Мета-языки и уровни моделирования

Поднимаясь на следующий уровень описания, описывая описание объекта, мы оказываемся на мета-уровне, работаем с мета-описанием.

А можно ли встретить описание описания описания объекта? Да, конечно можно. Это будет мета-мета уровень, мета-мета-описание исходного объекта, тремя уровнями выше него. Поговорим подробнее о возможных уровнях в этой иерархии.

Мета-язык — это язык, который вводится для описания другого языка. Зачем он нужен? Как мы обсуждали в Разделе 5 нашего руководства, язык определяется словарем, синтаксисом, семантикой и прагматикой. Все эти определения – находятся на мета-уровне по отношению к языку, записываются на мета-языке. Выше мы узнали ещё одну формулировку для того же самого, используемую в основном в области создания баз данных: язык описания определяется своей моделью данных*.*

В самом языке невозможно даже сформулировать семантические понятия «истина» и «ложь» (читайте про это у А. Тарского в «Семантической теории истины...»), поэтому сам наш естественный язык, тот, на котором мы разговариваем, может быть в целях строгого семантического анализа разделен на как минимум два: язык объектного уровня и мета-язык. На мета-языке формулируются всякие важные высказывания про язык объектного уровня, например высказывания об истинности высказываний.

Значит, дальше может быть какой угодно длины цепочка мета-языков, каждый из которых описывает предыдущий. В этой цепочке сохраняется отношение «мета-язык — язык объектного уровня», и можно говорить о паре языков, что они находятся в таких отношениях друг к другу.

Вернёмся к примеру с картой:

У нас есть карта, это описание территории.

Есть легенда карты – она описывает язык, на котором составлена карта, даёт указания, как читать описание (задаёт модель данных для карты).

Легенда описывается картографическим стандартом. Мы можем считать картографический стандарт описанием языка легенды (то есть мета-мета-описанием), или расширенным описанием языка карты, то есть тоже мета-описанием, как и легенда.

Здесь мы сталкиваемся с тем, что разделение на мета-уровни – это достаточно условная вещь. Мы всегда можем сравнить два уровня, и сказать, что один из них – это мета-уровень по отношению к другому. Но если у нас есть целая цепочка описаний – их зачастую трудно однозначно разделить на уровни, сказать, что тут у нас точно 3 (или точно 4) уровня мета-! Это могли сделать для нас авторы используемых нами стандартов, спецификаций, словарей, онтологий – если их заботила эта проблема, и они хотели достичь высокой точности и формальности в своих описаниях. Но такое разбиение очень часто можно упростить (или наоборот, усложнить), объединив уровни определения языков, или наоборот, разбив их на большее число уровней.

Ещё один пример (за который мы благодарны нашему стажеру Дмитрию Филиппову https://systemsworld.club/u/dmitrii-filippov, подготовившему его во время прохождения стажировки по рациональной работе). Обратите внимание на выделение объектов (в кавычках) и отношений (подчёркивание):

• У меня есть «Мой синий пуховик*»*::ФО

• К внутреннему шву «Моего синего пуховика» пришита::часть-целое «Бирка моего пуховика»::ФО
• «Бирка моего пуховика» является носителем для «Инструкции_по_уходу_в_составе_изделия»::Описание
• «Инструкция_по_уходу_в_составе_изделия» написана на «Языке_симоволов_по_уходу»::Язык_описания
• «Язык_символов_по_уходу» описан «ГОСТ_16958-71_“Изделия_текстильные._Символы_по_уходу”**»::Описание
• «ГОСТ_16958-71_“Изделия_текстильные._Символы_по_уходу”» написан на «Русском_языке»::Язык_описания

В этой цепочке «Инструкция_по_уходу_в_составе_изделия*»*может быть названа описанием, а «ГОСТ_16958-71_“Изделия_текстильные._Символы_по_уходу”**» - мета-описанием. Тогда для этой пары «Язык_символов_по_уходу» является языком описания, а русский язык – мета-языком для описания языка.

Диаграмма ниже иллюстрирует эти отношения. Это уже иллюстрация к одному из возможных способов формального моделирования, более строгому, чем текстовое описание выше.

Отношения часть-целое отмечены на ней стрелками с закрашенными ромбиками со стороны части.

Отношения классификации – пунктирными стрелками со стрелками со стороны классификатора.

Отношение между классами «элементы одного класса являются частями элементов другого класса» (про это сложное отношение мы говорили раньше, когда обсуждали разбиения) отмечены стрелками с прозрачными ромбиками со стороны части.

Обратите внимание, на диаграмму добавлены классы, к которым относятся пуховик и бирка.

При этом «Инструкция_по_уходу_в_составе_изделия*»формально отмоделирована как класс индивидов, в который входят бирка на моём пуховике (ещё в него входят бирки с идентичным содержанием на всех таких пуховиках, выпущенных в мире). А уже класс «Инструкция_по_уходу_в_составе_изделия»* входит в класс «Правила ухода за изделием арт ХХХ» (ещё в него входит, например, Вкладная брошюра в комплекте с изделием арт ХХХ*»*).

Итак, определение языка на мета-языке включает определение словаря и синтаксиса (семантику и прагматику пока оставим в стороне). При нашем основном интересе к онтологическому моделированию, в первую очередь надо разобраться с разделением на мета-уровни именно словаря, то есть онтологии предметной области. Синтаксис, как мы уже видели, может быть для разных уровней одни и тот же.

Ещё раз вспомним про жаргоны и диалекты естественного языка. Мы теперь можем считать, что естественный язык, необходимый для понимания того или иного профессионального жаргона, находится по отношению к нему на мета-уровне. Иногда на мета-уровне по отношению к профессиональному жаргону находится не один естественный язык, и даже не только естественные языки. Например, для полноценного понимания жаргона русскоязычных программистов хорошо бы хоть какое-то знание английского, и очень часто хорошо бы знать хотя бы на базовом уровне конструкции хоть какого-то языка программирования.

Пример****ы для программистов:

1. Мета-данные

Пусть у нас есть описание объекта – страница в интернете, описывающая, например, человека. Текст на странице может быть написан на естественном (русском) языке.

Но сама страница, её структура, формат и содержание, как у большинства страниц в интернете, описаны на языке HTML. Язык HTML – это мета-язык, используемый для описания страниц в сети, языком которых является русский язык. На языке HTML отдельные фрагменты текста на русском языке (слова, фразы) будут описаны как ссылки, как абзацы, как имеющие определённый шрифт или цвет. Это мета-данные (данные о данных), необходимые для отображения страницы на экране читателя так, как хочет её хозяин.

Иная дополнительная информация об этой странице (мета-информация) тоже может храниться на том же сервере, в отдельном файле, или в специальном разделе того же HTML-документа. Для записи информации об авторе, публикаторе, дате публикации, дате изменения, версии и прочих мета-данных может быть использована специальная онтология (словарь) Dublin Core https://www.dublincore.org/ - стандартный список идентификаторов для этих (и нескольких других) элементов. Это ещё один мета-язык, использующийся для описания той же страницы на русском языке, но с иной целью: описать не структуру и вид текста, а его происхождение и историю.

2. Программы и языки программирования

Как мы обсуждали выше, в предметной области информационных технологий индивидуальными физическими объектами являются работающие на компьютерах экземпляры программ, во время исполнения ими тех функций в реальном мире, для которых они созданы.

Исходные коды этих программ являются описаниями физических объектов. Исходные коды программ, как правило, написаны на языках программирования высокого уровня (например, C++ или Python).

Для возможности исполнения, то есть для создания физического объекта по такому описанию, оно интерпретируется специальной программой (интерпретатором или транслятором) и превращается в другое описание, на языке команд конкретного процессора (как правило, там даже несколько таких интерпретаций на языки разных уровней – ассемблер, байт-код, микрокод,…). Но результат такой интерпретации (программа в кодах процессора архитектуры x86, например) – это всё равно описание физического объекта, создающегося по этому описанию только в момент исполнения программы.

Сами языки высокого уровня задаются своими спецификациями, стандартами. Вы можете легко найти для любого языка программирования как «официальные» стандарты, задающие их, так и многочисленные учебники, учебные курсы, пособия, справочники – всё это тоже описания языков, то есть мета-описания по отношению к работающей программе.

Обратите внимание, что тут мы снова можем столкнуться с множественностью смыслов приставки мета-! Описание языка программирования – это мета-уровень по отношению к программе, написанной на этом языке. Но в то же самое время данные об этой программе(например, данные о версии исходного кода в системе управления версиями Git) – тоже являются мета-данными для этой программы.

Наконец, сама официальная формальная спецификация языка программирования пишется на специальном языке. Синтаксис языка программирования может быть описан на языке форм Бэкуса — Наура (https😕/ru.wikipedia.org/wiki/Форма_Бэкуса_—_Наура) , а вот семантику обычно описывают на языке математических формул и на специальном диалекте (подмножестве) естественного языка. Это ещё один шаг вверх по лестнице мета-языков.