Implementation and characteristics of rule-based system for the finite element analysis

Journal ArticleIt it well known that the analysis of process for the finite element method is tedious and errorprone steps. Considering the importance of the task of engineering analyses, such as structural analysis, heat transfer, fluid flow simulation, and electromagnetic potential, many researchers have tried to develop better and easier systems. Meanwhile, expert systems have been developed in various areas, such as DENDRAL, MYCIN, and XCON. There are two main reasons for developing expert systems. First, an expert system can facilitate the dissemination of vital knowledge to a certain organization with a reasonable cost. Second, an expert system does not suffer from humahpFoblems such as confusion to that it can apply appropriate rules to the problem. It is obvious that development of an expert system for finite element mesh generation can save both time and money in the finite element analysis process. A rule-based system for optimal finite element mesh generation, EFEM has been developed and implemented in powerful interactive solid modeler. Because required knowledge is translated into rules, it is not required to know detail information about the finite element analysis processes or computer science to test structural analysis. The implementation of the EFEM has been analyzed

CBCV: A CAD-based vision system

Journal ArticleThe CBCV system has been developed in order to provide the capability of automatically synthesizing executable vision modules for various functions like object recognition, pose determinaion, quality inspection, etc. A wide range of tools exist for both 2D and 3D vision, including not only software capabilities for various vision algorithms, but also a high-level frame-based system for describing knowledge about applications and the techniques for solving particular problems?

Mixin Composition Synthesis based on Intersection Types

We present a method for synthesizing compositions of mixins using type inhabitation in intersection types. First, recursively defined classes and mixins, which are functions over classes, are expressed as terms in a lambda calculus with records. Intersection types with records and record-merge are used to assign meaningful types to these terms without resorting to recursive types. Second, typed terms are translated to a repository of typed combinators. We show a relation between record types with record-merge and intersection types with constructors. This relation is used to prove soundness and partial completeness of the translation with respect to mixin composition synthesis. Furthermore, we demonstrate how a translated repository and goal type can be used as input to an existing framework for composition synthesis in bounded combinatory logic via type inhabitation. The computed result is a class typed by the goal type and generated by a mixin composition applied to an existing class

Proof-Theoretic Methods for Analysis of Functional Programs

We investigate how, in a natural deduction setting, we can specify concisely a wide variety of tasks that manipulate programs as data objects. This study will provide us with a better understanding of various kinds of manipulations of programs and also an operational understanding of numerous features and properties of a rich functional programming language. We present a technique, inspired by structural operational semantics and natural semantics, for specifying properties of, or operations on, programs. Specifications of this sort are presented as sets of inference rules and are encoded as clauses in a higher-order, intuitionistic meta-logic. Program properties are then proved by constructing proofs in this meta-logic. We argue the following points regarding these specifications and their proofs: (i) the specifications are clear and concise and they provide intuitive descriptions of the properties being described; (ii) a wide variety of program analysis tools can be specified in a single unified framework, and thus we can investigate and understand the relationship between various tools; (iii) proof theory provides a well-established and formal setting in which to examine meta-theoretic properties of these specifications; and (iv) the meta-logic we use can be implemented naturally in an extended logic programming language and thus we can produce experimental implementations of the specifications. We expect that our efforts will provide new perspectives and insights for many program manipulation tasks

Functional programming, program transformations and compiler construction

Dit proefschrift handelt over het ontwerp van de compilergenerator Elegant. Een compiler generator is een computer programma dat vanuit een speci??catie een compiler kan genereren. Een compiler is een computer programma dat een gestructureerde invoertekst kan vertalen in een uitvoertekst. Een compiler generator is zelf een compiler welke de speci??catie vertaalt in de programmatekst van de gegenereerde compiler. Dit heeft het mogelijk gemaakt om Elegant met zichzelf te genereren. Van een compilergenerator wordt verlangd dat deze een krachtig speci??catie formalisme vertaalt in een eÆci??ent programma, een eis waar Elegant aan voldoet. Een compiler bestaat uit een aantal onderdelen, te weten een scanner, een parser, een attribuutevaluator, een optimalisator en een codegenerator. Deze onderdelen kunnen door het Elegant systeem geneneerd worden, ieder uit een aparte speci??catie, met uitzondering van de parser en attribuutevaluator, welke gezamenlijk worden beschreven in de vorm van een zogenaamde attribuutgrammatica. De scanner wordt gegenereerd met behulp van een scannergenerator en heeft tot taak de invoertekst te splitsen in een rij symbolen. Deze rij symbolen kan vervolgens ontleed worden door een parser. Daarna berekent de attribuutevaluator eigenschappen van de invoertekst in de vorm van zogenaamde attributen. De attributenwaarden vormen een datastructuur. De vorm van deze datastructuur wordt gede??nieerd met behulp van typeringsregels in de Elegant programmeertaal. De optimalisator en codegenerator voeren operaties op deze datastructuur uit welke eveneens beschreven worden in de Elegant programmeertaal. Dit proefschrift beschrijft de invloed die functionele programmeertalen hebben gehad op het ontwerp van Elegant. Functionele talen zijn programmeertalen met als belangrijkste eigenschap dat functies een centrale rol vervullen. Functies kunnen worden samengesteld tot nieuwe functies, ze kunnen worden doorgegeven aan functies en worden opgeleverd als functieresultaat. Daarnaast staan functionele talen niet toe dat de waarde van een variable wordt gewijzigd, het zogenaamde nevene??ect, in tegenstelling tot imperatieve talen die zo'n nevene??ect wel toestaan. Deze laatste beperking maakt het mogelijk om met behulp van algebra??ische regels een functioneel programma te herschrijven in een ander functioneel programma met dezelfde betekenis. Dit herschrijfproces wordt ook wel progammatransformatie genoemd. De invloed van functionele talen op Elegant omvat: ?? Het beschrijven van ontleedalgorithmen als functionele programma's. Traditioneel worden ontleedalgorithmen beschreven met behulp van de theorie van stapelautomaten. In hoofdstuk 3 wordt aangetoond dat deze theorie niet nodig is. Met behulp van programmatransformaties zijn vele uit de literauur bekende ontleedalgorithmen af te leiden en worden ook nieuwe ontleedalgorithmen gevonden. Deze aanpak maakt het bovendien mogelijk om de vele verschillende ontleedalgorithmen met elkaar te combineren. ?? De evaluatie van attributen volgens de regels van een attribuutgrammatica blijkt eveneens goed te kunnen worden beschreven met behulp van functionele talen. Traditioneel bouwt een ontleedalgorithme tijdens het ontleden een zogenaamde ontleedboom op. Deze ontleedboom beschrijft de structuur van de invoertekst. Daarna wordt deze ontleedboom geanalyseerd en worden eigenschappen ervan in de vorm van attributen berekend. In hoofdstuk 4 van het proefschrift wordt aangetoond dat het niet nodig is de ontleedboom te construeren. In plaats daarvan is het mogelijk om tijdens het ontleden functies die attributen kunnen berekenen samen te stellen tot nieuwe functies. Uiteindelijk wordt er zo ??e??en functie geconstrueerd voor een gehele invoertekst. Deze functie wordt vervolgens gebruikt om de attribuutwaarden te berekenen. Voor de uitvoering van deze functie is het noodzakelijk gebruik te maken van zogenaamde "luie evaluatie". Dit is een mechanisme dat attribuutwaarden slechts dan berekent wanneer deze werkelijk noodzakelijk zijn. Dit verklaart de naam Elegant, welke een acroniem is voor "Exploiting Lazy Evaluation for the Grammar Attributes of Non- Terminals". ?? Scanners worden traditioneel gespeci??ceerd met behulp van zogenaamde reguliere expressies. Deze reguliere expressies kunnen worden afgebeeld op een eindige automaat. Met behulp van deze automaat kan de invoertekst worden geanalyseerd en gesplitst in symbolen. In hoofdstuk 5 wordt uiteengezet hoe functionele talen het mogelijk maken om scanneralgorithmen te construeren zonder gebruik te maken van automatentheorie. Door een reguliere expressie af te beelden op een functie en de functies voor de onderdelen van samengestelde reguliere expressies samen te stellen tot nieuwe functies kan een scannerfunctie geconstrueerd worden. Door gebruik te maken van programmatransformaties kan deze scanner deterministisch worden gemaakt en minimaal worden gehouden. ?? Het typeringssysteem van Elegant wordt beschreven in hoodstuk 6 en vormt een combinatie van systemen die in functionele en imperatieve talen worden gevonden. Functionele typeringssystemen omvatten typen welke bestaan uit een aantal varianten. Elk van deze varianten bestaat uit een aantal waarden. Bij een dergelijk typeringssysteem wordt een functie gede??ni??eerd door middel van een aantal deeelfuncties. Elke deelfunctie kan met behulp van zogenaamde patronen beschrijven voor welke van de varianten hij gede??ni??eerd is. Het blijkt dat imperatieve typesystemen welke subtypering mogelijk maken een generalisatie zijn van functionele typesystemen. In deze generalisatie kan een patroon worden opgevat als een subtype en een deelfunctie als een parti??ele functie. Het Elegant typesystemen maakt deze vorm van typering en functiebeschrijving mogelijk. Bij toepassing van een functie wordt de bijbehorende deelfunctie geselecteerd door de patronen te passen met de waarden van de actuele functieargumenten. In dit proefschrift wordt een eÆci??ent algorithme voor dit patroonpassen met behulp van programmatransformaties afgeleid uit de de??nitie van patronen. Het Elegant typeringssystemen bevat ook typen voor de modellering van luie evaluatie. De aanwezigheid van nevene??ekten maakt het mogelijk om drie verschillende luie typen te onderscheiden, welke verschillen in de wijze waarop de waarde van een lui object stabiliseert. ?? In hoofdstuk 7 wordt aangetoond dat de regels uit een attribuutgrammatica ook kunnen worden gebruikt om eigenschappen van een datastructuur te berekenen in plaats van eigenschappen van een invoertekst. Elegant biedt de mogelijkheid om zulke attribuutregels te gebruiken voor dit doel. ?? In hoofdstuk 8 tenslotte worden de Elegant programmeertaal en de eÆci??entie van de Elegant vertaler en door Elegant gegenereerde vertalers ge??evalueerd. Het blijkt dat de imperatieve Elegant programmeertaal dankzij abstractie mechanismen uit functionele talen een zeer rijke en krachtige taal is. Daarnaast zijn zowel Elegant zelf als de door Elegant gegenereerde vertalers van hoge eÆci??entie en blijken geschikt voor het maken van compilers voor professionele toepassingen

On the engineering of crucial software

The various aspects of the conventional software development cycle are examined. This cycle was the basis of the augmented approach contained in the original grant proposal. This cycle was found inadequate for crucial software development, and the justification for this opinion is presented. Several possible enhancements to the conventional software cycle are discussed. Software fault tolerance, a possible enhancement of major importance, is discussed separately. Formal verification using mathematical proof is considered. Automatic programming is a radical alternative to the conventional cycle and is discussed. Recommendations for a comprehensive approach are presented, and various experiments which could be conducted in AIRLAB are described