[論文レビュー] A prototype of a knowledge-based programming environment

Stef De Pooter, Johan Wittocx+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 29, 2011

Logic, Reasoning, and Knowledge参考文献 5被引用数 6

ひとこと要約

この論文では、宣言的背景知識、命令的手続き、具体的なデータ構造を、複数の推論タスクを用いて統合する知識ベースプログラミング環境である declimp を提案する。語彙、理論、構造を一等級のエンティティとして扱うことで、モデル拡張、制約解決、可視化を含む柔軟でモジュラーなプログラミングが可能となり、Sudokuパズル生成のような複雑なアプリケーションにおけるコードの保守性と再利用性が著しく向上する。

ABSTRACT

In this paper we present a proposal for a knowledge-based programming environment. In such an environment, declarative background knowledge, procedures, and concrete data are represented in suitable languages and combined in a flexible manner. This leads to a highly declarative programming style. We illustrate our approach on an example and report about our prototype implementation.

研究の動機と目的

• 単一パラダイムのプログラミングの限界を克服するため、手続き的論理、宣言的知識、データを別個の、合成可能なコンポーネントに分離すること。
• モデル生成、制約解決、モデル検査などの複数の推論タスクを統合された環境内でサポートすることで、柔軟な推論を可能にすること。
• 各情報タイプ（知識、データ、手続き）をそれぞれ最も適した言語で表現できるようにすることで、ソフトウェアの保守性と再利用性を向上させること。
• 従来の論理的または命令的パラダイムを超えた、複数形式の推論プログラミングモデルの実現可能性を示すプロトタイプシステムを提供すること。

提案手法

• システムは、手続き、語彙、論理理論、データ構造の各ブロックを明確に分離した、'宣言的'と'命令的'な要素を組み合わせた言語である declimp を使用する。
• 背景知識は、帰納的定義、集約、部分関数、算術を拡張した順序ソート第一階論理で表現される。
• 具体的なデータは、語彙上の三値論理的構造としてモデル化され、不完全または不確実な情報を明示的に表現可能となる。
• 手続きは実行を制御し、modelExpand などの高レベルな呼び出しにより、モデル拡張、モデル検査、制約伝播などの推論タスクを調整する。
• ネームスペースと include ステートメントを用いて、対話的実行とファイルベースのモジュラープログラミングをサポートする。
• プロトタイプ実装により、反復的モデル比較を用いて一意の解を持つことを保証するSudokuパズルジェネレータでのアプローチの有効性が示された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにして、モデル生成、定理証明、制約解決といった複数の推論形式を、単一で統合されたフレームワーク内でサポートできるか？
• RQ2 手続き的論理、宣言的知識、データ構造を分離することで、コードの保守性と再利用性がどの程度向上するか？
• RQ3 語彙、理論、構造を一等級のエンティティとして扱うシステムは、従来の論理的または命令的言語に比べ、より柔軟で直感的なプログラミングを可能にするか？
• RQ4 反復的モデル拡張を用いて、Sudoku などの制約ベースドメインで最小限で一意に解けるパズルを生成するにはどうすればよいか？

主な発見

• declimp 環境は、手続き的制御と推論メカニズムを明確に分離し、モデル拡張や制約伝播といった多様な推論タスクを手続きが調整可能であることを実証した。
• 帰納的定義と集約を拡張した古典論理の使用により、Sudoku の制約のような複雑な背景知識を簡潔かつ直感的に表現できるようになった。
• プロトタイプは、反復的モデル比較（2つのモデルを比較して差異を特定する）が、一意の解を保ちながらパズルを段階的に埋め込むために使用できることを示した。
• システムは、反復的モデル拡張と差異を示すエントリの選択を繰り返すことで、一意のSudokuパズルを生成する機能的で対話的なプロトタイプを達成した。
• 理論と構造を一等級のエンティティとして扱うことで、独立して合成可能で再利用可能なモジュラーなコンポーネントを実現でき、それらを独立して推論可能とした。