[論文レビュー] An Application of Rational Trees in a Logic Programming Interpreter for a Procedural Language

Manuel Carro|ArXiv.org|Mar 16, 2004

Logic, Reasoning, and Knowledge参考文献 12被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、ジャンプを含むコードを表すために有理ツリーを用いる手続き型言語の論理プログラミングインタプリタを提示している。これにより、線形探索ではなくO(1)のジャンプ解決が可能となり、従来のハーブランドベースのアプローチと比較して顕著な性能向上が達成される。Prologが循環項（有理ツリー）をサポートする仕組みを活用することで、論理プログラミングシステムにおける表現力と効率性の両方を向上させることを示している。

ABSTRACT

We describe here a simple application of rational trees to the implementation of an interpreter for a procedural language written in a logic programming language. This is possible in languages designed to support rational trees (such as Prolog II and its descendants), but also in traditional Prolog, whose data structures are initially based on Herbrand terms, but in which implementations often omit the occurs check needed to avoid the creation of infinite data structures. We provide code implementing two interpreters, one of which needs non-occurs-check unification, which makes it faster (and more economic). We provide experimental data supporting this, and we argue that rational trees are interesting enough as to receive thorough support inside the language.

研究の動機と目的

• 前向きおよび後向きのジャンプを効率的に処理できる手続き型言語の論理プログラミングインタプリタを設計すること。
• プログラムコードの表現に有理ツリーを用いることで得られる性能上の利点を、ハーブランド項との比較を通じて探求すること。
• 有理ツリーを論理プログラミングで効果的に使用できるかどうかを評価すること。特に、正しさを損なわず、完全な発生チェック付き統合を必要としない状況での有効性を検証すること。
• 有理ツリーを用いることで、ジャンプ解決を定数時間で行えるようにすることで、インタプリタの性能を向上させることを実証すること。
• 有理ツリーが実用的で効率的な利点をもたらすため、Prologシステムにおける有理ツリーのネイティブサポートの向上を提唱すること。

提案手法

• Prologの統合機構を用いて、共有構造や循環参照を許容する有理ツリーとしてプログラムコードを表現すること。
• 1回目のパスでテーブル照合と統合を実行し、ラベルをコードにスレッドし、共有参照としてジャンプを表す有理ツリーを生成すること。
• 2種類のインタプリタを実装：1つはラベルを線形探索で検索する（ハーブランドベース）、もう1つは有理ツリーを用いてO(1)のジャンプアクセスを実現する。
• 発生チェックなしのPrologの組み込み統合を活用し、無限パスを有限な形で表す循環項を生成すること。
• 実行時にラベル検索を排除することで、実行時効率を向上させるために有理ツリー表現を活用すること。
• 標準プログラム（例：階乗、フィボナッチ、自乗）を用いたベンチマークテストを通じて、実行時間を比較して性能を評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 論理プログラミングインタプリタにおいて、前向きおよび後向きのジャンプを含む手続き的コードを有理ツリーで効果的に表現できるか？
• RQ2 コード表現に有理ツリーを用いることで、従来のハーブランドベースのアプローチと比較して測定可能な性能向上が得られるか？
• RQ3 有理ツリーを用いる場合、発生チェックを省略することで、インタプリタの正しさと性能にどのような影響が生じるか？
• RQ4 有理ツリーを用いることで、循環的制御フローサブシステムにランタイムオーバーヘッドや正しさの問題を生じさせずに表現できるか？
• RQ5 論理プログラミングインタプリタにおいて、有理ツリーはジャンプ解決の効率をどの程度向上させられるか？

主な発見

• ベンチマークで評価されたすべてのプログラムにおいて、有理ツリーベースのインタプリタはハーブランドベースのインタプリタを上回り、一貫して優れた実行時間であった。
• 性能向上の要因は、有理ツリーにおける共有参照によるO(1)のジャンプ解決であり、線形ラベル検索の必要性が排除されたことにある。
• 発生チェックなしの統合に依存しているにもかかわらず、有理ツリーを用いたインタプリタは、より速い実行速度を達成した。通常、安全性を損なうため発生チェックなしの統合は避けるべきであるが、ここではそれが問題にならなかった。
• 著者らは、有理ツリーが論理プログラミングにおける循環的データ構造の表現に、ハーブランド項の実用的で効率的な代替手段であると主張している。
• この研究では、有理ツリーによる性能向上が、不正確な統合のリスクを上回ることが示された。特に、プログラマーが循環項の生成を制御している場合には顕著である。
• 結果として、有理ツリーを効果的に使用できるように、Prologシステムにおける有理ツリーのネイティブサポートの向上が求められることが裏付けられた。有理ツリーは、効率的で表現力に富み、正しく動作するプログラミング技法を可能にする。