[論文レビュー] A visual programming language for drawing and executing flowcharts

Drazen Lucanin, Ivan Fabek|arXiv (Cornell University)|Feb 10, 2012

Model-Driven Software Engineering Techniques参考文献 11被引用数 5

ひとこと要約

本論文では、Eclipse IDE上でGMFフレームワークを用いて構築されたvIDE、すなわち視覚的プログラミング言語を提示する。このシステムは、ユーザーがフローチャートを設計することで、自動的に読みやすいPythonコードに変換する。OCLを用いたリアルタイムの制約チェックと、GOTOからWHILEへの変換アルゴリズムにより、構文的正しさと意味的明確性を保証し、プログラミング学習のための使いやすく、教育的に効果的な環境を提供する。

ABSTRACT

With recent advances in graphical user interfaces, more and more tasks on computers have become easier to perform. Out of the belief that creating computer programs can also be one of them, visual programming languages (VPLs) have emerged. The goal of VPLs is to shift a part of work from the programmer to the IDE so that the programmer can focus more on algorithm logic than the syntax of the implementation programming language. In this article, the methods required to build a VPL are presented, with an emphasis on a novel method of code generation in a WHILE language. Also, the methods for achieving basic principles of VPLs will be shown - suitable visual presentation of information and guiding the programmer in the right direction using constraints. These methods are demonstrated on an example of vIDE, a VPL based on the Eclipse integrated development environment (IDE). The design of vIDE with respect to the Eclipse Graphical Modeling Framework (GMF) is described. The concept of a flowchart graphical notation is examined in contrast with the algorithm model it maps to. Finally, the disambiguity of the model representation of an algorithm is discussed and the methods for transforming it to an actual implementation in a programming language.

研究の動機と目的

• 視覚的フローチャートによるアルゴリズム設計を可能にすることで、プログラミングの入門障壁を低減すること。
• 視覚的フローチャート表現から、自動的に正しい、読みやすいPythonコードを生成するシステムの開発。
• OCLを用いてリアルタイムの構文的および構造的制約チェックを実装し、設計段階で無効なプログラム構造を防止すること。
• 生成されたソースコードを公開することで、視覚プログラミングから従来のコード記述へのスムーズな移行を支援すること。
• 既存の接続に基づいて余分な選択肢を動的に非表示にするなど、ユーザーの意図を推論する知的UI推論により、使いやすさを向上させること。

提案手法

• vIDEシステムは、図式モデリングとレンダリングにEclipse Graphical Modeling Framework (GMF) を使用したEclipseプラグインとして実装されている。
• フローチャートは、構造化されたWHILE言語における木構造の抽象構文木としてモデル化され、曖昧さのないアルゴリズム表現が可能となる。
• GOTOからWHILEへの変換アルゴリズムは、後退接続（バックワード・ポインタ）の特定によりフローチャート内のループを検出し、ループコードの生成を可能にする。
• コード生成は、抽象構文木の深さ優先走査により実行され、各命令が対応するPython構文にマッピングされる。
• オブジェクト制約言語（OCL）を用いて、リアルタイムの構文的および構造的制約（例：自己接続の禁止）を定義・強制する。
• Javaで実装された知的UI推論により、ユーザーの意図（例：「true」分岐が既に存在する場合に「false」選択肢を非表示にする）を推定し、視覚的ごみを低減する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 視覚的フローチャート作成と正しいコード生成を両立できる視覚的プログラミング環境は、どのように設計できるか？
• RQ2 フローチャート作成段階で、構文的および意味的制約をリアルタイムに保証するメカニズムは何か？
• RQ3 視覚的プログラミングツールは、動的なUI適応によってユーザーの意図をどのように推論し、インターフェースの複雑さを低減できるか？
• RQ4 視覚的フローチャート表現を、Pythonのような構造化プログラミング言語に曖昧さなく変換できる範囲はどの程度か？
• RQ5 生成されたソースコードを公開することで、視覚的プログラミング環境が、従来のプログラミングへの移行を効果的に支援できるか？

主な発見

• vIDEシステムは、ユーザーが描画したフローチャートから、正しい、人間が読みやすいPythonコードを生成できることを、ユークリッドの互除法を用いて実証した。
• OCLによるリアルタイム制約チェックにより、自己接続などの無効な構造が防止され、使いやすさとエラー防止が向上した。
• GOTOからWHILEへの変換アルゴリズムは、後退接続の検出により、フローチャート内のループを正しく特定し、適切なWHILEループの生成を可能にした。
• 知的UI推論により、例えば「true」分岐が既に存在する場合に「false」選択肢を非表示にすることで、視覚的ごみが低減された。
• 生成されたPythonコードを公開することで、テキストプログラミングへの移行を支援する、シームレスな教育的パスが実現された。
• GMFとOCLの統合により、視覚的モデリングと形式的制約検証を両立できる、堅牢で拡張性のあるフレームワークが実現された。