Two Decades of Maude

This paper is a tribute to José Meseguer, from the rest of us in the Maude team, reviewing the past, the present, and the future of the language and system with which we have been working for around two decades under his leadership. After reviewing the origins and the language's main features, we present the latest additions to the language and some features currently under development. This paper is not an introduction to Maude, and some familiarity with it and with rewriting logic are indeed assumed.Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech

Constraint-based graphical layout of multimodal presentations

When developing advanced multimodal interfaces, combining the characteristics of different modalities such as natural language, graphics, animation, virtual realities, etc., the question of automatically designing the graphical layout of such presentations in an appropriate format becomes increasingly important. So, to communicate information to the user in an expressive and effective way, a knowledge-based layout component has to be integrated into the architecture of an intelligent presentation system. In order to achieve a coherent output, it must be able to reflect certain semantic and pragmatic relations specified by a presentation planner to arrange the visual appearance of a mixture of textual and graphic fragments delivered by mode-specific generators. In this paper we will illustrate by the example of LayLab, the layout manager of the multimodal presentation system WIP, how the complex positioning problem for multimodal information can be treated as a constraint satisfaction problem. The design of an aesthetically pleasing layout is characterized as a combination of a general search problem in a finite discrete search space and an optimization problem. Therefore, we have integrated two dedicated constraint solvers, an incremental hierarchy solver and a finite domain solver, in a layered constraint solver model CLAY, which is triggered from a common metalevel by rules and defaults. The underlying constraint language is able to encode graphical design knowledge expressed by semantic/pragmatic, geometrical/topological, and temporal relations. Furthermore, this mechanism allows one to prioritize the constraints as well as to handle constraint solving over finite domains. As graphical constraints frequently have only local effects, they are incrementally generated by the system on the fly. Ultimately, we will illustrate the functionality of LayLab by some snapshots of an example run

A formal framework for model management

El Desarrollo de Software Dirigido por Modelos es una rama de la Ingeniería del Software en la que los artefactos software se representan como modelos para incrementar la productividad, calidady eficiencia económica en el proceso de desarrollo de software, donde un modelo proporciona una representación abstracta del código final de una aplicación. En este campo, la iniciativa Model-Driven Architecture (MDA), patrocinada por la OMG, está constituida por una familia de estándares industriales, entre los que se destacan: Meta-Object Facility (MOF), Unified Modeling Language (UML), Object Constraint Language (OCL), XML Metadata Interchange (XMI), y Query/Views/Transformations (QVT). Estos estándares proporcionan unas directrices comunes para herramientas basadas en modelos y para procesos de desarrollo de software dirigidos por modelos. Su objetivo consiste en mejorar la interoperabilidad entre marcos de trabajo ejecutables, en automatizar el proceso desarrollo de software de software y en proporcionar técnicas que eviten errores durante ese proceso. El estándar MOF describe un marco de trabajo genérico que permite definir la sintaxis abstracta de lenguajes de modelado. Este estándar persigue la definición de los conceptos básicos que son utilizados en procesos de desarrollo de software dirigidos por modelos: que es un modelo, que es un metamodelo, qué es reflexión en un marco de trabajo basado en MOF, etc. Sin embargo, la mayoría de estos conceptos carecen de una semántica formal en la versión actual del estándar MOF. Además, OCL se utiliza como un lenguage de definición de restricciones que permite añadir semántica a un metamodelo MOF. Desafortunadamente, la relación entre un metamodelo y sus restricciones OCL también carece de una semántica formal. Este hecho es debido, en parte, a que los metamodelos solo pueden ser definidos como dato en un marco de trabajo basado en MOF. El estándar MOF también proporciona las llamadas facilidades de reflexión de MOF (MOF ReflectiBoronat Moll, A. (2007). A formal framework for model management [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/1964Palanci

Decision-theoretic control of EUVE telescope scheduling

This paper describes a decision theoretic scheduler (DTS) designed to employ state-of-the-art probabilistic inference technology to speed the search for efficient solutions to constraint-satisfaction problems. Our approach involves assessing the performance of heuristic control strategies that are normally hard-coded into scheduling systems and using probabilistic inference to aggregate this information in light of the features of a given problem. The Bayesian Problem-Solver (BPS) introduced a similar approach to solving single agent and adversarial graph search patterns yielding orders-of-magnitude improvement over traditional techniques. Initial efforts suggest that similar improvements will be realizable when applied to typical constraint-satisfaction scheduling problems

Maude: specification and programming in rewriting logic

Maude is a high-level language and a high-performance system supporting executable specification and declarative programming in rewriting logic. Since rewriting logic contains equational logic, Maude also supports equational specification and programming in its sublanguage of functional modules and theories. The underlying equational logic chosen for Maude is membership equational logic, that has sorts, subsorts, operator overloading, and partiality definable by membership and equality conditions. Rewriting logic is reflective, in the sense of being able to express its own metalevel at the object level. Reflection is systematically exploited in Maude endowing the language with powerful metaprogramming capabilities, including both user-definable module operations and declarative strategies to guide the deduction process. This paper explains and illustrates with examples the main concepts of Maude's language design, including its underlying logic, functional, system and object-oriented modules, as well as parameterized modules, theories, and views. We also explain how Maude supports reflection, metaprogramming and internal strategies. The paper outlines the principles underlying the Maude system implementation, including its semicompilation techniques. We conclude with some remarks about applications, work on a formal environment for Maude, and a mobile language extension of Maude

Verification of Complex Real-time Systems using Rewriting Logic

This paper presents a method for model checking dense complex real-time systems. This approach is implemented at the meta level of the Rewriting Logic system Maude. The dense complex real-time system is specified using a syntax which has the semantics of timed automata and the property is specified with the temporal logic TLTL (Timed LTL). The well known timed automata model checkers Kronos and Uppaal only support TCTL model checking (a very limited fragment in the case of Uppaal). Specification of the TLTL property is reduced to LTL and its temporal constraints are captured in a new timed automaton. This timed automaton will be composed with the original timed automaton representing the semantics of the complex real-time system under analysis. Then, the product timed automaton will be abstracted using partition refinement of state space based on strong bi-simulation. The result is an untimed automaton modulo the TLTL property which represents an equivalent finite state system to be model checked using Maude LTL model checking. This approach is successfully tested on industrial designs

Dynamic Validation of OCL Constraints with mOdCL

This paper presents mOdCL, a Maude based evaluator of OCL expressions and validator of OCL constraints. Given its OCL expression evaluator, the use of execution strategies allows mOdCL, not only validating invariant constraints on concrete system states, but also dynamically validating invariants and pre- and post-conditions on the successive states obtained during system execution

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

Definition of a Type System for Generic and Reflective Graph Transformations

This thesis presents the extension of the graph transformation language SDM (Story Driven Modeling) with generic and reflective features as well as the definition of type checking rules for this language. The generic and reflective features aim at improving the reusability and expressiveness of SDM, whereas the type checking rules will ensure the type-safety of graph transformations. This thesis starts with an explanation of the relevant concepts as well as a description of the context in order to provide the reader with a better understanding of our approach. The model driven development of software, today considered as the standard paradigm, is generally based on the use of domain-specific languages such as MATLAB Simulink and Stateflow. To increase the quality, the reliability,and the efficiency of models and the generated code, checking and elimination of detected guideline violations defined in huge catalogues has become an essential, but error-prone and time-consuming task in the development process. The MATE/MAJA projects, which are based on the use of the SDM language, aim at an automation of this task for MATLAB Simulink/Stateflow models. Modeling guidelines can be specified on a very high level of abstraction by means of graph transformations. Moreover, these specifications allow for the generation of guideline checking tools. Unfortunately, most graph transformation languages do not offer appropriate concepts for reuse of specification fragments - a MUST, when we deal with hundreds of guidelines. As a consequence we present an extension of the SDM language which supports the definition of generic rewrite rules and combines them with the reflective programming mechanisms of Java and the model repository interface standard JMI. Reusability and expressiveness are not the only aspects we want to improve. Another fundamental aspect of graph transformations must be ensured: their correctness in order to prevent type errors while executing the transformations. Checking and testing the graph transformations manually would ruin the benefit obtained by the automation of the guideline checking and by the generic and reflective features. Therefore, we propose in this work a type-checking method for graph transformations. We introduce a new notation for rules of inference and define a type system for SDM. We also proposed an algorithm to apply this type system. We illustrate and evaluate both contributions of our work by applying them on running examples. Proposals for other additional SDM features as well as for possible improvements of our type checking open new perspectives and future research to pursue our work