地理計(jì)算語言（G語言）是新型地理計(jì)算模式的核心。在傳統(tǒng)的程序開發(fā)領(lǐng)域，編程語言是一種人與計(jì)算機(jī)溝通的工具，具有嚴(yán)密的語法規(guī)則和完整的編譯環(huán)境。這種機(jī)器思維的門檻使得程序開發(fā)并非易事，程序開發(fā)人員需經(jīng)過長期的訓(xùn)練方能具備機(jī)器思維能力。G語言出現(xiàn)的初衷就是降低使用者（開發(fā)者）的應(yīng)用難度，讓不熟悉軟件開發(fā)和GIS軟件使用的人都能完成地理分析。

G語言本質(zhì)上屬于編程語言。目前流行的高級(jí)編程語言有幾十種之多，大體可分為以下四類：

這種編程語言是基于動(dòng)作的語言，以馮·諾伊曼計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)為背景。機(jī)器語言及匯編語言是最早的命令式語言。在這種語言中，計(jì)算機(jī)被看做是動(dòng)作的序列，程序就是用語言提供的操作命令編寫的一個(gè)操作序列。用命令式程序設(shè)計(jì)語言編寫程序，就是描述解題過程中每一步的過程，程序的運(yùn)行過程就是問題的求解過程，因此也稱為過程式語言。

目前流行的大多數(shù)語言都是這一類型，如 Fortran、Pascal、Cobol、C、C++、Basic、Ada、Java、C# 等，此外，各種腳本語言也被看作是此種類型。

▲ VB語言

這是一種非馮·諾伊曼式的程序設(shè)計(jì)語言，其主要成分是原始函數(shù)、定義函數(shù)和函數(shù)型。這種語言具有較強(qiáng)的組織數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的能力，可以把某一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（如數(shù)組）作為單一值處理；可以把函數(shù)作為參數(shù)，其結(jié)果也可為函數(shù)，這種定義的函數(shù)稱為高階函數(shù)，程序就是函數(shù)，程序作用在結(jié)構(gòu)型數(shù)據(jù)上，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)型結(jié)果，從根本上改變了馮·諾伊曼式語言的“逐詞”工作方式。這種語言非常適合于進(jìn)行人工智能等工作的計(jì)算。

典型的函數(shù)式語言有 Lisp、Haskell、ML、Scheme 、F#等。

▲ Haskell語言

這是一種面向演繹推理的邏輯型程序設(shè)計(jì)語言，其語義基礎(chǔ)是基于一組已知規(guī)則的形式邏輯系統(tǒng)。這種語言主要用在專家系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)中，最著名的邏輯式語言是 Prolog。

▲ Prolog語言

這種語言是一類以對(duì)象作為基本程序結(jié)構(gòu)單位的程序設(shè)計(jì)語言，用于描述的設(shè)計(jì)是以對(duì)象為核心，而對(duì)象是程序運(yùn)行時(shí)刻的基本成分。語言中提供了類、繼承等成分，有認(rèn)識(shí)性、多態(tài)性、類別性和繼承性四個(gè)主要特點(diǎn)。目前主流的編程語言都提供面向?qū)ο蟮闹С?，但有些語言是直接建立在面向?qū)ο蠡灸Ｐ蜕系模Z言的語法形式就是基本對(duì)象操作，主要的純面向?qū)ο笳Z言是 Smalltalk。

▲ Smalltalk語言

編程語言發(fā)展到目前，盡管從第一代機(jī)器語言到現(xiàn)在的高級(jí)語言已取得了長足的進(jìn)步，但也應(yīng)該看到能夠真正掌握編程技能解決問題的畢竟是少數(shù)人。用編程語言開發(fā)自己需要的系統(tǒng)以解決工作、學(xué)習(xí)和生活上的問題，對(duì)大多數(shù)人來說仍然是件非常困難的事。這說明：編程語言的大眾化工作任重而道遠(yuǎn)。

分析深層次的原因會(huì)發(fā)現(xiàn)，目前的編程語言從本質(zhì)上講仍然是一種機(jī)器思維的語言，其基本特征就是邏輯嚴(yán)密，而人們?nèi)粘＝涣鞯淖匀徽Z言盡管有邏輯性，但不嚴(yán)密。為此，對(duì)于初學(xué)編程的用戶來說，他們必須通過大量的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練才能將自然思維轉(zhuǎn)化為機(jī)器思維，也就是說他們需要去學(xué)習(xí)特定的程序語言，記憶一些固定、嚴(yán)格的語法規(guī)則，學(xué)習(xí)用軟件工程的方法將現(xiàn)實(shí)的需求轉(zhuǎn)換為程序描述，需要考慮如何設(shè)計(jì)系統(tǒng)，如何選擇組件，如何讓不同的組件協(xié)調(diào)工作。這種由自然思維模式到機(jī)器思維模式的轉(zhuǎn)變，對(duì)大多數(shù)人來說具有很大的挑戰(zhàn)性，這就導(dǎo)致大部分用戶雖然經(jīng)過一段時(shí)間的訓(xùn)練，還是不能通過編程語言來開發(fā)系統(tǒng)、解決問題。

綜上所述，目前的編程語言仍然是一種機(jī)器思維語言，若不從根本上改變這種狀況，編程對(duì)大多數(shù)人來說仍然是一個(gè)遙不可及的夢(mèng)。

所謂最終用戶編程就是讓沒有軟件開發(fā)基礎(chǔ)的用戶運(yùn)用他們自己的領(lǐng)域知識(shí)去開發(fā)軟件，最終用戶既是開發(fā)者也是使用者，他們對(duì)自己的需求是最明確的，不會(huì)存在溝通的問題。采用最終用戶編程所開發(fā)的程序是最終用戶自己所能理解和看懂的，在軟件維護(hù)過程中，最終用戶也就能了解整個(gè)軟件的不足，縮短維護(hù)周期。

此外，在傳統(tǒng)軟件開發(fā)過程中，軟件供不應(yīng)求是另一個(gè)長期面臨的問題，軟件的開發(fā)速度和生產(chǎn)率永遠(yuǎn)達(dá)不到用戶的需要。由于最終用戶編程能讓更多的用戶自行開發(fā)自己需要的軟件，這會(huì)使軟件開發(fā)的速度提高、周期縮短。

目前，面向最終用戶編程有程序合成（Program  Synthesis）、模型驅(qū)動(dòng)（Model Driven Development）、簡(jiǎn)捷編程（Sloppy Programming）以及領(lǐng)域特定語言（Domain-Specific  Language）四種方法。其中，領(lǐng)域特定語言（Domain Specific Language,DSL）是針對(duì)某一特定領(lǐng)域具有受限制表達(dá)性的一種編程語言，其基本思想是“求專不求全”。與一般通用編程語言不同，其目標(biāo)范圍不是涵蓋一切軟件問題，而是專門針對(duì)某一特定問題的計(jì)算機(jī)語言。領(lǐng)域特定語言的首要目的是使程序盡可能地接近業(yè)務(wù)領(lǐng)域中的問題，從而消除不必要的間接性和復(fù)雜性。由于領(lǐng)域特定語言針對(duì)特定領(lǐng)域，它能更簡(jiǎn)潔、清晰、系統(tǒng)地描述需求的意圖，從而提高開發(fā)效率，使開發(fā)過程更加輕松。

DSL的最大特點(diǎn)是該語言是一種描述性的語言，只是說明想要什么，而不像通用編程語言（如C，Python）那樣，要詳細(xì)寫出一步步如何做和實(shí)現(xiàn)。Debasish Ghosh總結(jié)了兩點(diǎn)領(lǐng)域特定語言與通用編程語言的差異。

第一、DSL為用戶提供了更高層次的抽象，這使得用戶不用去關(guān)心諸如特殊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或低層次實(shí)現(xiàn)等細(xì)節(jié)，而僅僅去著手解決當(dāng)下的問題即可。

第二、DSL對(duì)于其關(guān)注的領(lǐng)域提供了有限的詞匯，它不用像通用編程語言那樣為特定的建模領(lǐng)域提供額外的幫助。

以上這兩點(diǎn)使得DSL更合適非程序員的領(lǐng)域?qū)＜沂褂?。也正是這些特性，通過DSL能在更高抽象級(jí)直觀地表達(dá)應(yīng)用問題，能在領(lǐng)域級(jí)完成需求確認(rèn)，實(shí)現(xiàn)有效的復(fù)用。同時(shí)，又能通過工具支持和領(lǐng)域知識(shí)復(fù)用，使許多從規(guī)范說明到可執(zhí)行代碼的轉(zhuǎn)換任務(wù)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，讓先進(jìn)技術(shù)能在更廣范圍內(nèi)使用，避免因開發(fā)人員技能水平差異帶來大的起伏，從而顯著提高軟件開發(fā)效率和質(zhì)量，加快產(chǎn)品開發(fā)速度，滿足應(yīng)用多變的需求。

DSL相關(guān)的研究已經(jīng)持續(xù)了較長一段時(shí)間，并取得了一定的研究成果，主要的DSL有：

通常，編程語言的目標(biāo)群體為程序員（使用C#或VB.net）或具有一定編程能力的業(yè)務(wù)人員（使用Python或R語言），而G語言的目標(biāo)群體是那些不具備編程能力的大部分業(yè)務(wù)人員。對(duì)于這些用戶，只要熟悉自己的業(yè)務(wù)，對(duì)GIS有基本的了解，即可應(yīng)用G語言解決地理計(jì)算問題。

既然G語言的用戶群體為不具備編程能力的業(yè)務(wù)人員，為了減少他們學(xué)習(xí)G語言的難度，G語言的語法規(guī)則應(yīng)簡(jiǎn)潔明了、易于學(xué)習(xí)、便于記憶，以便他們能夠快速理解和掌握。

G語言應(yīng)提供足夠多的信息，以保證業(yè)務(wù)人員能夠?qū)λ褂没蛱幚淼牡乩碛?jì)算任務(wù)從方法、模型到參數(shù)含義都能夠有充分的理解，便于知識(shí)的共享與傳播。

為了保證地理計(jì)算的質(zhì)量，G語言需要提供一系列的手段，以保證地理計(jì)算過程的可驗(yàn)證和可追溯性。

為了降低普通業(yè)務(wù)人員使用G語言的難度，G語言在形式上利用Word文檔中的表格進(jìn)行地理計(jì)算過程的表達(dá)。換句話說，使用G語言編程只需要人們按照G語言的簡(jiǎn)單規(guī)則填寫表格即可。

G語言應(yīng)是一種跨越GIS平臺(tái)的地理計(jì)算過程描述語言，雖然具體的地理計(jì)算是通過現(xiàn)有GIS平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)，但GIS語言中所使用的關(guān)鍵詞與具體的GIS平臺(tái)無關(guān)，任何GIS平臺(tái)只要實(shí)現(xiàn)了G語言所設(shè)定的關(guān)鍵詞即可使用G語言進(jìn)行地理計(jì)算。對(duì)于不同的GIS平臺(tái)（如ESRI的ArcGIS或超圖的SuperMap），只要利用這些平臺(tái)所提供的二次開發(fā)庫實(shí)現(xiàn)了G語言ArcGIS版本或SuperMap版本的解釋器，就可以利用G語言完成各種地理計(jì)算。這樣，對(duì)于普通業(yè)務(wù)人員來說，若想進(jìn)行地理計(jì)算，只需掌握G語言而無需掌握GIS平臺(tái)的具體操作，這無疑會(huì)降低學(xué)習(xí)GIS的成本和應(yīng)用門檻。

▲ G語言地理計(jì)算任務(wù)描述

由于G語言主要是面向最終用戶的領(lǐng)域特定語言，該語言的使用者為最終用戶，而最終用戶通常沒有編寫程序的經(jīng)驗(yàn)，傳統(tǒng)編程語言中的術(shù)語，如過程、函數(shù)，語句等對(duì)他們來說是難以理解的，為此，在G語言中采用地理工程、地理計(jì)算任務(wù)和地理計(jì)算項(xiàng)等面向業(yè)務(wù)領(lǐng)域、易于理解的概念或術(shù)語，方便使用。

指一項(xiàng)涉及地理空間分析與研究的復(fù)雜計(jì)算項(xiàng)目，如國土空間規(guī)劃“雙評(píng)價(jià)”、雙評(píng)估，各類環(huán)境評(píng)價(jià)等。從程序設(shè)計(jì)角度來看，G語言中的地理計(jì)算工程相當(dāng)于傳統(tǒng)編程語言中的應(yīng)用程序項(xiàng)目。

對(duì)于一項(xiàng)地理計(jì)算工程來說，由于涉及內(nèi)容較多，通常將其按專業(yè)或處理分析相關(guān)性將一項(xiàng)地理計(jì)算工程劃分為若干地理計(jì)算任務(wù)，以便地理計(jì)算工作合理、有序地開展。如對(duì)于國土空間規(guī)劃“雙評(píng)價(jià)”來說，將其可分為土地資源評(píng)價(jià)、水資源評(píng)價(jià)等20多個(gè)計(jì)算任務(wù)。地理計(jì)算任務(wù)的概念對(duì)應(yīng)于傳統(tǒng)編程語言中的過程或函數(shù)。

為了方便對(duì)地理計(jì)算任務(wù)的管理，可將地理計(jì)算任務(wù)劃分為若干地理計(jì)算任務(wù)組，如在國土空間規(guī)劃“雙評(píng)價(jià)”中，將20多個(gè)地理計(jì)算任務(wù)劃分為單項(xiàng)評(píng)價(jià)，集成評(píng)價(jià)，綜合評(píng)價(jià)、對(duì)比分析等多個(gè)組。地理計(jì)算任務(wù)組的概念對(duì)應(yīng)于傳統(tǒng)編程語言中由函數(shù)構(gòu)成的模塊。

對(duì)于一個(gè)地理計(jì)算任務(wù)來說，它是由若干地理計(jì)算項(xiàng)組成的，每個(gè)地理計(jì)算項(xiàng)可以單獨(dú)完成一項(xiàng)空間分析工作，如緩沖區(qū)分析，疊置分析，矢量數(shù)據(jù)柵格化等。從程序設(shè)計(jì)角度來看，G語言中的地理計(jì)算項(xiàng)相當(dāng)于傳統(tǒng)編程語言中的執(zhí)行語句。

▲ G語言基本術(shù)語的關(guān)系