形式语言与自动机理论是盘算机科学与技术领域的三大基础理论之一。它被广泛应用于机械语言、编译原理、自动控制、图像处置惩罚当中，是法式设计语言编译器最重要的也是必不行少的理论支撑。近年来，随着人工智能的快速生长，有限自动机理论当中的“图灵机、图灵测试”历久弥新，焕发出了新的生命力。
盘算机科学与工程学院陈文宇教授牵头，周益民教授、余盛季副教授配合教学的《有限自动机理论》是夯实研究生学术功底，构筑坚实理论基础的重要课程。要学好这门课程并不容易，一方面教学内容高度抽象，难以快速直接地找到具象场景；另一方面课程知识容量多、难度大，为学生深刻理解理论内在机理带来了不小的挑战。
在课程组教师们的不懈努力下，这门课程逐渐变得有趣起来。在教学运动中，课程组摒弃了繁琐的定理证明历程，引导学生思考解决问题的要领、拓展学生解决问题的思路，实实在在地提升了学生的创新思维能力。
陳文宇教授爲學生授課
夯實理論基礎，增強創新後勁
“研究生的适应能力以及创新能力在很洪流平上取决于坚实的理论基础和专业基础知识，这是高质量研究生教育的重要特征之一。”陈文宇教授指出，“在盘算机科学技术突飞猛进、专业知识日新月异的时代，只有扎实掌握专业的盘算机理论基础，才气打好进行缔造性研究的基础”。
课程组认为，盘算机科学与技术学科强调盘算思维能力、算法设计与分析能力、法式设计与实现能力，进一步强调对盘算机系统的认知、分析、设计和运用能力。这些都是盘算机学科区别于其他学科的重要特征。理论基础知识是盘算机科学与技术的真正灵魂。
本科阶段，盘算机专业学生以视察、描述、比力、分类、推断、应用、缔造等科学思维历程为主，强调自学能力的再培养。到了研究生阶段，需要进一步增强逻辑思维训练、增强创新实践能力。这也就意味着，研究生需要越发宽厚坚实的理论基础。盘算理论是研究使用盘算机解决盘算问题的数学理论，而自动机理论正是其三大焦点领域之一，是学习盘算理论的良好起点。
有限自动机理论不仅能提高学生的感知能力，也能提高思维的敏捷性，使学生考虑问题仔细、严谨、周密、有理有据；可以由具体形象思维逐渐向抽象思维过渡，从而促进逻辑思维和缔造力的生长；可以使逻辑思维历程清晰化、条理化、整体化，从而提高推理、判断、分析问题息争决问题的能力。为此，课程组十分注重引导学生深刻认识夯实理论的重要意义，勉励学生不仅要知其然，更要知其所以然，同时勉励学生拿出迎难而上的勇气！
啓發心靈智慧，闡釋迷人思想
怎么让学生知其所以然呢？课程组的答案是：“思想！”
“我们要努力让学生感受到，盘算理论并不神秘，也不令人厌烦，而是容易理解的，甚至是有趣的。”陈文宇教授告诉学生，“盘算理论中包罗许多迷人而重要的思想，要体会、感悟思想的闪光，而且体会大师们当初发现这些思想而获得的极大的乐趣”。
诚然，富厚的课程内容中会有许多琐碎的细节，但课程组提醒同学们，要抓住思想，而不要陷入细节的单调乏味当中。同学们在学习历程中，既可以罗致盘算机源头理论其时提出、生长、演进的知识体系，又可以结合现代人工智能生长，从古典理论中唤起好奇、启发思维。
“形式语言”是该课程的第二章。生动讲述形式语言与自动机的生长历程，是资助研究生理解其背后思想的重要途径和典型案例。语言学家喬姆斯基（Chomsky）是最早從産生語言的角度研究語言的著名學者，並提出了具有革命意義的“轉換生成語法”。他的貢獻在形式語言理論發展中具有至關重要的作用。
险些是在同一时期，数学家克林（Kleene）从识别语言的角度来研究语言，给出了语言的另一种描述方式。他建设了自动机模型来识别（接收）一个语言：凭据某种识别规则结构自动机，该自动机就界说了一个语言，该语言由自动性能够识此外所有字符串组成。
语言的两种差异的界说方式进一步引起了人们的研究兴趣。1959年，乔姆斯基将他本人的形式语言的研究结果和克林的自动机研究结果结合起来，不仅确定了文法和自动机划分从发生和识别角度界说语言，而且证明了文法与自动机的等价性。形式语言与自动机理论才真正降生，并被置于数学的光线之下。
如此这般，从“思想史”的角度向學生展示“思想”的嬗變脈絡，既讓學生直擊課程的焦点和精髓，又以故事化的方式激發了學生的興趣，取得了良好的課堂教學效果，贏得了學生的點贊。
遵循教學規律，循序漸進學習
《有限自动机理论》课程共有六章，划分是基础知识、形式语言、有限狀態自動機、正則語言、下推自動機、圖靈機。內容有難度，但課程組自有妙招引導學生漸入佳境。
在第一章基础知识中，課程組系統、简要地介紹有限自動機理論中所需的數學基礎知識，包罗荟萃及其運算、關系、證明的要领、圖與樹的看法，以及語言、常用術語、形式語言與自動機的發展概況等，既是複習基礎知識，也开端介紹了形式語言的看法。隨後的各章節逐步深入，由易到難，引導學生拾級而上、節節攀升。在涉及難點內容時，老師會通過多種要领幫助學生深刻理解。
有限状态自动机、下推自動機、图灵机是课程的三大重点，也是难点所在。尤其是自动机与文法之间的对应等价关系理论，常令学生绞尽脑汁。这是因为，学生一般对于结构自动机比力感兴趣，因为它可以唤起学生的工程实践兴趣。但是，证明自动机与文法之间的等价关系是从理论到理论的推导，需要构建抽象的思维，而且是离散的抽象历程。在这里，课程组讲得细致深入，并给学生留下消化吸收的时间。
有限状态自动机最主要的体现形式是状态转换图。在解说这部门内容时，课程组利用今天的盘算机绘图语言dot，并结合Graphviz绘图情况，引导学生通过法式设计的措施让盘算机轻松绘制体现力强的状态转换图。这一历程既训练了学生对正则表达式的读取、理解，又利用自动机的结构要领进行了形式化描述，最后通过法式设计到达自动出图的效果，形成了教与学的闭环。
利用栈进行简朴左右括号匹配的算法是学生已经掌握的算法技术，到了研究生阶段，通过进一步学习，学生开始了解接纳下推自动机进行括号匹配的字符串检测也是不错的便利方式。老师在教学中引导学生进一步考虑括号的嵌套层数，建设对“广义表”表达深度的等价关系，引申出下推自动机栈的最大使用深度对应的深度信息。这是一个循序渐进的历程，课程组通过“元认知”推广到一般情形的教学要领，使学生的接受度大大提高。
在教学要领上，课程组还把线上线下学习结合起来，学生可以在线上预先学习基本知识，了解专业术语，思考自动机的一般理论和要领。线下课堂教学重在论述难点和要点，特别是对各自动机的结构历程、相关的算法思想进行深入解析，重在课堂交互和深入研讨，引导学生思考，保持课堂教学的流畅度。老师还通过对学习历程的设计，督促学生对基本知识点透彻掌握，引导学生不要把注意放在奇、难、怪的题目上。
“我们的目标是培養學生掌握文法、産生語言，利用三大自動機接收語言，進一步利用自動機進行原始基礎的1-進制、2-進制四則運算。”周益民教授說，“我期望這門課程不僅讓學生掌握三大自動機的構造，更要引導學生用心體會幾十年來計算機學人定義和發明各類自動機的心路曆程，爲研究生樹立科技創新的勇氣和路徑參考！”
2018级研究生张旭体现，“在研究生一年级期间，怀揣着对人工智能理论和形式语言的热情学习了这门课程。老师授课很诙谐，能把比力困难的问题通俗地解释给同学们。”2019级研究生余红体现，“老师上课解说知识点详细透彻，对难以理解的地方会深入分析，努力让学生学懂弄通。”
“講課首先要有趣，並激發學生的興趣！”余盛季副教授体现，課程組一直在努力引導學生掌握問題求解的思想和要领，領略理論在高度抽象和形式化下的優美和樂趣，使這些枯燥的內容鮮活起來，使學生自己能夠創造“思路”和“想法”。
爲此，課程組逐步將科學思維過程融入學生的知識結構之中，引導學生通過比較、觀察，把新法則納入到原有法則系統中，構成緊密聯系和融彙貫通的知識網絡；在課堂互動中，善于針對學生情況，提出啓發性的問題，讓學生主動思考、理解、掌握問題要點，並培養學生分析問題息争決問題的能力。
課程組很重視“課程思政”建設，引導學生塑造正確的世界觀、人生觀、價值觀。而越接近專業性的思政教育，越能打動學生的內心。
在回顧有限自動機的發展曆程時，課程組不僅講圖靈、喬姆斯基、巴赫等爲機器識別語言及早期人工智能的發展作出過突出貢獻的科學各人，引導學生感受他們的創新思維和科學精神，也著重講述姚期智院士等最近20年作出重要學術貢獻的華人科學家的故事，增強同學們追求卓越、攀登岑岭的信心。
提出“Dolev-Yao模型”的姚期智院士，用形式化模型討論分析密碼協議的宁静性，並首次證明了“量子圖靈機模型”與“量子電路模型”的等價性，爲圖靈機的現實應用找到了理論依據。
“可以預見，未來在科學領域將有更多的中國科學家走在時代前列。”課程組老師鼓勵同學們，要從姚期智院士等科學家的奮鬥曆程中罗致力量，勇敢迎接挑戰，砥砺奮進、勇毅前行。
陳文宇教授在課堂上推導證明
學生在課堂上認真聽講
課堂上講解重點難點內容“圖靈機”
周益民教授在課堂授課
余盛季副教授與學生互動
浸潤學生心靈，爲國鑄魂育人
