[논문 리뷰] Programming in Alma-0, or Imperative and Declarative Programming Reconciled

Krzysztof R. Apt, Andrea Schaerf|ArXiv.org|2000. 04. 05.

Scheduling and Timetabling Solutions참고 문헌 8인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 '모르겠다' 비결정성과 할당을 통합하여, 8개의 퀸 문제나 배낭 문제와 같은 논리 프로그래밍 스타일의 문제를 자연스럽게 코딩할 수 있는 하이브리드 명령형-선언형 프로그래밍 언어인 Alma-0을 제시한다. 주요 기여는 명령형 구조와 선언적 논리 프로그래밍 기법이 효과적으로 공존하는 통합된 프로그래밍 스타일을 지원함으로써 순수 명령형 또는 순수 논리 프로그래밍 접근 방식보다 더 읽기 쉽고 간결한 프로그램을 작성할 수 있음을 보여주는 것이다.

ABSTRACT

In (Apt et al, TOPLAS 1998) we introduced the imperative programming language Alma-0 that supports declarative programming. In this paper we illustrate the hybrid programming style of Alma-0 by means of various examples that complement those presented in (Apt et al, TOPLAS 1998). The presented Alma-0 programs illustrate the versatility of the language and show that ``don't know'' nondeterminism can be naturally combined with assignment.

연구 동기 및 목표

• 명령형 프로그래밍 패러다임과 선언형 프로그래밍 패러다임이 하나의 언어에서 효과적으로 융합될 수 있음을 보여주는 것.
• '모르겠다' 비결정성이 할당과 결합될 경우 순수 논리 프로그래밍보다 고전 문제에 더 자연스럽게 해결할 수 있음을 보여주는 것.
• 그래프 탐색, 실패에 의한 부정, 실행 가능한 사양, 스케줄링 등의 실용적 예제를 통해 Alma-0의 유연성을 설명하는 것.
• Alma-0의 하이브리드 스타일이 제약 만족 문제와 탐색 문제에서 새로운 프로그래밍 기법을 가능하게 하는 것.

제안 방법

• Modula-2의 일부를 확장하여, 불리언 표현식을 문장으로 사용하고 실패 의미 체계를 포함한 총 아홉 가지 논리 프로그래밍 영향을 받은 기능을 도입한다.
• ORELSE와 SOME을 도입하여 '모르겠다' 비결정성을 지원하는 선택 지점(Choice Points)을 생성하고, 다양한 계산 경로에 대한 백트래킹을 가능하게 한다.
• COMMIT와 FORALL을 사용하여 선택 지점을 관리한다. COMMIT은 선택 지점을 버리고, FORALL은 모든 성공한 분지에 대해 반복한다.
• 값과 초기화되지 않은 변수를 모두 실제 매개변수로 지원하는 혼합 매개변수 전달 메커니즘(MIX)을 도입한다.
• 변수가 초기화되었는지 테스트하기 위해 KNOWN 관계를 활용하여, 변수가 할당되었는지 여부에 기반한 조건부 논리 구조를 가능하게 한다.
• 프로그램에 할당이 없을 경우 논리 공식으로 읽을 수 있도록 하여 선언적 해석이 가능한 하이브리드 실행 모델을 활용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 명령형 프로그래밍 구조가 비결정성과 유니피케이션과 같은 논리 프로그래밍 기법을 자연스럽게 지원할 수 있는가?
• RQ2 실용적인 프로그래밍 언어에서 '모르겠다' 비결정성과 할당을 효과적으로 조합할 수 있는가?
• RQ3 고전적 논리 프로그래밍 문제들이 명령형 언어에 선언적 기능이 통합된 경우에 얼마나 더 자연스럽게 해결될 수 있는가?
• RQ4 Alma-0가 지원하는 하이브리드 명령형-선언형 스타일에서 어떤 새로운 프로그래밍 기법이 도출되는가?
• RQ5 이러한 언어에서 제약 완화와 해답 열거를 효율적으로 구현할 수 있는가?

주요 결과

• 할당과 백트래킹이 통합되어 있어 순수 논리 프로그래밍보다 Alma-0에서 8개의 퀸 문제 해결이 더 자연스럽게 표현된다.
• 배낭 문제는 비결정성과 할당을 모두 사용하여 Alma-0에서 자연스럽게 표현되며, 이는 언어의 표현력을 보여준다.
• FORALL과 COMMIT의 사용은 다수의 해답을 체계적으로 탐색하고 관리할 수 있게 하며, 시간표 편성 예제에서 이를 입증한다.
• KNOWN 테스트를 통해 변수의 초기화 여부에 기반한 조건부 논리가 가능해져, 해답 열거에서 느슨한 제약 조건을 탐지하는 데 핵심적인 역할을 한다.
• 실행 가능한 사양을 직접 Alma-0로 작성할 수 있으며, 시간표 편성 문제에서 프로그램 자체가 사양으로 작동함을 보여준다.
• 하이브리드 스타일은 순수 명령형 또는 순수 논리 프로그래밍 패러다임의 동등한 구현보다 더 짧고 읽기 쉬운 프로그램을 만들어낸다.