Análisis eficaz de gramáticas de cláusulas definidas

[Resumen] Dentro del análisis sintáctico, la utilización de formalismos gramaticales valuados es, hoy por hoy, punto inconturnable 'en el desarrollo de estrategias de análisis sintáctico en entornos de procesamiento del lenguaje natural y en programación lógica, este último como representante del paradigma declarativo. El presente trabajo se centra en el estudio y desarrollo de técnicas de análisis sintáctico dirigidas, en última instancia, al tratamiento de sistemas basados en el análisis de formalismos gramaticales valuados donde, típicamente, el concepto de categoría gramatical se extiende a un dominio posiblemente infinito. En estas circunstancias los métodos clásicos de análisis sintáctico basados en la consideración de dominios finitos no son aplicables, al no garantizar la correcta terminación del proceso de cálculo. Referido al campo de las gramáticas lógicas, esta situación fuerza la necesidad del desarrollo e implementación de técnicas de análisis capaces de asegurar la completud de la resolucibn en el caso de presencia de símbolos funcionales. Igualmente cobra especial relevancia la consideración de las técnicas de programación dinámica aplicadas al análisis sintáctico. Este hecho es debido a la compactación de las representaĉiones, que convierte este paradigma en una técnica eficiente para el tratamiento de cálculos con un alto grado de redundancia, relacionados con fenómenos tales como el no determinismo, habituales en formalismos gramaticales complejos. Hasta el momento, las técnicas aplicadas se han basado fundamentalmente en el concepto subyacente en la técnica de restricción. Esta permite de forma simple y eficaz limitar el proceso de evaluación a aquellos nodos del bosque de prueba en los que la ausencia d^e bucles a nivel de la unificación está garantizada. La técnica no permite, sin embargo, una detección automatizada de los nodos conflictivos ni su representación. Nuestro acercamiento prevé la consideración tanto del problema de la detección de ciclos a nivel de la unificación de argumentos, como su representación explícita en los casos en los que ello sea posiblel . Nuestro punto de partida será el estudio de las propiedades estáticas de evaluación de los formalismos gramaticales considerados y su adecuación a técnicas de evaluación dinámica, las mejor adaptadas al problema por garantizar una compartición óptima de cálculos y estructuras. Para ello estableceremos un marco descriptivo común sobre el cual desarrollar y comparar diversas estrategias de análisis sintáctico. Este marco también nos permitirá extender de manera intuitiva las técnicas incorporadas al análisis de lenguajes a otros formalismos gramaticales valuados

Languages and Tools for Optimization of Large-Scale Systems

Modeling and simulation are established techniques for solving design problems in a wide range of engineering disciplines today. Dedicated computer languages, such as Modelica, and efficient software tools are available. In this thesis, an extension of Modelica, Optimica, targeted at dynamic optimization of Modelica models is proposed. In order to demonstrate the Optimica extension, supporting software has been developed. This includes a modularly extensible Modelica compiler, the JModelica compiler, and an extension that supports also Optimica. A Modelica library for paper machine dryer section modeling, DryLib, has been developed. The classes in the library enable structured and hierarchical modeling of dryer sections at the application user level, while offering extensibility for the expert user. Based on DryLib, a parameter optimization problem, a model reduction problem, and an optimization-based control problem have been formulated and solved. A start-up optimization problem for a plate reactor has been formulated in Optimica, and solved by means of the Optimica compiler. In addition, the robustness properties of the start-up trajectories have been evaluated by means of Monte-Carlo simulation. In many control systems, it is necessary to consider interaction with a user. In this thesis, a manual control scheme for an unstable inverted pendulum system, where the inputs are bounded, is presented. The proposed controller is based on the notion of reachability sets and guarantees semi global stability for all references. An inverted pendulum on a two wheels robot has been developed. A distributed control system, including sensor processing algorithms and a stabilizing control scheme has been implemented on three on-board embedded processors

Well-Formed and Scalable Invasive Software Composition

Software components provide essential means to structure and organize software effectively. However, frequently, required component abstractions are not available in a programming language or system, or are not adequately combinable with each other. Invasive software composition (ISC) is a general approach to software composition that unifies component-like abstractions such as templates, aspects and macros. ISC is based on fragment composition, and composes programs and other software artifacts at the level of syntax trees. Therefore, a unifying fragment component model is related to the context-free grammar of a language to identify extension and variation points in syntax trees as well as valid component types. By doing so, fragment components can be composed by transformations at respective extension and variation points so that always valid composition results regarding the underlying context-free grammar are yielded. However, given a language’s context-free grammar, the composition result may still be incorrect. Context-sensitive constraints such as type constraints may be violated so that the program cannot be compiled and/or interpreted correctly. While a compiler can detect such errors after composition, it is difficult to relate them back to the original transformation step in the composition system, especially in the case of complex compositions with several hundreds of such steps. To tackle this problem, this thesis proposes well-formed ISC—an extension to ISC that uses reference attribute grammars (RAGs) to specify fragment component models and fragment contracts to guard compositions with context-sensitive constraints. Additionally, well-formed ISC provides composition strategies as a means to configure composition algorithms and handle interferences between composition steps. Developing ISC systems for complex languages such as programming languages is a complex undertaking. Composition-system developers need to supply or develop adequate language and parser specifications that can be processed by an ISC composition engine. Moreover, the specifications may need to be extended with rules for the intended composition abstractions. Current approaches to ISC require complete grammars to be able to compose fragments in the respective languages. Hence, the specifications need to be developed exhaustively before any component model can be supplied. To tackle this problem, this thesis introduces scalable ISC—a variant of ISC that uses island component models as a means to define component models for partially specified languages while still the whole language is supported. Additionally, a scalable workflow for agile composition-system development is proposed which supports a development of ISC systems in small increments using modular extensions. All theoretical concepts introduced in this thesis are implemented in the Skeletons and Application Templates framework SkAT. It supports “classic”, well-formed and scalable ISC by leveraging RAGs as its main specification and implementation language. Moreover, several composition systems based on SkAT are discussed, e.g., a well-formed composition system for Java and a C preprocessor-like macro language. In turn, those composition systems are used as composers in several example applications such as a library of parallel algorithmic skeletons

Proceedings of the 4th International Conference on Principles and Practices of Programming in Java

This book contains the proceedings of the 4th international conference on principles and practices of programming in Java. The conference focuses on the different aspects of the Java programming language and its applications

Extensible Languages for Flexible and Principled Domain Abstraction

Die meisten Programmiersprachen werden als Universalsprachen entworfen. Unabhängig von der zu entwickelnden Anwendung, stellen sie die gleichen Sprachfeatures und Sprachkonstrukte zur Verfügung. Solch universelle Sprachfeatures ignorieren jedoch die spezifischen Anforderungen, die viele Softwareprojekte mit sich bringen. Als Gegenkraft zu Universalsprachen fördern domänenspezifische Programmiersprachen, modellgetriebene Softwareentwicklung und sprachorientierte Programmierung die Verwendung von Domänenabstraktion, welche den Einsatz von domänenspezifischen Sprachfeatures und Sprachkonstrukten ermöglicht. Insbesondere erlaubt Domänenabstraktion Programmieren auf dem selben Abstraktionsniveau zu programmieren wie zu denken und vermeidet dadurch die Notwendigkeit Domänenkonzepte mit universalsprachlichen Features zu kodieren. Leider ermöglichen aktuelle Ansätze zur Domänenabstraktion nicht die Entfaltung ihres ganzen Potentials. Einerseits mangelt es den Ansätzen für interne domänenspezifische Sprachen an Flexibilität bezüglich der Syntax, statischer Analysen, und Werkzeugunterstützung, was das tatsächlich erreichte Abstraktionsniveau beschränkt. Andererseits mangelt es den Ansätzen für externe domänenspezifische Sprachen an wichtigen Prinzipien, wie beispielsweise modularem Schließen oder Komposition von Domänenabstraktionen, was die Anwendbarkeit dieser Ansätze in der Entwicklung größerer Softwaresysteme einschränkt. Wir verfolgen in der vorliegenden Doktorarbeit einen neuartigen Ansatz, welcher die Vorteile von internen und externen domänenspezifischen Sprachen vereint um flexible und prinzipientreue Domänenabstraktion zu unterstützen. Wir schlagen bibliotheksbasierte erweiterbare Programmiersprachen als Grundlage für Domänenabstraktion vor. In einer erweiterbaren Sprache kann Domänenabstraktion durch die Erweiterung der Sprache mit domänenspezifischer Syntax, statischer Analyse, und Werkzeugunterstützung erreicht werden . Dies ermöglicht Domänenabstraktionen die selbe Flexibilität wie externe domänenspezifische Sprachen. Um die Einhaltung üblicher Prinzipien zu gewährleisten, organisieren wir Spracherweiterungen als Bibliotheken und verwenden einfache Import-Anweisungen zur Aktivierung von Erweiterungen. Dies erlaubt modulares Schließen (durch die Inspektion der Import-Anweisungen), unterstützt die Komposition von Domänenabstraktionen (durch das Importieren mehrerer Erweiterungen), und ermöglicht die uniforme Selbstanwendbarkeit von Spracherweiterungen in der Entwicklung zukünftiger Erweiterungen (durch das Importieren von Erweiterungen in einer Erweiterungsdefinition). Die Organisation von Erweiterungen in Form von Bibliotheken ermöglicht Domänenabstraktionen die selbe Prinzipientreue wie interne domänenspezifische Sprachen. Wir haben die bibliotheksbasierte erweiterbare Programmiersprache SugarJ entworfen und implementiert. SugarJ Bibliotheken können Erweiterungen der Syntax, der statischen Analyse, und der Werkzeugunterstützung von SugarJ deklarieren. Eine syntaktische Erweiterung besteht dabei aus einer erweiterten Syntax und einer Transformation der erweiterten Syntax in die Basissyntax von SugarJ. Eine Erweiterung der Analyse testet Teile des abstrakten Syntaxbaums der aktuellen Datei und produziert eine Liste von Fehlern. Eine Erweiterung der Werkzeugunterstützung deklariert Dienste wie Syntaxfärbung oder Codevervollständigung für bestimmte Sprachkonstrukte. SugarJ Erweiterungen sind vollkommen selbstanwendbar: Eine erweiterte Syntax kann in eine Erweiterungsdefinition transformiert werden, eine erweiterte Analyse kann Erweiterungsdefinitionen testen, und eine erweiterte Werkzeugunterstützung kann Entwicklern beim Definieren von Erweiterungen assistieren. Um eine Quelldatei mit Erweiterungen zu verarbeiten, inspizieren der SugarJ Compiler und die SugarJ IDE die importierten Bibliotheken um die aktiven Erweiterungen zu bestimmen. Der Compiler und die IDE adaptieren den Parser, den Codegenerator, die Analyseroutine und die Werkzeugunterstützung der Quelldatei entsprechend der aktiven Erweiterungen. Wir beschreiben in der vorliegenden Doktorarbeit nicht nur das Design und die Implementierung von SugarJ, sondern berichten darüber hinaus über Erweiterungen unseres ursprünglich Designs. Insbesondere haben wir eine Generalisierung des SugarJ Compilers entworfen und implementiert, die neben Java alternative Basissprachen unterstützt. Wir haben diese Generalisierung verwendet um die bibliotheksbasierten erweiterbaren Programmiersprachen SugarHaskell, SugarProlog, und SugarFomega zu entwickeln. Weiterhin haben wir SugarJ ergänzt um polymorphe Domänenabstraktion und Kommunikationsintegrität zu unterstützen. Polymorphe Domänenabstraktion ermöglicht Programmierern mehrere Transformationen für die selbe domänenspezifische Syntax bereitzustellen. Dies erhöht die Flexibilität von SugarJ und unterstützt bekannte Szenarien aus der modellgetriebenen Entwicklung. Kommunikationsintegrität spezifiziert, dass die Komponenten eines Softwaresystems nur über explizite Kanäle kommunizieren dürfen. Im Kontext von Codegenerierung stellt dies eine interessante Eigenschaft dar, welche die Generierung von impliziten Modulabhängigkeiten untersagt. Wir haben Kommunikationsintegrität als weiteres Prinzip zu SugarJ hinzugefügt. Basierend auf SugarJ und zahlreicher Fallstudien argumentieren wir, dass flexible und prinzipientreue Domänenabstraktion ein skalierbares Programmiermodell für die Entwicklung komplexer Softwaresysteme darstellt

Foundations of Programming Languages

This clearly written textbook provides an accessible introduction to the three programming paradigms of object-oriented/imperative, functional, and logic programming. Highly interactive in style, the text encourages learning through practice, offering test exercises for each topic covered. Review questions and programming projects are also presented, to help reinforce the concepts outside of the classroom. This updated and revised new edition features new material on the Java implementation of the JCoCo virtual machine