[論文レビュー] Computer Program Decomposition and Dynamic/Behavioral Modeling

Sabah Al‐Fedaghi|arXiv (Cornell University)|Sep 5, 2020

Parallel Computing and Optimization Techniques参考文献 22被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、動的イベントストリームに基づいて順序付きプログラムをコンポーネントに分解するための図式的アプローチを提案する。プログラムを3段階のレベル—静的記述、動的表現、行動モデル—でモデル化することにより、従来のC++ベースの手法に比べて明確性と実用性が向上する構造的分解が可能になる。特に、本質的に順序的なアルゴリズムに対して有効である。

ABSTRACT

Decomposition, statically dividing a program into multiple units, is a common programming technique for realizing parallelism and refining programs. The decomposition of a sequential program into components is tedious, due to the limitations of program analysis and because sequential programs frequently employ inherently sequential algorithms. This paper contributes to this area of study by proposing a diagrammatic methodology to decompose a sequential program. The methodology involves visualizing the program in terms of a conceptual model called the thinging machine (TM) model. The TM diagram-based model establishes three levels of representation (1) a static description; (2) a dynamic representation; and (3) a behavioral model. The decomposition is performed in the last phase of modeling, according to the streams of events. This method is contrasted with formal decomposition specifications and compared with the typical decomposition of a C++ program. The results point to the viability of using TM for decomposing programs.

研究の動機と目的

• 本質的な順序性とプログラム解析の限界により、順序付きプログラムの分解が困難であるという問題に取り組む。
• 視覚的で3段階のモデリングアプローチ（静的、動的、行動）を用いたプログラム分解を導入する。
• イベント駆動型分解を通じて、プログラムのモジュール化と並列処理のサポートを向上させる。
• TMベースの手法と形式的分解仕様、および従来のC++プログラム分解を対比する。
• 実用的なプログラム分解のシナリオにおいて、TMモデルの実現可能性と有効性を検証する。

提案手法

• Thinging Machine (TM) モデルを用いて、3つの抽象レベル（静的記述、動的表現、行動モデル）を持つ概念的枠組みとしてプログラムを表現する。
• 動的表現はイベントストリームから導出され、順序付きプログラムのイベント駆動型分解を可能にする。
• 分解プロセスはモデリングの最終段階で実施され、イベントフローと行動パターンに基づく。
• この手法は形式的分解技術と対比され、一般的なC++プログラム分解と比較評価される。
• 視覚的図解（21図）を用いて、TMモデルおよびそのプログラム分解への応用を説明する。
• このアプローチは、順序的なアルゴリズムにおける静的プログラム解析の限界を克服するために概念的モデリングを活用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 本質的に順序的なアルゴリズムであるにもかかわらず、どのように順序付きプログラムを効果的に分解できるか？
• RQ2 イベントストリーム解析は、プログラムの動的分解をどのように可能にするか？
• RQ3 明確性と実用性の観点から、TMモデルは形式的分解指定仕様と比べてどのように異なるか？
• RQ4 TMベースのアプローチは、順序付きプログラムにおけるモジュール化と並列処理のサポートを向上させられるか？
• RQ5 従来のC++分解と比較して、図式的でイベント駆動型モデリング技法にはどのような実用的利点があるか？

主な発見

• TMモデルは、動的イベントストリーム解析を用いて順序付きプログラムを分解する実用的で構造的なアプローチを提供する。
• 3段階の表現（静的、動的、行動）は明確性を向上させ、体系的な分解を可能にする。
• 特に本質的に順序的なアルゴリズムに対して、従来のC++分解に比べて実現可能性が向上している。
• 視覚的図解的アプローチは、複雑なプログラム動作の理解を支援し、モジュール化を容易にする。
• 結果から、TMモデルは形式的仕様ベースの分解に対する実用的な代替手段として機能できることが示唆される。
• 本研究は、TMモデルによるイベント駆動型分解が、ソフトウェア工学タスクにおいて効果的でスケーラブルであることを確認した。