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author | Yasutaka Higa <e115763@ie.u-ryukyu.ac.jp> |
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date | Thu, 22 Jan 2015 10:49:27 +0900 |
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title: 形式手法を広めるには author: 河野真治 <br> 比嘉健太 profile: 琉球大学工学部情報工学科 lang: Japanese # Agenda * 大学ではどんなことをやっているか(講義, イベント, 研究) * 講義などでつまづくポイント * つまづきの解決策 * どのような講義をするべきか? # 講義で使用している形式手法 * 仕様記述 * UML * model checking 的なアプローチ * Java Path Finder * 証明的なアプローチ * Haskell, Agda # 仕様記述 * モデリングと設計 の講義 * iOS Application を作成する * ユースケース図やクラス図を使って仕様を考える # model checking 的なアプローチ * [Operationg System](http://www.ie.u-ryukyu.ac.jp/%7Ekono/lecture/os/index.html) の講義 * Process/Thread Scheduling を考えた時に * Dead Lock を起こすような Scheduling を実際に書いて実行させる * Java Path Finder で Thread の実行順序を網羅的に実行する # 証明的なアプローチ * [ソフトウェア工学](http://www.ie.u-ryukyu.ac.jp/%7Ekono/lecture/software/index.html) の講義 * 集合, 論理, 関数, 自然演繹による証明 * 型システム, Curry-Howard Isomorphism を通して Haskell, Agda で証明 * Haskell : 自然演繹と lambda calculus * Agda : Data type に対する証明 (Product, Sum, List, Functor, Monad ...) * Agda : SystemT を使った自然数に対する演算の証明 # Agda による証明を解説した例 * Open Source Conference * ソフトウェア工学で学んだ Agda を [Agda 入門](http://ie.u-ryukyu.ac.jp/~e115763/slides/events/osc2014/slide.html)として発表 * Agda で SystemT の Nat の加法の交換法則を解説 * 定義の解説にほとんどの時間を取られてしまう # 圏によるプログラムの形式化 * プログラムの変更を Monad で表す * プログラムの変更時に変更前のプログラムも残したまま変更する * 全てのバージョンのプログラムを同時に実行できる * デバッグやテストと組み合せることでバグを見付けたい * 実行系と検証系を同時に走らせることもできる # 学習コスト * 論理, 自然演繹 -> Haskell -> Agda * それぞれのステップに壁がある * 論理とプログラム間で変換できないなど * 自然演繹では解けるけれど lambda term で書き直す * Haskell では定義できるけれど Agda で証明できない # つまづくポイント * Haskell -> Agda の壁を考える * コードを書いてる人なら型を合わせることは分かる * 型によって証明を書くことに繋げるには? * プログラムと論理の対応を把握してもらう必要がある * どうしたら把握してもらえるか? # つまづきをどう解決するか * 書き続ける * 論理とプログラムの対応を見えるようにする * Agda は対話的に項を書き換えることができる * どこでつまづいても情報が手に入るようにしたい * 論理側でも、プログラム側でも、どのステップでも * 対話的に情報を引き出す手段そのものを学ぶ # 他に講義に取りいれるもの? * 仕様記述 * 他の証明支援系 * Coq, ... * 他の理論 * Hoare Logic, Computational Tree Logic, ... * どのようなカリキュラムが良いか? # データ構造 Delta の定義 * Monad によってプログラムの変更を表す * データ構造としては長さ1以上のリスト * nil に相当するものが元のプログラムの値 * プログラムの変更は変更した後の値を List に追加する * 全ての関数は Delta を返し、値は Delta によって定義する ``` data Delta a = Mono a | Delta a (Delta a) ``` # Delta に対する Monad の instance 定義 * return はバージョンが無いプログラムをバージョン1とする * ``>>=`` は同じバージョンの値に対する計算を同時に行なう ``` instance Monad Delta where return x = Mono x (Mono x) >>= f = f x (Delta x d) >>= f = Delta (headDelta (f x)) (d >>= (tailDelta . f)) ``` # 元のプログラムとプログラムの変更 ![original_program](pictures/original_program.svg) # Delta によって記述されたプログラムの実行 ![delta_program](pictures/delta_program.svg) # Delta のメリット * 全てのバージョンを同時に実行できる * 任意のバージョンの組み合せを同時に実行できる * デバッグに利用したり 通常系/検証系 として動かす * Monad なので Category との対応がある * 2 つのバージョンを選ぶことは Delta が持つプログラムの product * 任意のバージョンを生成できる Colimit は Program の Repository <style> .slide.cover H2 { margin-top:72px; font-size:72px; } .slide.cover H3#author { margin-top:72px; font-size:42px; } </style> <!-- vim: set filetype=markdown.slide: -->