Sovelluskohtaiset tyyppijärjestelmät

Type system tailored for specific domain could radically improve quality of the program. Many domains have natural types, yet they are difficult to encode in mainstream languages’ type systems. If the encoding is possible, it’s luckily to be very troublesome to work with. We investigate a single approach of developing domain specific type systems and type checking and inference algorithms for them, and apply it to MATLAB and JavaScript programs.Tyyppijärjestelmä, joka on suunniteltu tiettyä sovellusaluetta varten, voi mer- kittävästi parantaa sovelluksen laatua. Monilla sovellusalueilla on luonnollisia tyyppejä, joita ei ole helppo ilmaista yleiskäyttöisten ohjelmointikielten tyyp- pijärjestelmissä. Ja vaikka se olisikin mahdollista, koodaus ei ole välttämättä luonteva. Tässä tutkielmassa tarkastellaan erästä tapaa suunnitella ja toteuttaa sovelluskohtaisia tyyppijärjestelmiä ja niiden tyyppitarkistus- ja tyyppipäättely- algoritmeja. Sovellamme menetelmää Matlab- ja JavaScript-kielillä kirjoitettuihin ohjelmiin

Computability in constructive type theory

We give a formalised and machine-checked account of computability theory in the Calculus of Inductive Constructions (CIC), the constructive type theory underlying the Coq proof assistant. We first develop synthetic computability theory, pioneered by Richman, Bridges, and Bauer, where one treats all functions as computable, eliminating the need for a model of computation. We assume a novel parametric axiom for synthetic computability and give proofs of results like Rice’s theorem, the Myhill isomorphism theorem, and the existence of Post’s simple and hypersimple predicates relying on no other axioms such as Markov’s principle or choice axioms. As a second step, we introduce models of computation. We give a concise overview of definitions of various standard models and contribute machine-checked simulation proofs, posing a non-trivial engineering effort. We identify a notion of synthetic undecidability relative to a fixed halting problem, allowing axiom-free machine-checked proofs of undecidability. We contribute such undecidability proofs for the historical foundational problems of computability theory which require the identification of invariants left out in the literature and now form the basis of the Coq Library of Undecidability Proofs. We then identify the weak call-by-value λ-calculus L as sweet spot for programming in a model of computation. We introduce a certifying extraction framework and analyse an axiom stating that every function of type ℕ → ℕ is L-computable.Wir behandeln eine formalisierte und maschinengeprüfte Betrachtung von Berechenbarkeitstheorie im Calculus of Inductive Constructions (CIC), der konstruktiven Typtheorie die dem Beweisassistenten Coq zugrunde liegt. Wir entwickeln erst synthetische Berechenbarkeitstheorie, vorbereitet durch die Arbeit von Richman, Bridges und Bauer, wobei alle Funktionen als berechenbar behandelt werden, ohne Notwendigkeit eines Berechnungsmodells. Wir nehmen ein neues, parametrisches Axiom für synthetische Berechenbarkeit an und beweisen Resultate wie das Theorem von Rice, das Isomorphismus Theorem von Myhill und die Existenz von Post’s simplen und hypersimplen Prädikaten ohne Annahme von anderen Axiomen wie Markov’s Prinzip oder Auswahlaxiomen. Als zweiten Schritt führen wir Berechnungsmodelle ein. Wir geben einen kompakten Überblick über die Definition von verschiedenen Berechnungsmodellen und erklären maschinengeprüfte Simulationsbeweise zwischen diesen Modellen, welche einen hohen Konstruktionsaufwand beinhalten. Wir identifizieren einen Begriff von synthetischer Unentscheidbarkeit relativ zu einem fixierten Halteproblem welcher axiomenfreie maschinengeprüfte Unentscheidbarkeitsbeweise erlaubt. Wir erklären solche Beweise für die historisch grundlegenden Probleme der Berechenbarkeitstheorie, die das Identifizieren von Invarianten die normalerweise in der Literatur ausgelassen werden benötigen und nun die Basis der Coq Library of Undecidability Proofs bilden. Wir identifizieren dann den call-by-value λ-Kalkül L als sweet spot für die Programmierung in einem Berechnungsmodell. Wir führen ein zertifizierendes Extraktionsframework ein und analysieren ein Axiom welches postuliert dass jede Funktion vom Typ N→N L-berechenbar ist

A type-theoretic framework for software component synthesis

A language-agnostic approach for type-based component-oriented software synthesis is developed from the fundamental principles of abstract algebra and Combinatory Logic. It relies on an enumerative type inhabitation algorithm for Finite Combinatory Logic with Intersection Types (FCL) and a universal algebraic construction to translate terms of Combinatory Logic into any given target language. New insights are gained on the combination of semantic domains of discourse with intersection types. Long standing gaps in the algorithmic understanding of the type inhabitation question of FCL are closed. A practical implementation is developed and its applications by the author and other researchers are discussed. They include, but are not limited to, vast improvements in the context of synthesis of software product line members. An interactive theorem prover, Coq, is used to formalize and check all the theoretical results. This makes them more reusable for other developments and enhances confidence in their correctness.Es wird ein sprachunabhängiger Ansatz für die typbasierte und komponentenorientierte Synthese von Software entwickelt. Hierzu werden grundlegende Erkenntnisse über abstrakte Algebra und kombinatorische Logik verwendet. Der Ansatz beruht auf dem enumerativen Typinhabitationsproblem der endlichen kombinatorischen Logik mit Intersektionstypen, sowie einer universellen algebraischen Konstruktion, um Ergebnisterme in jede beliebe Zielsprache übersetzen zu können. Es werden neue Einblicke gewonnen, wie verschiedene semantische Domänen des Diskurses über Softwareeigenschaften miteinander verbunden werden können. Offene Fragestellungen im Zusammenhand mit der Algorithmik des Typinhabitationsproblems für Intersektionstypen werden beantwortet. Eine praktische Implementierung des Ansatzes wird entwickelt und ihre bisherigen Anwendungen durch den Autor und andere Wissenschaftler werden diskutiert. Diese beinhalten starke Verbesserungen im Zusammenhang mit der Synthese von Ausprägungen von Software Produktlinien. Ein interaktiver Theorembeweiser wir genutzt, um alle Ergebnisse der Arbeit zu formalisieren und mechanisch zu überprüfen. Dies trägt zum einen zur Wiederverwendbarkeit der theoretischen Ergebnisse in anderen Kontexten bei, und erhöht zum andern das Vertrauen in ihre Korrektheit

Foundations of Software Science and Computation Structures

This open access book constitutes the proceedings of the 24th International Conference on Foundations of Software Science and Computational Structures, FOSSACS 2021, which was held during March 27 until April 1, 2021, as part of the European Joint Conferences on Theory and Practice of Software, ETAPS 2021. The conference was planned to take place in Luxembourg and changed to an online format due to the COVID-19 pandemic. The 28 regular papers presented in this volume were carefully reviewed and selected from 88 submissions. They deal with research on theories and methods to support the analysis, integration, synthesis, transformation, and verification of programs and software systems

Foundations of Software Science and Computation Structures

This open access book constitutes the proceedings of the 25th International Conference on Foundations of Software Science and Computational Structures, FOSSACS 2022, which was held during April 4-6, 2022, in Munich, Germany, as part of the European Joint Conferences on Theory and Practice of Software, ETAPS 2022. The 23 regular papers presented in this volume were carefully reviewed and selected from 77 submissions. They deal with research on theories and methods to support the analysis, integration, synthesis, transformation, and verification of programs and software systems