[論文レビュー] A Note on Semantics (with an Emphasis on UML)

Bernhard Rumpe⋆|Sep 24, 2014

Logic, programming, and type systems参考文献 17被引用数 11

ひとこと要約

本稿では、UMLを焦点として、テキスト的および図式的表記法の両方における意味論を統一的に定義するフレームワークを提案する。入出力動作を用いた階層的メーリオオートマトンの形式的定式化により、明確な仕様および実装意味論を定義し、新しい言語の意味論定義を導く分類体系を提供する。

ABSTRACT

This note clarifies the concept of syntax and semantics and their relationships. Today, a lot of confusion arises from the fact that the word "semantics" is used in different meanings. We discuss a general approach at defining semantics that is feasible for both textual and diagrammatic notations and discuss this approach using an example formalization. The formalization of hierarchical Mealy automata and their semantics definition using input/output behaviors allows us to define a specification, as well as an implementation semantics. Finally, a classification of different approaches that fit in this framework is given. This classification may also serve as guideline when defining a semantics for a new language.

研究の動機と目的

• ソフトウェア工学および形式的技法における「意味論」の曖昧な使用を明確化すること。
• テキスト的および図式的言語の両方に適用可能な一般的かつ形式的な意味論定義のアプローチを確立すること。
• 階層的メーリオオートマトンの形式的定式化を通じて、明確な入出力動作意味論を有するフレームワークの提示。
• 新しいドメイン固有言語の意味論定義を支援するための意味論アプローチの分類を提供すること。
• 形式的仕様および実装意味論を通じて、UMLおよび類似のモデリング言語における正確な動作意味論を支援すること。

提案手法

• 階層的メーリオオートマトンにおける入出力動作関係を用いた意味論の定義。
• 形式的状態遷移系を用いて、仕様および実装意味論の両方をモデル化する。
• 二層構造の意味論モデルの導入：上位レベルの仕様動作を扱う層と、実装レベルの動作を扱う層。
• 入力に基づいた状態遷移および出力生成を記述するための形式的記法の適用。
• 提案されたフレームワーク内での既存の意味論アプローチの分類により、その一般性と適用可能性を示す。
• フレームワークを用いて、モデルの動作意味論とその実行可能実装の意味論の区別を行う。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 テキスト的および図式的モデリング表記法の両方において、意味論を一貫して定義する方法は何か？
• RQ2 モデル指向開発における、仕様意味論と実装意味論を区別する形式的基準は何か？
• RQ3 階層的メーリオオートマトンは、UMLにおける明確な動作意味論を定義する基盤としてどのように機能するか？
• RQ4 統一的形式的フレームワーク内で、意味論アプローチの分類はどのように可能か？
• RQ5 新しいドメイン固有言語の意味論定義に役立つガイドラインは何か？

主な発見

• 提案されたフレームワークは、入出力動作関係を用いて、仕様意味論と実装意味論を明確に区別できた。
• 階層的メーリオオートマトンの形式的定式化により、複雑なモデルに対する正確な意味論定義が可能になった。
• 共通の意味論基盤を用いることで、本フレームワークはテキスト的および図式的表記法の両方をサポートした。
• 意味論アプローチの分類が確立され、将来の言語設計の参考となった。
• UMLおよび関連モデリング言語への適用を通じて、実用的有用性が検証された。
• 動作同値性およびトレース意味論に基づき、新しいモデリング言語における意味論定義の再利用可能なガイドラインが提供された。