پارسر انتقال کاهش

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو

در علوم کامپیوتر، تجزیه انتقال کاهش روش تجزیه‌ای است کارا، پایین به بالا و مبتنی بر جدول که برای زبانهای کامپیوتری و سایر زبانهای فرمال قابل استفاده می‌باشد. رایج ترین روش تجزیه امروز روش‌های تجزیه انتقال کاهش هستند. (انواع روش‌های LR) روش‌های تجزیه تقدم نیز که قبل از اختراع LR استفاده می‌شدند از انتقال کاهش بهره می‌بردند. همه پارسرهای انتقال کاهش اثر ظاهری مشابهی به صورت ساخت افزایشی درخت تجزیه یا فراخوانی عمل خروجی خاصی دارند. بررسی ظاهری یک پارسر LR بدون در نظر گرفتن جزییات ریاضی ساخت جدول آن بهترین مثال برای فهمیدن برخی ویژگی‌های عمومی انتقال کاهش است.

درخت تجزیه برای مثال A = B + C * ۲[ویرایش]

یک پارسر انتقال کاهش رشته ورودی را بدون بازگشت به عقب در یک راستا خوانده و تجزیه می‌کند. (جهت خواندن معمولاً از چپ به راست در هر خط و از پایین به بالا برای چند خط است) پارسر درخت تجزیه را به مرور از پایین به بالا و از چپ به راست بدون حدس یا بازگشت به عقب تشکیل می‌دهد. پارسر در هر نقطه از مسیر یک لیست از زیر درخت‌ها یا رشته‌های تجزیه شده را ذخیره می‌کند. زیر درخت‌ها تا زمانی که پارسر به به انتهای دست راست عبارت نحوی نرسیده با یکدیگر ترکیب نمی‌شوند.

پرونده:Shift-Reduce Parse Steps Numbered.svg
درخت تجزیه پایین به بالای انتقال کاهش

همانگونه که در قسمت سایه دار موجود در تصویر معلوم است در مرحله هفتم مثال تجزیه، فقط “A = B +” تجزیه شده است و هیچ یک از گره‌های هشتم به بالا در این مرحله وجود ندارند. گره‌های اول، دوم، ششم و هفتم ریشه زیر درخت‌های پوشش دهنده گره‌های یک تا هفت هستند. گره یک متغیر A، گره دو عملگر =، گره شش جمع وند B و گره هفتم عملگر + است. این چهار گره ریشه موقتاً در یک پشته تجزیه نگهداری می‌شوند. قسمت باقی‌مانده ورودی “C * ۲” است.
همانگونه که از نام پارسر پیداست، این روش تجزیه بر مبنای یک سری عملیات انتقال و کاهش انجام می‌شود.

  • عمل انتقال باعث پیشرفت در ورودی شده و همچنین به ایجاد یک گره در درخت می‌انجامد.
  • عمل کاهش باعث تایید درخت جدید ایجاد شده با گرامر و ترکیب زیردرخت‌ها با هم به وسیله یک ریشه جدید می‌شود.

این مراحل تا زمانی که رشته ورودی تمام شود و تمام زیر درخت‌ها به هم متصل شوند و یک درخت کامل با یک گرامر یکسان به وجود آورند توسط پارسر ادامه می‌یابد.

گام‌های تجزیه برای مثال A = B + C * ۲[ویرایش]

در هر مرحله از تجزیه رشته ورودی به سه قسمت تقسیم می‌شود: پشته تجزیه، نماد فعلی lookahead و متن خوانده نشده. کار بعدی پارسر با توجه به راست ترین عنصر پشته و lookahead مشخص می‌شود. کار از جدولی که تمام ترکیبات مجاز عناصر پشته و lookahead را در بردارد خوانده می‌شود.

<tbody></tbody>

مرحله پشته تجزیه Look
Ahead
اسکن نشده عمل تجزیه
0 empty id = B + C*2 انتقال
1 id = B + C*2 انتقال
2 id = id + C*2 انتقال
3 id = id + C*2 کاهش به وسیله Value ← id
4 id = Value + C*2 کاهش به وسیله Products ← Value
5 id = Products + C*2 کاهش به وسیله Sums ← Products
6 id = Sums + C*2 انتقال
7 id = Sums + id *2 انتقال
8 id = Sums + id * 2 کاهش به وسیله Value ← id
9 id = Sums + Value * 2 کاهش به وسیله Products ← Value
10 id = Sums + Products * 2 انتقال
11 id = Sums + Products * int eof انتقال
12 id = Sums + Products * int eof کاهش به وسیله Value ← int
13 id = Sums + Products * Value eof کاهش به وسیله Products ← Products * Value
14 id = Sums + Products eof کاهش به وسیله Sums ← Sums + Products
15 id = Sums eof کاهش به وسیله Assign ← id = Sums
16 Assign eof تمام

گرامری برای مثال[ویرایش]

گرامر مجموعه‌ای از الگوها یا قواعد نحوی برای زبان ورودی است که همه قواعد از جمله اندازه اعداد، استفاده مداوم از اسم و تعاریف آن و .... را پوشش نمی‌دهد. پارسر انتقال کاهش از یک گرامر مستقل از متن استفاده می‌برد.
گرامر استفاده شده به عنوان مثال یک زیرمجموعه کوچک از دستورات زبان جاوا] یا C است:


        Assign ← id = Sums
        Sums ← Sums + Products
        Sums ← Products
        Products ← Products * Value
        Products ← Value
        Value ← int
        Value ← id

نماد پایانه‌های این گرامر نمادهایی چندحرفی یا "توکن" هستند که به وسیله یک تحلیلگر لغوی در رشته ورودی قابل شناسایی هستند. مثال فوق شامل *+= و int برای اعداد صحیح و id برای شناسه هاست. گرامر اهمیتی به مقدار int یا نحوه تلفظ id نمی‌دهد، همچنین فاصله، یا افزودن خط جدید نیز برای آن بی‌ارزش است. پارسر از نماد پایانه‌ها بی آنکه آنها را تعریف کند استفاده می‌کند. این نمادها همیشه پایین ترین قسمت یک درخت تجزیه هستند.
عناصر با حروف بزرگ همچون Sums نماد غیرپایانه هستند. این نام‌ها برای تعریف مفاهم و الگوهای زبان به کار می‌روند. اینها در گرامر زبان تعریف می‌شوند و هیچ‌گاه در ورودی اتفاق نخواهند افتاد. همیشه در قسمت‌های بالایی درخت تجزیه قرار می‌گیرند و حضور آنها به معنای پذیرفته شدن بعضی از قواعد زبان است. بعضی از پایانه‌ها می‌توانند توسط یک یا چند الگو تعریف شوند. همچنین قواعد می‌توانند به خودشان بازگردند. این گرامرها از قواعد بازگشتی برای پیاده‌سازی برخی عملیات‌های ریاضی استفاده می‌کنند. گرامر زبان‌های کامل از قواعد بازگشتی برای پرانتزگذاری، لیست‌ها، عبارات و جملات تو در تو استفاده می‌کنند.
هر زبان کامپیوتری را می‌توان به وسیله چندین گرامر تشریح کرد. یک گرامر برای پارسر انتقال کاهش می‌بایست بی ابهام باشد یا با قواعد اولویت tie-breakingتقویت شده باشد. این بدان معنی است که تنها یک راه صحیح برای تایید یک رشته موجود در زبان وجود دارد، یک درخت تجزیه از آن می‌توان ترسیم کرد و یک دنباله منحصربه‌فرد از عملیات‌های انتقال کاهش باعث تایید آن شده است.
یک پارسر مبتنی بر جدول دانش خود از گرامر را به صورت اطلاعاتی کد شده و غیرقابل تغییر در قالب جدولی به نام جدول تجزیه ذخیره می‌کند. کد برنامه پارسر در حقیقت یک حلقه تکراری ساده است که گرامرها و زبان‌های مختلف را با توجه به این اطلاعات غیر قابل تغییر تایید می‌کند. برای روش‌های تقدم می‌توان جدول را به راحتی با دست پیاده‌سازی کرد. برای روش LR جدول به وسیله ابزارهای مولد پارسر مثل بیزون به صورت اتوماتیک از گرامر تولید می‌شود. جدول تجزیه معمولاً از گرامرهای زبان بزرگتر است. در پارسرهای دیگر که مبتنی بر جدول نیستند همچون کاهشی بازگشتی هر ساختار زبان به وسیله یک زیربرنامه که مخصوص آن دستور نحوی است تجزیه می‌شود.

فعالیت‌های پارسر[ویرایش]

کارایی پارسرهای انتقال کاهش نشات گرفته از عدم وجود عقب‌گرد و بازگشت به عقب است. زمان کل رابطه خطی با اندازه ورودی و اندازه درخت تجزیه کامل شده دارد. اما در پارسرهای دیگر که امکان بازگشت وجود دارد در صورت حدس اشتباه از مرتبه N^2 یا N^3 است.
برای جلوگیری از حدس اشتباه، پارسرهای انتقال کاهش معمولاً قبل از تصمیم گیری برای عنصر قبلی خوانده شده معمولاً عنصر بعدی را از ورودی نگاه می‌کنند. تحلیل گر لغوی یک واحد جلوتر از پارسر را پردازش می‌کند. عنصر lookahead دست راست ترین قسمت از مطالب تجزیه شده است. (بعضی از پارسرها از ۲ یا چند نماد lookahead استفاده می‌کنند)
پارسر انتقال کاهش قبل از ترکیب ساختار به دست آمده صبر می‌کند تا تمام قسمت‌های یک یا چند گرامر خوانده شده و تجزیه شود سپس به ترکیب آنها می‌پردازد. در مثال درخت تجزیه بالا در گامهای سوم تا ششم مادامی که عنصر lookahead مقدار + است، عبارت B ابتدا به Value سپس Products و در آخر به Sums کاهش می‌یابد. تصمیم گیری برای B فقط بر اساس آنچه که پارسر و اسکنر مشاهده می‌کنند است بی دغدغه از اینکه انتخاب درست است یا خیر.
کاهش جدیدترین عنصر تجزیه شده بلافاصله قبل از lookahead را شناسایی می‌کنند، از این جهت لیست تجزیه شده‌ها بسیار شبیه به پشته عمل می‌کند. این پشته از سمت راست رشد می‌کند. کف یا پایه پشته قدیمی ترین عنصر تجزیه شده یا به عبارتی سمت چپ ترین قسمت را نگهداری می‌کند درحالی که هر عمل کاهش بر روی سمت راست ترین یا جدیدترین عنصر تجزیه شده اعمال می‌شود.
هنگامی که قواعد یک گرامر شبیه
تایید می‌شود پشته درخت تجزیه “…. Products * Sums” را در بالاترین قسمت پشته تجزیه نگه می‌دارد. این نمونه پیدا شده از قواعد دست راست را دستگیره گویند. عمل کاهش دستگیره پیدا شده “…. Products * Sums” را با غیرپایانه سمت چپ که همان Large Products است جایگزین می‌کند. اگر پارسر درخت تجزیه را کامل کرد، هر سه درخت داخلی Products و *و Valueرا ترکیب کرده و به ریشه جدیدی متصل می‌کند. به عبارت دیگر جزییات معنایی درخت داخلی Products و Values خروجی برای مسیر دیگر کامپایلر است.
پارسر عملیات‌های کاهش داده شده را تا زمانی که یک گرامر مشابه دیگر پیدا کند در بالای پشته نگه داری می‌کند. هرگاه که دیگر نتوانست عمل کاهش دیگر انجام دهد lookahead را به داخل پشته انتقال می‌دهد، یک lookahead جدید پیدا می‌کند و مجدداً از اول شروع می‌کند.

انواع پارسرهای انتقال کاهش[ویرایش]

جدول تجزیه نشان می‌دهد که برای هر lookahead و عنصر اول پشته مجاز در مرحله بعد چگونه باید عمل شود. عمل می‌بایست منحصربه‌فرد باشد، چه کاهش باشد، چه انتقال اما نه هردو. (باعث به وجود آمدن محدودیت‌های بیشر برای جلوگیری از ابهام می‌شود) جدول تفاوت میان انواع مختلف پارسرهای انتقال کاهش را نشان می‌دهد.
در پارسرهای تقدم، دستگیره از مقایسه تقدم اولویت عنصر روی پشته و عنصر lookahead به دست می‌آید. در مثال بالا int و id متعلق به زیردرخت داخلی هستند و با ; مقایسه می‌شوند. از آنجایی که اولویت هر دو آنها بیشتر از ; است بنابراین باید به چیزی کاهش یابند که به وسیله ; دنبال می شده است. روش‌های متفاوتی از پارسر تقدم وجود دارد که تفاوت آنها در پیدا کردن دستگیره و انتخاب قاعده استفاده شده دارند:

پارسرهای تقدم گرامرهای اندکی را پاسخگو هستند. آنها هنگام تصمیم گیری بسیاری از حالات پشته تجزیه را نادیده می‌گیرند. آنها به تمام عبارات مشاهده شده در گرامر توجه نکرده و بیشتر توجه آنها به بالاترین نماد است. تقدم نیازمند شکل و شمایل مشابه در هنگام استفاده و تجزیه است با این حال آن ترکیب بدون در نظر گرفتن متن رخ می‌دهد.
پارسرهای LR با استفاده از انتقال کاهش انعطاف‌پذیری بالاتری دارند و گرامرهای بیشتری را پوشش می‌دهند. پارسرهای LR همچون یک ماشین وضعیت هستند که توابع انتقال آن عمل کاهش یا انتقال است. آنها از یک پشته استفاده می‌کنند که عنصر lookahead را با عمل انتقال به آن می‌فرستند. این پشته به وسیله عمل کاهش مصرف می‌شود. این مکانیسم به پارسر LR اجازه می‌دهد تا به عنوان یک ابرمجموعه پارسرهای تقدم همه گرامرهای مستقل از متن قطعی را در بربگیرد. پارسر LR به صورت کامل توسط Canonical LR پیاده‌سازی شده است. پارسرهایLook-Ahead LR و Simple LRبه سادگی پیاده‌سازی می‌شوند تا به حافظه کمی نیازمند باشند.