Fables Funkcionális programozási nyelv ágens-alapú szimulációkhoz Legéndi Richárd Olivér diplomavédés január 27.

Mi is a Fables? Alapvetően egy funkcionális nyelv: – Funkcionális paradigmák: változók, konstansok, relációk definiálására – Objektum elvűség: ágensek definiálása osztályokkal – Imperatív nyelvi elemek az események leírására Egyszerű, tömör, engedékeny szintaxis – erre törekedtünk Típusnélküliség

Példa model Példa { var x := "String"; konstans = 5; függvény(x) = 2*x; class Ágens { var id; } startUp { new Agent[id:=0]; }

Miért kellett egy új nyelv? A szimulációk eddigi eszközei: – Swarm (1996): az első szimulációs csomag, kísérleti jelleggel – MAML (1999): az első szimulációs nyelv, a Swarmra épül – RePast (2001): Javas szimulációs csomag (API) A problémák: – Elég bonyolultak – Komoly programozói tapasztalatot igényel a használatuk (pl. OO szemlélet, GUI programozás, stb.) – … Elsődleges felhasználói réteg: szociológusok, társadalomkutatók, közgazdászok, …

Cél Egy olyan nyelv létrehozása, amely: – Egyszerű, minimális programozói tapasztalatot feltételez – Nyelvi szinten támogatja ágens-alapú szimulációk létrehozását, irányítását és megfigyelését – Szintaxisa tükrözi a tudományos cikkekben használt formalizmust

Funkcionális paradigmák Változók, konstansok Függvények, Lokális definíciók, Elágazások Felsorolási, intervallum és halmaz típusok var x; méret = 100; randomBit = discreteUniform( 0, 1 ); között(x, y, z) = x < y < z; signum(a) = a -1 | a == 0 => 0 otherwise 1; négyzetszámok = { x^2 : x is [ ] };

Imperatív paradigmák Inicializálás: – seed() beállítása – Paraméterek – Ágensek létrehozása Ütemezők: – Bárhol definiálhatóak – Ciklikus / nem ciklikus – Nevesített: dinamikusan létrehozható/törölhet ő startUp (ágensek) { seed(0); printLn( "Inicializálás..." ); [ new Ágens[ money := 0 ] : _ is [1.. ágensek] ]; } schedule FőÜtemező cyclic 10 { 1 : printLn ("1, 11, 21,...") ; 2 : printLn ("2, 12, 22,...") ; } névListázás = for each a in Ágens do printLn ( a.név ) ;

Példa modell // Vándorló hangyák: ~15 sor kód model Ants { antNum = 100; worldSize = 100; norm (x) = x mod worldSize; class Ant { var pos; move(x) = pos := norm( pos + x ); schedule Stepper cyclic 1 { 1 : move(discreteUniform(-1,0,1)); } antsAt = [ a.pos : a is Ant ]; startUp { seed(1984); [ new Ant[ pos := worldSize/2 ] : i is [1..antNum] ]; }

Az eredmény

A nagyobb részfeladatok Értelmezés: – szintaktikai ellenőrzések – szintaxisfa felhúzása Típusozás – minden kifejezésre, változóra [Charting Wizard] – a lehetséges adatforrások megadása Kódgenerálás, Optimalizáció – modell, GUI, tényleges producerek

Működés Forrásállományok IME Eclipse Compiler Result Fables forrás Java importok Chart leírók Hibalista Modell GUI kód Dokumentációk …

A Compiler Lexer Precompiler Transformator Szintaktikus Elemző Típusozó Informator CP Kódgenerátor Fables forrás Java importok Generált források

Hibajelzés Lexer Precompiler Transformator Szintaktikus Elemző Típusozó Informator Kódgenerátor

A Compiler Lexer Precompiler Transformator Szintaktikus Elemző Típusozó Informator CP Kódgenerátor Fables forrás Java importok Generált források

Dokumentáció generálás Lexer Precompiler Szintaktikus Elemző Típusozó Kódgenerátor Fables forrás Generált doksik

Architektúra IME  Fordító Fordító: – Értelmező: source  tokenek, szintakszisfa – Előfordító: szintakszisfa  reprezentációs fa – Transformator: reprezentációs fán apróbb változtatások – Típusozó: felcímkézi a fát a típusinformációkkal – Fordító   Charting Package Új chart létrehozása, meglévő editálása Model informátor: reprezentációs fa  chartok – Compiler: reprezentációs objektumok  kódobjektumok kódobjektumok  generált forrás (Közben optimalizáció) A fordító a végén visszaad egy eredmény objektumot – Hiba és figyelmeztetési listák – Generált forráskódok

Értelmezők JavaCC által generált parser: – Nyelvtan leírás (EBNF)  JavaCC  Parser Grammar.jjt – Globálisan LL-1 nyelvtan – Lokálisan LL-2 AST objektumok  ezekből áll össze a szintaxisfa

Előfordító A szintaxisfa alapján felépítünk egy saját reprezentációt a modell köré. Bejárjuk az egész fát, ez alapján építkezünk. Az eredmény nem egy fa lesz, hanem egy a modellt reprezentáló objektum. A továbbiakban ezen az objektumon dolgozunk.

Transzformációk Apróbb beállítások a modellen, amik feltételezik annak teljességét – Mi legyen konstans, változó ill. függvény? Fablesben definiált konstans nem feltétlen az, sőt! Pl.: random = uniform(0,1); Függőségi halmazok alapján: Ha értéke fordításnál meghatározható => konstans Ha paramétertől függ => inicializálandó változó Ha pl. véletlentől függ => változó Ha olyan konstanstól függ – Lokális változók felcímkézése – …

Típusozás I Az alapötlet: minden típust kideríthetünk az értékadásokból – Konstansok típusa adott (x=5) – Minden változónak csak 1 típusa lehet, azt az értékadásokból derítjük ki (y:=x) – Beépített függvényeknél a típust a paraméterek típusainak ismeretében ki lehet deríteni (z = 2+ 3*x) – Ezek alapján a felhasználói függvények típusai meghatározhatóak rekurzívan ( f(u) = u + 2*z )

Típusozás II Ha még nem ismerjük a paraméterek típusát? – Iteratív feldolgozás Konverziók – x := 5; x:=2.1 – double vagy int? => double upcast – nem castolható eredmények  TypeMismatch Mi legyen, ha ugyan az a függvény más-más típusú argumentumokkal szerepel? – Függvénycsaládok generálása pl. f(1);…;f(0.5) => int f(int), double f(double) Értékadás szerű függvények? – Pl. union() halmazokra, mátrix (i,j)-edik elemének beállítása, stb.

Optimalizáció I Függvényekben új lokális konstansok bevezetése – Olyan függvényhívásokra, aminek a függőségei nem változnak a két kódrészlet között Inverz relációk számolása – Adott tulajdonságú ágenseket nem iterálva, hanem hasheléssel keressük meg { a is Agent when a.member == f(x) } => hashset.get(f(x)) { a.member : a is Agent … } => keySet() használatával Ahol lehet, natív tömbhasználat – Vectorok, Set-ek helyett – Nem mindig lehet, függhet a véletlentől, állapotváltozásoktól az iteráció

Optimalizáció II Programinverzió – A felesleges közbülső adatszerkezetek eliminálása Kis ellentmondás: olvasható kód generálása – Haladó felhasználóknak fontos! – Emiatt nem helyettesítjük a konstansokat az értékükkel, nem vonjuk össze a kiértékelhető értékeket, stb.

Segédeszközök Dokumentáció generátló ezsközök – Modellből egy cikk vázlata – Nagyban hasonlít pl. a javadoc-ra – Dokumentációs comment: ”/**” ill. ”*/” – Több formátum: HTML, PDF, RTF, LaTeX forrás Saját Eclipse-alapú fejlesztőkörnyezet RePasttól független megjelenítő csomag: – Egyszerűbb, független – A GUI generálása egy leírófájl alapján történik, amit a Charting Package generál le

Összefoglalás Funkcionális nyelv, tömör szintaxis Típusok nélkül dolgozunk Hasznos eszközkészlettel rendelkezik Köszönöm a figyelmet!