Podoski Péter és Zabb László Témavezetők: Dr. Fekete István, Veszprémi Anna ELTE IK

Bevezető Algoritmus-vizualizáció témakörében végeztünk kutatásokat és fejlesztéseket Felmértük a manapság ismert eszközök előnyeit és hiányosságait Kidolgoztunk egy saját megjelenítő rendszert, amiben az algoritmusok vizualizációjához szükséges eszközök széles palettája elérhető

Algoritmus-vizualizációk ma Célja főleg oktatási területre könnyebb ismertetés és megértés olykor algoritmusok fejlesztésekor is segíthet a hibakeresésben Nehézségek: könnyebb újat írni, mint találni egy megfelelőt Jellemző, hogy egyszerű Java appletekkel valósítják meg a demonstrációt

Dijkstra algoritmusa

Legrövidebb út keresése Ausztráliában

Jeliot – program-vizualizáció

MatrixPro – az egyik legáltalánosabb

Az igény megfogalmazása Elvárások egy jó megjelenítővel kapcsolatban: Célközönség számára megfelelő ábrázolás Könnyedén lehessen a vizualizációkat módosítani, bővíteni (pl. Hanoi tornyai) Egyszerű telepítés Épüljön be a tanítási folyamatba Ne igényeljen magas szintű programozói tudást

Psimulex - lehetőségek.NET-ben írt nyílt forráskódú keretrendszer Algoritmusok megfogalmazása C-szerű nyelven Beépített fordítóprogram Algoritmusok futtatása Saját virtuális platform Többprocesszoros, akár hálózati emuláció Algoritmusok megjelenítése a program változóit megjelenítő általános grafikai könyvtár (WPF) Algoritmusok elemzése Műveletigény, memóriaigény

Architektúra

Saját nyelv Az algoritmusok szempontjából alapvető típusok (skalárisok, konténerek és fák, gráfok) Gyengén típusos imperatív nyelv, C-szerű szintaxissal Típuskonstrukció: rekord Fontosabb vezérlési szerkezetek Felhasználói függvények Több forrásfájl használata Globális változók

Saját virtuális platform Virtuális gép („mini” OS ütemezővel), folyamatok, szálak A virtuális gép processzora futtatja az ún. „Microlex” utasításokat (gépi kódnak megfelelő parancsobjektumokat) Az egyes szálaknak futási és hívási vermük van Az ütemező cserélhető Később virtuális hálózattá bővíthető

Fordítás gépi kódra Négy lépésben fordítunk, visitor (látogató) tervminta alkalmazásával

Parancsobjektumok A „parancs” tervminta alapján készültek Mindegyik gépi utasítás egy-egy parancsobjektum Az aktuális futási környezeten (szálon) dolgoznak Három fő csoportjuk van: Vezérlés-átadó parancsobjektumok (pl. Call, Jump) Konkrét (főleg aritmetikai) műveleteket végrehajtó parancsobjektumok Változókat, adatszerkezeteket kezelő parancsobjektumok

Saját típusrendszer Aránylag gazdag típuskészlet (skalár típusok, gyűjtemények, fák, gráfok) Java-hoz hasonlóan közös őstípus BaseType == Object Reflection-re épül, emiatt könnyen elérhető az egész.NET osztályhierarchia Felhasználói típus a rekord (egyelőre) A komplex típusok egymásba ágyazhatóak Automatikus típuskonverziók

Típushierarchia

Saját IDE Funkciók „LexLighter” (aktuális utasítás színezése) „Syntax highlight” Léptetési módszerek (hasonlóan a VS-hez) Korszerű IDE, fülek, több forrásfájl kezelése, testre szabható, ergonomikus Nézetek váltása

Saját vizualizáció Dinamikus, változást követő, interaktív adatszerkezetek megjelenítése „Montázs” – tetszőleges elrendezhetőség: Hívási verem megjelenítése Egy-egy lényeges adatszerkezet kiemelése Egymásba ágyazhatóság (fa elemei gráfok) Adatszerkezetek szerkeszthetőek futás közben is

Például bináris fák egy sorban

Szélességi bejárás

Egy bináris fa szintfolytonos bejárása a Psimulex-ben

Felhasználási területek Oktatás Algoritmusok Programozás Fordítóprogramok (assembly-szerű nyelvek filozófiája) Kutatás Elméletek tesztelése és bemutatása Fejlesztés Algoritmikus problémák megoldása itt és aztán implementálása Demonstráció Automatikusan létrejön a megjelenítés, csak a programot kell megírni, az inputot megszerkeszteni.

Távlati tervek Párhuzamos programozási eszközök (lock, monitor, erőforrások) teljeskörű bevezetése.NET interoperabilitás növelése (a megírt Psimulex nyelvű programból C# vagy IL kódot generálhassunk) Integráció a Visual Studio debuggerébe: intelligens.NET adatszerkezet reflekció és saját grafikus modul Internetes portál (pl. versenyekhez) Oktatási és fejlesztési segédeszközzé válás

Összefoglaló Felmértük a jelenlegi igényeket és kínálatot az algoritmus megjelenítőkből Elhatároztuk, hogy készítünk egy általános algoritmus megjelenítő rendszert Ebből megvalósult a saját nyelven programozható virtuális gép, egy egyszerű grafikus csomag és egy alapszintű debugger Célok: az eddigi tapasztalatok alapján egy komplett segédeszköz publikálása