[论文解读] Towards a Logic-Based Unifying Framework for Computing

Robert Kowalski, Fariba Sadri|arXiv (Cornell University)|Jan 29, 2013

Logic, Reasoning, and Knowledge参考文献 68被引用 9

一句话总结

本文提出了一种基于逻辑的统一计算框架，将计算建模为由目标驱动的状态转换，使用一阶逻辑在模型论语义中表示带时间戳的状态和事件，同时在操作语义中支持破坏性更新。其主要贡献在于证明了两种方法生成的模型完全相同，从而在数据库和编程中统一了反应式计算与声明式计算。

ABSTRACT

In this paper we propose a logic-based, framework inspired by artificial intelligence, but scaled down for practical database and programming applications. Computation in the framework is viewed as the task of generating a sequence of state transitions, with the purpose of making an agent's goals all true. States are represented by sets of atomic sentences (or facts), representing the values of program variables, tuples in a coordination language, facts in relational databases, or Herbrand models. In the model-theoretic semantics, the entire sequence of states and events are combined into a single model-theoretic structure, by associating timestamps with facts and events. But in the operational semantics, facts are updated destructively, without timestamps. We show that the model generated by destructive updates is identical to the model generated by reasoning with facts containing timestamps. We also extend the model with intentional predicates and composite event predicates defined by logic programs containing conditions in first-order logic, which query the current state.

研究动机与目标

• 在单一基于逻辑的计算模型下，统一反应式计算、数据库和逻辑编程范式。
• 将计算建模为一组原子事实构成的状态转换序列。
• 在单一框架中调和模型论语义（带时间戳）与操作语义（破坏性更新）之间的关系。
• 通过逻辑程序扩展框架，定义意向谓词和复合事件谓词。
• 为反应式计算提供形式化基础，即作为模型生成，适用于数据库和编程语言。

提出的方法

• 将状态表示为原子句子（事实）的集合，用于建模程序变量、数据库元组或Herbrand模型。
• 在模型论语义中为事实和事件引入时间戳，以表示随时间的演化。
• 通过破坏性更新实现操作语义，不显式使用时间戳。
• 使用一阶逻辑程序定义意向谓词和复合事件谓词，这些程序查询当前状态。
• 证明带时间戳推理生成的模型与破坏性更新生成的模型在语义上等价。
• 使用包含一阶逻辑条件的逻辑程序表达复杂事件检测与状态转换。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否通过单一语义下的统一基于逻辑的框架，对反应式计算、数据库计算和编程计算进行建模？
• RQ2 如何在基于逻辑的计算模型中使模型论语义与操作语义等价？
• RQ3 时间戳在表示状态演化中的作用是什么？能否在不损失语义的前提下将其消除？
• RQ4 如何形式化定义并整合复合事件与意向谓词到该框架中？
• RQ5 操作语义中的破坏性更新能否产生与模型论语义中带时间戳推理相同的模型？

主要发现

• 操作语义中通过破坏性更新生成的模型，与模型论语义中通过带时间戳事实推理生成的模型完全相同。
• 该框架通过共同的基于逻辑的基础，成功统一了反应式计算、数据库计算和逻辑编程范式。
• 意向谓词与复合事件谓词可通过查询当前状态的一阶逻辑程序进行定义。
• 在所提出的框架下，带时间戳语义与破坏性更新语义之间的等价性成立，验证了其一致性。
• 该框架通过将计算建模为以目标驱动的状态转换，支持了数据库和编程中的实际应用。
• 该论文的改进版本已发表于《New Generation Computing》，题为《Reactive Computing as Model Generation》。