[论文解读] Programming in Alma-0, or Imperative and Declarative Programming Reconciled

Krzysztof R. Apt, Andrea Schaerf|ArXiv.org|Apr 5, 2000

Scheduling and Timetabling Solutions参考文献 8被引用 3

一句话总结

本文提出 Alma-0，一种混合命令式-声明式编程语言，通过整合 '未知' 非确定性与赋值操作，使逻辑编程风格的问题（如八皇后问题和背包问题）得以自然地编码。其主要贡献在于证明 Alma-0 支持一种统一的编程风格，使命令式结构与声明式逻辑编程技术能够有效共存，从而生成比纯命令式或纯逻辑编程方法更简洁、更易读的程序。

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.

研究动机与目标

• 证明命令式与声明式编程范式可以在单一语言中有效调和。
• 表明 '未知' 非确定性与赋值的结合，能够比纯逻辑编程提供更自然的解决方案来处理经典问题。
• 通过实际示例（包括图遍历、失败的否定、可执行规格说明和调度）展示 Alma-0 的通用性。
• 探索 Alma-0 的混合编程风格所催生的新编程技术，特别是在约束满足与搜索问题方面。

提出的方法

• 在 Modula-2 的一个子集上扩展了九种受逻辑编程启发的特性，包括布尔表达式作为语句和失败语义。
• 引入 ORELSE 和 SOME 以创建选择点，支持 '未知' 非确定性，实现对替代计算路径的回溯。
• 使用 COMMIT 和 FORALL 管理选择点——COMMIT 丢弃选择点，FORALL 迭代所有成功分支。
• 采用混合参数传递机制（MIX），支持将值和未初始化变量作为实际参数。
• 利用 KNOWN 关系测试变量是否已初始化，从而实现基于变量是否已被赋值的条件逻辑。
• 采用混合执行模型，使不含赋值的程序可被解释为逻辑公式，从而支持声明式解释。

实验结果

研究问题

• RQ1 命令式编程结构能否被扩展以自然地支持逻辑编程技术（如非确定性和合一）？
• RQ2 如何在实用编程语言中有效结合 '未知' 非确定性与赋值？
• RQ3 在具有声明式特性的命令式语言中，经典逻辑编程问题能在多大程度上更自然地求解？
• RQ4 Alma-0 所支持的混合命令式-声明式风格会催生哪些新编程技术？
• RQ5 此类语言中，约束松弛与解枚举如何高效实现？

主要发现

• 由于赋值与回溯的集成，Alma-0 中八皇后问题的解法比纯逻辑编程更自然。
• 背包问题在 Alma-0 中通过同时使用非确定性与赋值得到自然表达，充分展现了该语言的表达能力。
• FORALL 与 COMMIT 的使用使得在时间表安排示例中能够系统性地探索与管理多个解。
• KNOWN 测试使得基于变量是否已初始化的条件逻辑成为可能，这对检测解枚举中松弛约束至关重要。
• 可执行规格说明可直接用 Alma-0 编写，如时间表安排问题所示，程序本身即为规格说明。
• 混合编程风格使程序比纯命令式或纯逻辑编程范式下的等效实现更短、更易读。