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    A General Framework for Automatic Termination Analysis of Logic Programs

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    This paper describes a general framework for automatic termination analysis of logic programs, where we understand by ``termination'' the finitenes s of the LD-tree constructed for the program and a given query. A general property of mappings from a certain subset of the branches of an infinite LD-tree into a finite set is proved. From this result several termination theorems are derived, by using different finite sets. The first two are formulated for the predicate dependency and atom dependency graphs. Then a general result for the case of the query-mapping pairs relevant to a program is proved (cf. \cite{Sagiv,Lindenstrauss:Sagiv}). The correctness of the {\em TermiLog} system described in \cite{Lindenstrauss:Sagiv:Serebrenik} follows from it. In this system it is not possible to prove termination for programs involving arithmetic predicates, since the usual order for the integers is not well-founded. A new method, which can be easily incorporated in {\em TermiLog} or similar systems, is presented, which makes it possible to prove termination for programs involving arithmetic predicates. It is based on combining a finite abstraction of the integers with the technique of the query-mapping pairs, and is essentially capable of dividing a termination proof into several cases, such that a simple termination function suffices for each case. Finally several possible extensions are outlined

    Efficient Groundness Analysis in Prolog

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    Boolean functions can be used to express the groundness of, and trace grounding dependencies between, program variables in (constraint) logic programs. In this paper, a variety of issues pertaining to the efficient Prolog implementation of groundness analysis are investigated, focusing on the domain of definite Boolean functions, Def. The systematic design of the representation of an abstract domain is discussed in relation to its impact on the algorithmic complexity of the domain operations; the most frequently called operations should be the most lightweight. This methodology is applied to Def, resulting in a new representation, together with new algorithms for its domain operations utilising previously unexploited properties of Def -- for instance, quadratic-time entailment checking. The iteration strategy driving the analysis is also discussed and a simple, but very effective, optimisation of induced magic is described. The analysis can be implemented straightforwardly in Prolog and the use of a non-ground representation results in an efficient, scalable tool which does not require widening to be invoked, even on the largest benchmarks. An extensive experimental evaluation is givenComment: 31 pages To appear in Theory and Practice of Logic Programmin

    Experiments with a Convex Polyhedral Analysis Tool for Logic Programs

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    Convex polyhedral abstractions of logic programs have been found very useful in deriving numeric relationships between program arguments in order to prove program properties and in other areas such as termination and complexity analysis. We present a tool for constructing polyhedral analyses of (constraint) logic programs. The aim of the tool is to make available, with a convenient interface, state-of-the-art techniques for polyhedral analysis such as delayed widening, narrowing, "widening up-to", and enhanced automatic selection of widening points. The tool is accessible on the web, permits user programs to be uploaded and analysed, and is integrated with related program transformations such as size abstractions and query-answer transformation. We then report some experiments using the tool, showing how it can be conveniently used to analyse transition systems arising from models of embedded systems, and an emulator for a PIC microcontroller which is used for example in wearable computing systems. We discuss issues including scalability, tradeoffs of precision and computation time, and other program transformations that can enhance the results of analysis.Comment: Paper presented at the 17th Workshop on Logic-based Methods in Programming Environments (WLPE2007

    A generic, collaborative framework for internal constraint solving

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    Esta tesis propone un esquema genérico y cooperativo para CLP(Interval(X)) donde X es cualquier dominio de computación con estructura de retículo. El esquema, que está basado en la teoría de retículos, es un enfoque general para la satisfacción y op-timización de restricciones de intervalo así como para la cooperación de resolutores de intervalo definidos sobre dominios de computación con estructura de retículos, independientemente de la cardinalidad de estos. Nuestra propuesta asegura un enfoque transparente sobre el cual las restricciones, los dominios de computación y los mecanismos de propagación y cooperación, definidos entre las variables restringidas, pueden ser fácilmente especificados a nivel del usuario. La parte principal de la tesis presenta una especificación formal de este esquema.Los principales resultados conseguidos en esta tesis son los siguientes:Una comparativa global de la eficiencia y algunos aspectos de la expresividad de ocho sistemas de restricciones. Esta comparativa, realizada sobre el dominio finito y el dominio Booleano, muestra diferencias principales entre los sistemas de restricciones existentes.Para formalizar el marco de satisfacción de restricciones para CLP(Interval(X))hemos descrito el proceso global de resolución de restricciones de intervalo sobre cualquier retículo, separando claramente los procesos de propagación y división (ramificación) de intervalos. Una de las ventajas de nuestra propuesta es que la monótona de las restricciones esta implícitamente definida en la teoría. Además, declaramos un conjunto de propiedades interesantes que, bajo ciertas condiciones, son satisfechas por cualquier instancia del esquema genérico. Mas aún, mostramos que muchos sistemas de restricciones actualmente existentes satisfacen estas condiciones y, además, proporcionamos indicaciones sobre como extender el sistema mediante la especificación de otras instancias interesantes y novedosas. Nuestro esquema para CLP(Interval(X)) permite la cooperación de resolutores de manera que la información puede ⁰uir entre diferentes dominios de computación.Además, es posible combinar distintas instancias del esquema: por ejemplo, instancias bien conocidas tales como CLP(Interval(<)), CLP(Interval(Integer)),CLP(Interval(Set)), CLP(Interval(Bool)), y otras novedosas que son el resultado de la generación de nuevos dominios de computación definidos por el usuario, o incluso que surgen de la combinación de dominios ya existentes como puede ser CLP(Interval(X1 £ : : : £ Xn)). Por lo tanto, X puede ser instanciado a cualquier conjunto de dominios de computación con estructura de retículo de forma que su correspondiente instancia CLP(Interval(X)) permite una amplia flexibilidad en la definición de dominios en X (probablemente definidos por el usuario) y en la interaccion entre estos dominios.Mediante la implementacion de un prototipo, demostramos que un unico sistema,que este basado en nuestro esquema para CLP(Interval(X)), puede proporcionarsoporte para la satisfaccion y la optimizacion de restricciones as como para la cooperacion de resolutores sobre un conjunto conteniendo multiples dominios decomputacion. Ademas, el sistema sigue un novedoso enfoque transparente sujeto a una doble perspectiva ya que el usuario puede definir no solo nuevas restricciones y su mecanismo de propagacion, sino tambien nuevos dominios sobre los cuales nuevas restricciones pueden ser resueltas as como el mecanismo de cooperacion entre todos los dominios de computación (ya sean definidos por el usuario o predefinidos por el sistema).En nuestra opinión, esta tesis apunta nuevas y potenciales direcciones de investigación dentro de la comunidad de las restricciones de intervalo.Para alcanzar los resultados expuestos, hemos seguido los siguientes pasos (1) la elección de un enfoque adecuado sobre el cual construir los fundamentos teóricos de nuestro esquema genérico; (2) la construcción de un marco teórico genérico (que llamaremos el marco básico) para la propagación de restricciones de intervalo sobre cualquier retículo; (3) la integración, en el marco básico, de una técnica novedosa que facilita la cooperación de resolutores y que surge de la definición, sobre múltiples dominios, de operadores de restricciones y (4) la extensión del marco resultante para la resolución y optimización completa de las restricciones de intervalo.Finalmente presentamos clp(L), un lenguaje de programación lógica de restricciones de intervalo que posibilita la resolución de restricciones sobre cualquier conjunto de retículos y que esta implementado a partir de las ideas formalizadas en el marco teórico. Describimos una primera implementación de este lenguaje y desarrollamos algunos ejemplos de como usarla. Este prototipo demuestra que nuestro esquema para CLP(Interval(X)) puede ser implementado en un sistema único que, como consecuencia, proporciona, bajo un enfoque transparente sobre dominios y restricciones, cooperación de resolutores así como satisfacción y optimización completa de restricciones sobre diferentes dominios de computación

    COLAB : a hybrid knowledge representation and compilation laboratory

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    Knowledge bases for real-world domains such as mechanical engineering require expressive and efficient representation and processing tools. We pursue a declarative-compilative approach to knowledge engineering. While Horn logic (as implemented in PROLOG) is well-suited for representing relational clauses, other kinds of declarative knowledge call for hybrid extensions: functional dependencies and higher-order knowledge should be modeled directly. Forward (bottom-up) reasoning should be integrated with backward (top-down) reasoning. Constraint propagation should be used wherever possible instead of search-intensive resolution. Taxonomic knowledge should be classified into an intuitive subsumption hierarchy. Our LISP-based tools provide direct translators of these declarative representations into abstract machines such as an extended Warren Abstract Machine (WAM) and specialized inference engines that are interfaced to each other. More importantly, we provide source-to-source transformers between various knowledge types, both for user convenience and machine efficiency. These formalisms with their translators and transformers have been developed as part of COLAB, a compilation laboratory for studying what we call, respectively, "vertical\u27; and "horizontal\u27; compilation of knowledge, as well as for exploring the synergetic collaboration of the knowledge representation formalisms. A case study in the realm of mechanical engineering has been an important driving force behind the development of COLAB. It will be used as the source of examples throughout the paper when discussing the enhanced formalisms, the hybrid representation architecture, and the compilers
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