазинной памятью. Операции с магазином.
15. КС-грамматики. Деревья вывода. Неоднозначность КС-грамматик.
16. Бесполезные символы в грамматике. Рекурсивные правила.
17. Нормальные формы КС-грамматик.
18. Свойства замкнутости КС-языков.
19. Преобразователи с магазинной памятью.
20. Синтаксический анализ (разбор). Построение нисходящего (восходящего) анализаторов
по заданной грамматике.
21. Проблема построения детерминированных анализаторов. Классы LL и LR грамматик.
22. Определение LL(k)-грамматики.
23. Функции FIRST и FOLLOW
24. Предсказывающий алгоритм разбора для LL(1) – грамматик
25. Разбор для LL(k) – грамматик
26. Проверка LL(k) - условия
27. Восходящий детерминированный разбор с помощью алгоритма перенос-свертка.
28. Определение LR(k)-грамматики.
29. Алгоритм LR(k) – разбора.
30. Проверка LR(k) – условия.
10 Порядок формирования оценок по дисциплине
По дисциплине предусмотрены: 1 контрольная работы (Ок/р1), 2 домашних задания (Од/з1,
Од/з2 ), 1 промежуточный контроль в форме экзамена (Оэкзамен) и итоговый экзамен (Оэкзамен).
В диплом идет результирующая оценка по дисциплине (Орезульт ), которая рассчитывается по формуле:
Орезульт = 0.5 Онакопленная Итоговая + 0.5 ·Оэкзамен
Онакопленная Итоговая = 0.5 Опромежуточная + 0.5 Онакопленная
Опромежуточная = 0.3 Од/з1 + 0.7 Оэкзамен - промежуточная оценка после 3-го модуля
Онакопленная = 0.7 Ок/р1 + 0.3 Од/з2 – оценка, накопленная четвертом модуле.
Способ округления оценок итогового, промежуточного и текущего контролей – в пользу
студента.
На пересдаче студенту не предоставляется возможность получить дополнительный балл
для компенсации оценки за текущий контроль.
На экзамене студент может получить дополнительный вопрос (дополнительную практическую задачу, решить к пересдаче домашнее задание), ответ на который оценивается в 1 балл.
11 Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
11.1 Базовый учебник
[1]. Пентус А.Е., Пентус М.Р. Математическая теория формальных языков. - М: БИНОМ,
2006.
11.2 Основная литература
[2]. Мартыненко Б.К. Языки и трансляция. – СПб: Издательство С.- Петербургского университета, 2004
6
НИУ ВШЭ – Нижний Новгород
Программа дисциплины «Теоретические основы информатики» для направления 38.03.05 «Бизнес-информатика» подготовки академического бакалавра
11.3 Дополнительная литература
[3]. Ахо А., Ульман Дж. Теория синтаксического анализа, перевода и компиляции.
Т.1:Синтаксический анализ. – М.: Мир, 1978
[4]. Манфред Брой. Информатика. - М.: Наука, 1996
[5]. Льюис Ф., Розенкранц Д., Стирнз Р. Теоретические основы проектирования компиляторов. - М.: Мир, 1979
[6]. Ахо А., Сети Р, Ульман Дж. Компиляторы: принципы, технологии, инструменты.
М.:Вильямс, 2001
Автор программы
К.В. Логвинова
7