Recursive Program Optimization Through Inductive Synthesis Proof Transformation

The research described in this paper involved developing transformation techniques which increase the efficiency of the noriginal program, the source, by transforming its synthesis proof into one, the target, which yields a computationally more efficient algorithm. We describe a working proof transformation system which, by exploiting the duality between mathematical induction and recursion, employs the novel strategy of optimizing recursive programs by transforming inductive proofs. We compare and contrast this approach with the more traditional approaches to program transformation, and highlight the benefits of proof transformation with regards to search, correctness, automatability and generality

Reconciling taxonomy and phylogenetic inference: formalism and algorithms for describing discord and inferring taxonomic roots

Although taxonomy is often used informally to evaluate the results of phylogenetic inference and find the root of phylogenetic trees, algorithmic methods to do so are lacking. In this paper we formalize these procedures and develop algorithms to solve the relevant problems. In particular, we introduce a new algorithm that solves a "subcoloring" problem for expressing the difference between the taxonomy and phylogeny at a given rank. This algorithm improves upon the current best algorithm in terms of asymptotic complexity for the parameter regime of interest; we also describe a branch-and-bound algorithm that saves orders of magnitude in computation on real data sets. We also develop a formalism and an algorithm for rooting phylogenetic trees according to a taxonomy. All of these algorithms are implemented in freely-available software.Comment: Version submitted to Algorithms for Molecular Biology. A number of fixes from previous versio

Studies on recursion removal methods in program transformation

制度:新 ; 文部省報告番号:甲2441号 ; 学位の種類:博士(工学) ; 授与年月日:2007/3/24 ; 早大学位記番号:新453

Non-abelian ZZ-theory: Berends-Giele recursion for the α′\alpha'-expansion of disk integrals

We present a recursive method to calculate the $\alpha'$-expansion of disk integrals arising in tree-level scattering of open strings which resembles the approach of Berends and Giele to gluon amplitudes. Following an earlier interpretation of disk integrals as doubly partial amplitudes of an effective theory of scalars dubbed as $Z$-theory, we pinpoint the equation of motion of $Z$-theory from the Berends-Giele recursion for its tree amplitudes. A computer implementation of this method including explicit results for the recursion up to order $\alpha'^7$ is made available on the website http://repo.or.cz/BGap.gitComment: 58 pages, harvmac TeX, v2: cosmetic changes, published versio

Functional Expansion of the Mathematica by Recursion Removal and Solving from Recursive Programs

再帰プログラムは反復プログラムに比べて読みやすく書きやすいが、計算機で実行する際には再帰呼び出しとスタック操作が必要である。そのため、インライン展開ができない、局所参照性が悪い、などのプログラム最適化上の問題を引き起こす。従って、再帰プログラムを計算量を増加させずにスタックを使用しない反復プログラムに変換する再帰除去法が、1970年代から研究されてきた。1998年には、累積関数という概念を用いることでより広範囲に適用できる再帰除去法が、二村良彦教授らによって提案された。~\cite{文献a}本稿では、この累積関数を用いた線形再帰プログラムからの再帰除去法を数式処理ソフトMathematica上で実装し、これをMathematicaが備えている既存の処理系と融合することで機能の拡張を目指すものである。修士論

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