A Study on interoperable bidirectional graph transformations (Fostering Joint International Research)

研究成果の概要 (和文) : 双方向変換は、モデル駆動開発に於いて下流での修正の上流への伝播を実現する枠組として期待されている。本研究は、単方向変換言語から双方向変換言語への部分翻訳に基づく部分双方向変換手法について、単方向変換言語処理系と双方向変換言語処理系の統合実行による統合処理系が全体としてラウンドトリップ性を示すための十分条件を証明し、実装を公開した。更に、上述の十分条件のうちのひとつである単方向変換言語の加法性について、query containmentと変換の間の包含関係との間の関係、包含関係がなす束、単調性と文脈を用いた加法性抽出法などをまとめた研究論文を国際会議で発表した。研究成果の概要 (英文) : Bidirectional transformations are expected to play an important role in propagating changes upwards in model driven software development.In this project, we have proved the sufficient condition for the integrated execution of unidirectional transformation and bidirectional transformation has a round-trip property when the unidirectional transformation languages are partially bidirectionalized by partially translating unidirectional transformation languages to bidirectional transformation languages.With respect to the additivity of the unidirectional transformation language which is one of the above sufficient conditions, we have presented in an international conference the relationship between the notion of query containment and the containment relation between transformations, a lattice formed by the containment, how to extract the additivity through monotonicity and contexts

Least - change bidirectional model transformation With QVT- R and ATL

QVT Relations (QVT-R) is the standard language proposed by the OMG to specify bidirectional model transformations. Unfortunately, in part due to ambiguities and omissions in the original semantics, acceptance and development of effective tool support has been slow. Recently, the checking semantics of QVTR has been clarified and formalized. In this article we propose a QVT-R tool that complies to such semantics. Unlike any other existing tool, it also supports metamodels enriched with OCL constraints (thus avoiding returning ill-formed models), and proposes an alternative enforcement semantics that works according to the simple and predictable “principle of least change”. The implementation is based on an embedding of both QVT-R transformations and UML class diagrams (annotated with OCL) in Alloy, a lightweight formal specification language with support for automatic model finding via SAT solving. We also show how this technique can be applied to bidirectionalize ATL, a popular (but unidirectional) model transformation language.This work is funded by ERDF-European Regional Development Fund through the COMPETE Programme (operational programme for competitiveness) and by national funds through the FCT-Fundacao para a Ciencia e a Tecnologia (Portuguese Foundation for Science and Technology) within project FCOMP-01-0124-FEDER-020532. The first author is also sponsored by FCT grant SFRH/BD/69585/2010. The authors would also like to thank all anonymous reviewers for the valuable comments and suggestions

Engineering bidirectional transformations

Bidirectional transformations, like software, need to be carefully engineered in order to provide guarantees about their correctness, completeness, acceptability and usability. This paper summarises a collection of lectures pertaining to engineering bidirectional transformations using Model-Driven Engineering techniques and technologies. It focuses on stages of a typical engineering lifecycle, starting with requirements and progressing to implementation and verification. It summarises Model-Driven Engineering approaches to capturing requirements, architectures and designs for bidirectional transformations, and suggests an approach for verification as well. It concludes by describing some challenges for future research into engineering bidirectional transformations

A feature-based classification of model repair approaches

Consistency management, the ability to detect, diagnose and handle inconsistencies, is crucial during the development process in Model-driven Engineering (MDE). As the popularity and application scenarios of MDE expanded, a variety of different techniques were proposed to address these tasks in specific contexts. Of the various stages of consistency management, this work focuses on inconsistency handling in MDE, particularly in model repair techniques. This paper proposes a feature-based classification system for model repair techniques, based on an systematic literature review of the area. We expect this work to assist developers and researchers from different disciplines in comparing their work under a unifying framework, and aid MDE practitioners in selecting suitable model repair approaches.Work financed by the North Portugal Regional Operational Programme (NORTE 2020), under the PORTUGAL 2020 Partnership Agreement, and through the European Regional Development Fund (ERDF) through project "NORTE-01-0145-FEDER-000016"

Bidirectional data transformation by calculation

MAPi Doctoral Programme in Computer ScienceThe advent of bidirectional programming, in recent years, has led to the development of a vast number of approaches from various computer science disciplines. These are often based on domain-specific languages in which a program can be read both as a forward and a backward transformation that satisfy some desirable consistency properties. Despite the high demand and recognized potential of intrinsically bidirectional languages, they have still not matured to the point of mainstream adoption. This dissertation contemplates some usually disregarded features of bidirectional transformation languages that are vital for deployment at a larger scale. The first concerns efficiency. Most of these languages provide a rich set of primitive combinators that can be composed to build more sophisticated transformations. Although convenient, such compositional languages are plagued by inefficiency and their optimization is mandatory for a serious application. The second relates to configurability. As update translation is inherently ambiguous, users shall be allowed to control the choice of a suitable strategy. The third regards genericity. Writing a bidirectional transformation typically implies describing the concrete steps that convert values in a source schema to values a target schema, making it impractical to express very complex transformations, and practical tools shall support concise and generic coding patterns. We first define a point-free language of bidirectional transformations (called lenses), characterized by a powerful set of algebraic laws. Then, we tailor it to consider additional parameters that describe updates, and use them to refine the behavior of intricate lenses between arbitrary data structures. On top, we propose the Multifocal framework for the evolution of XML schemas. A Multifocal program describes a generic schema-level transformation, and has a value-level semantics defined using the point-free lens language. Its optimization employs the novel algebraic lens calculus.O advento da programação bidirecional, nos últimos anos, fez surgir inúmeras abordagens em diversas disciplinas de ciências da computação, geralmente baseadas em linguagens de domínio específico em que um programa representa uma transformação para a frente ou para trás, satisfazendo certas propriedades de consistência desejáveis. Apesar do elevado potencial de linguagens intrinsicamente bidirecionais, estas ainda não amadureceram o suficiente para serem correntemente utilizadas. Esta dissertação contempla algumas características de linguagens bidirecionais usualmente negligenciadas, mas vitais para um desenvolvimento em mais larga escala. A primeira refere-se à eficiência. A maioria destas linguagens fornece um conjunto rico de combinadores primitivos que podem ser utilizados para construir transformações mais sofisticadas que, embora convenientes, são cronicamente ineficientes, exigindo ser otimizadas para uma aplicação séria. A segunda diz respeito à configurabilidade. Sendo a tradução de modificações inerentemente ambígua, os utilizadores devem poder controlar a escolha de uma estratégia adequada. A terceira prende-se com a genericidade. Escrever uma transformação bidirecional implica tipicamente descrever os passos que convertem um modelo noutro diferente, enquanto que ferramentas práticas devem suportar padrões concisos e genéricos de forma a poderem expressar transformações muito complexas. Primeiro, definimos uma linguagem de transformações bidirecionais (intituladas de lentes), livre de variáveis, caracterizada por um poderoso conjunto de leis algébricas. De seguida, adaptamo-la para receber parâmetros que descrevem modificações, e usamo-los para refinar lentes intrincadas entre estruturas de dados arbitrárias. Por cima, propomos a plataforma Multifocal para a evolução de modelos XML. Um programa Multifocal descreve uma transformação genérica de modelos, cuja semântica ao nível dos valores e consequente otimização é definida em função da linguagem de lentes

Specification Languages for Preserving Consistency between Models of Different Languages

In dieser Dissertation stellen wir drei Sprachen für die Entwicklung von Werkzeugen vor, welche Systemrepräsentationen während der Softwareentwicklung konsistent halten. Bei der Entwicklung komplexer informationstechnischer Systeme ist es üblich, mehrere Programmiersprachen und Modellierungssprachen zu nutzen. Dabei werden Teile des Systems mit unterschiedlichen Sprachen konstruiert und dargestellt, um verschiedene Entwurfs- und Entwicklungstätigkeiten zu unterstützen. Die übergreifende Struktur eines Systems wird beispielsweise oft mit Hilfe einer Architekturbeschreibungssprache dargestellt. Für die Spezifikation des detaillierten Verhaltens einzelner Systemteile ist hingegen eine zustandsbasierte Modellierungssprache oder eine Allzweckprogrammiersprache geeigneter. Da die Systemteile und Entwicklungstätigkeiten in Beziehung zueinander stehen, enthalten diese Repräsentationen oftmals auch redundante Informationen. Solche partiell redundanten Repräsentationen werden meist nicht statisch genutzt, sondern evolvieren während der Systementwicklung, was zu Inkonsistenzen und damit zu fehlerhaften Entwürfen und Implementierungen führen kann. Daher sind konsistente Systemrepräsentationen entscheidend für die Entwicklung solcher Systeme. Es gibt verschiedene Ansätze, die konsistente Systemrepräsentationen dadurch erreichen, dass Inkonsistenzen vermieden werden. So ist es beispielsweise möglich, eine zentrale, redundanzfreie Repräsentation zu erstellen, welche alle Informationen enthält, um alle anderen Repräsentationen daraus projizieren zu können. Es ist jedoch nicht immer praktikabel solch eine redundanzfreie Repräsentation und editierbare Projektionen zu erstellen, insbesondere wenn existierende Sprachen und Editoren unterstützt werden müssen. Eine weitere Möglichkeit zur Umgehung von Inkonsistenzen besteht darin Änderungen einzelner Informationen nur an einer eindeutigen Quellrepräsentation zuzulassen, sodass alle anderen Repräsentationen diese Information nur lesen können. Dadurch können solche Informationen in allen lesend zugreifenden Repräsentationen immer überschrieben werden, jedoch müssen dazu alle editierbaren Repräsentationsbereiche komplett voneinander getrennt werden. Falls inkonsistente Repräsentationen während der Systementwicklung nicht völlig vermieden werden können, müssen Entwickler oder Werkzeuge aktiv die Konsistenz erhalten, wenn Repräsentationen modifiziert werden. Die manuelle Konsistenthaltung ist jedoch eine zeitaufwändige und fehleranfällige Tätigkeit. Daher werden in Forschungseinrichtungen und in der Industrie Konsistenthaltungswerkzeuge entwickelt, die teilautomatisiert Modelle während der Systementwicklung aktualisieren. Solche speziellen Software-Entwicklungswerkzeuge können mit Allzweckprogrammiersprachen und mit dedizierten Konsistenthaltungssprachen entwickelt werden. In dieser Dissertation haben wir vier bedeutende Herausforderungen identifiziert, die momentan nur unzureichend von Sprachen zur Entwicklung von Konsistenthaltungswerkzeugen adressiert werden. Erstens kombinieren diese Sprachen spezifische Unterstützung zur Konsistenthaltung nicht mit der Ausdrucksmächtigkeit und Flexibilität etablierter Allzweckprogrammiersprachen. Daher sind Entwickler entweder auf ausgewiesene Anwendungsfälle beschränkt, oder sie müssen wiederholt Lösungen für generische Konsistenthaltungsprobleme entwickeln. Zweitens unterstützen diese Sprachen entweder lösungs- oder problemorientierte Programmierparadigmen, sodass Entwickler gezwungen sind, Erhaltungsinstruktionen auch in Fällen anzugeben, in denen Konsistenzdeklarationen ausreichend wären. Drittens abstrahieren diese Sprachen nicht von genügend Konsistenthaltungsdetails, wodurch Entwickler explizit beispielsweise Erhaltungsrichtungen, Änderungstypen oder Übereinstimmungsprobleme berücksichtigen müssen. Viertens führen diese Sprachen zu Erhaltungsverhalten, das oft vom konkreten Anwendungsfall losgelöst zu sein scheint, wenn Interpreter und Übersetzer Code ausführen oder erzeugen, der zur Realisierung einer spezifischen Konsistenzspezifikation nicht benötigt wird. Um diese Probleme aktueller Ansätze zu adressieren, leistet diese Dissertation die folgenden Beiträge: Erstens stellen wir eine Sammlung und Klassifizierung von Herausforderungen der Konsistenthaltung vor. Dabei diskutieren wir beispielsweise, welche Herausforderungen nicht bereits adressiert werden sollten, wenn Konsistenz spezifiziert wird, sondern erst wenn sie durchgesetzt wird. Zweitens führen wir einen Ansatz zur Erhaltung von Konsistenz gemäß abstrakter Spezifikationen ein und formalisieren ihn mengentheoretisch. Diese Formalisierung ist unabhängig davon wie Konsistenzdurchsetzungen letztendlich realisiert werden. Mit dem vorgestellten Ansatz wird Konsistenz immer anhand von beobachteten Editieroperationen bewahrt, um bekannte Probleme zur Berechnung von Übereinstimmungen und Differenzen zu vermeiden. Schließlich stellen wir drei neue Sprachen zur Entwicklung von Werkzeugen vor, die den vorgestellten, spezifikationsgeleiteten Ansatz verfolgen und welche wir im Folgenden kurz erläutern. Wir präsentieren eine imperative Sprache, die verwendet werden kann, um präzise zu spezifizieren, wie Modelle in Reaktion auf spezifische Änderungen aktualisiert werden müssen, um Konsistenz in eine Richtung zu erhalten. Diese Reaktionssprache stellt Lösungen für häufige Probleme bereit, wie beispielsweise die Identifizierung und das Abrufen geänderter oder korrespondierender Modellelemente. Außerdem erreicht sie eine uneingeschränkte Ausdrucksmächtigkeit, indem sie Entwicklern ermöglicht, auf eine Allzweckprogrammiersprache zurückzugreifen. Eine zweite, bidirektionale Sprache für abstrakte Abbildungen kann für Fälle verwendet werden, in denen verschiedene Änderungsoperationen nicht unterschieden werden müssen und außerdem die Erhaltungsrichtung nicht immer eine Rolle spielt. Mit dieser Abbildungssprache können Entwickler Bedingungen deklarieren, die ausdrücken, wann Modellelemente als konsistent zueinander angesehen werden sollen, ohne sich um Details der Überprüfung oder Durchsetzung von Konsistenz bemühen zu müssen. Dazu leitet der Übersetzer automatisch Durchsetzungscode aus Überprüfungen ab und bidirektionalisiert Bedingungen, die für eine Richtung der Konsistenthaltung spezifiziert wurden. Diese Bidirektionalisierung basiert auf einer erweiterbaren Menge von komponierbaren, operatorspezifischen Invertierern, die verbreitete Round-trip-Anforderungen erfüllen. Infolgedessen können Entwickler häufig vorkommende Konsistenzanforderungen konzise ausdrücken und müssen keinen Quelltext für verschiedene Konsistenthaltungsrichtungen, Änderungstypen oder Eigenschaften von Modellelementen wiederholen. Eine dritte, normative Sprache kann verwendet werden, um die vorherigen Sprachen mit parametrisierbaren Konsistenzinvarianten zu ergänzen. Diese Invariantensprache übernimmt Operatoren und Iteratoren für Elementsammlungen von der Object Constraint Language (OCL). Außerdem nimmt sie Entwicklern das Schreiben von Quelltext zur Suche nach invariantenverletzenden Elementen ab, da Abfragen, welche diese Aufgaben übernehmen, automatisch anhand von Invariantenparametern abgeleitet werden. Die drei Sprachen können in Kombination und einzeln verwendet werden. Sie ermöglichen es Entwicklern, Konsistenz unter Verwendung verschiedener Programmierparadigmen und Sprachabstraktionen zu spezifizieren. Wir stellen auch prototypische Übersetzer und Editoren für die drei Konsistenzspezifikationssprachen vor, welche auf dem Vitruvius-Rahmenwerk für Multi-Sichten-Modellierung basieren. Mit diesem Rahmenwerk werden Änderungen in textuellen und graphischen Editoren automatisch beobachtet, um Reaktionen auszulösen, Abbildungen durchzusetzen und Invarianten zu überprüfen. Dies geschieht indem der von unseren Übersetzern erzeugte Java-Code ausgeführt wird. Außerdem haben wir für alle Sprachen, die in dieser Dissertation vorgestellt werden, folgende theoretischen und praktischen Eigenschaften evaluiert: Vollständigkeit, Korrektheit, Anwendbarkeit, und Nutzen. So zeigen wir, dass die Sprachen ihre vorgesehenen Einsatzbereiche vollständig abdecken und analysieren ihre Berechnungsvollständigkeit. Außerdem diskutieren wir die Korrektheit jeder einzelnen Sprache sowie die Korrektheit einzelner Sprachmerkmale. Die operatorspezifischen Invertierer, die wir zur Bidirektionalisierung von Abbildungsbedingungen entwickelt haben, erfüllen beispielsweise immer das neu eingeführte Konzept bestmöglich erzogener Round-trips. Dieses basiert auf dem bewährten Konzept wohlerzogener Transformationen und garantiert, dass übliche Round-trip-Gesetze erfüllt werden, wann immer dies möglich ist. Wir veranschaulichen die praktische Anwendbarkeit mit Fallstudien, in denen Konsistenz erfolgreich mit Hilfe von Werkzeugen erhalten wurde, die in den von uns vorgestellten Sprachen geschrieben wurden. Zum Schluss diskutieren wir den potenziellen Nutzen unserer Sprachen und vergleichen beispielsweise Konsistenthaltungswerkzeuge die in zwei Fallstudien realisiert wurden. Die Werkzeuge, die mit der Reaktionssprache entwickelt wurden, benötigen zwischen 33% und 71% weniger Zeilen Quelltext als funktional gleichwertige Werkzeuge, die mit in Java oder dem Java-Dialekt Xtend entwickelt wurden

Toward bidirectionalization of ATL with GRoundTram

Abstract. ATL is a language for describing model transformations currently in uni-direction. In our previous work we have shown that transformations of graph structures given in some form can be bidirectionalized and have implemented a system called GRoundTram system for bidirectional graph transformations. We say a transformation t is bidirectionalized when we obtain a backward transformation t ′ so that the pair (t, t ′ ) of transformations satisfies certain wellbehavedness properties. Bidirectional model transformation is used to reflect the changes in the target model back to the source model, and vice versa. In this paper, as a first step toward realizing practical bidirectional model transformations, we present bidirectionalization of core part of the ATL by encoding it in the UnQL language, which is used as a transformation language in the GRound-Tram system. We give the algorithm for the encoding, based on which we have implemented the system for bidirectionalizing the core ATL in OCaml language.