Лекція 14. Основні парадигми теоретичного програмування

Одночасно з парадигмами прикладного програмування продовжують розвиватися і парадигми теоретичного програмування, в основі яких лежать фундаментальні дослідження, що базуються на математичних теоріях. Авторами української теоретичної школи програмування, створеної В.М. Глушковим, запропоновані нові парадигми: алгебраїчного, інсерційного, композиційного, експлікативного програмування і теоретичні підходи в рішенні ключових проблем теорії програмування.

Парадигма алгебраїчного програмування ґрунтується на теорії переписування термів. В цій парадигмі терми – це дані, а системи переписуючих правил, які виражаються за допомогою системи рівнянь, - алгоритми обчислень. Елементарний крок обчислення включає порівняння із зразком, перевірку умов і підстановку.

Порядок вибору переписуючих правил і підтермів даного терма для порівняння з лівими частинами рівнянь визначається стратегією переписування. Ця стратегія визначає результат обчислень – терм – з точністю до еквівалентності початковому терму. Власне стратегія переписування може бути описана в парадигмі більш низького рівня, наприклад, процедурній або функціональній, що приводить до необхідності інтеграції парадигм. В даний час ідея інтеграції парадигм (процедурної, функціональної, алгебраїчної і логічної) реалізована в системі алгебраїчного програмування (APS), в якій використовуються спеціалізовані структури даних - графові терми – для подання даних і знань про предметні області. Теоретична школа алгебраїчного програмування розвивається в ІК НАНУ (Капітонова Ю.В., Летічевський О.А.), Соломоновому університеті (Цейтлин Г.Е).

Інсерційне програмування узагальнює погляд на програму, як на алгебраїчне перетворення множини станів інформаційного середовища, але замість пасивного середовища (пам'яті) розглядається активне інформаційнесередовище, що має поведінку. Перетворення поведінки цього середовища відбувається в результаті дії на її об'єкти взаємодіючих агентів. В основі інсерційного програмування – модель поведінки агентів в середовищах, що базується на поняттях транзиційної системи (основного стандарту в теорії взаємодіючих процесів) і відношення еквівалентності агентів відносно оточення (стан агента ототожнюється з його поведінкою). На відміну від агентного програмування, що концентрує увагу, більшою мірою, на проблемах інтелектуалізації агентів, інсерційне програмування охоплює аспекти поведінки агентів.

За допомогою інерційних програм моделюються реальні системи з недетермінованою поведінкою агентів і середовищ. Реалізація систем інерційного програмування вимагає застосування программ-симуляторов, а не інтерпретаторів, а також постановки цілей для отримання конкретних результатів.

Ця парадигма отримала практичне застосування в дослідних проектах фірми Motorolla, а розвиток її теоретичного апарату виконується в ІК НАН України під керівництвом член.-кор., професора, Летічевського О.А.

Разом з новими парадигмами програмування формується загальна теорія програмування, так звана програмологія, яка об'єднує ідеї логіки, математики і інформатики, уточнює поняття програми і програмування, і на єдиній концептуальній основі створює загальний формальний апарат для конструювання програм.

Серед найважливіших понять і принципів програмування виділяються поняття композиції і принцип композиційності, який розглядає програми як функції, що будуються з інших функцій за допомогою спеціальних операцій, які називаються композиціями.

Принцип композиційності став основним в композиційному програмуванні. На основі композиційної експлікації (від explication-уточнення, роз'яснення) поняття програмування було створено логіко-математичну систему композиційної побудови програм, що отримала надалі назву експлікативного програмування. Експлікативне програмування інтегрує в собі всі найбільш важливі парадигми програмування (структурне, функціональне, об'єктно-орієнтоване і ін.) в рамках концептуально єдиної експлікативної платформи, основу якої складає три основні типи об'єктів: самі об'єкти, засоби побудови з одних об'єктів інших (функції) і програмологічні засоби застосування засобів побудови (композиції). Цей теоретичний напрямок розвивається в університеті ім.Т.Шевченка (Редько В.Н), а прагматично орієнтовану конкретизацію експлікативного програмування представляє собою еталонне програмування.

ВИСНОВКИ

Основні парадигми програмування склалися у міру зростання складності вирішуваних завдань. Відбулося розшарування засобів і методів програмування залежно від глибини і спільності опрацювання технічних деталей організації процесів комп'ютерної обробки інформації. Виділилися різні стилі і технології програмування. До основних парадигм програмування відносяться: процедурне, функціональне, логічне та алгебраїчне.

Напрям розвитку парадигм програмування відбиває зміну кола фахівців, зацікавлених в розвитку і використанні інформаційних технологій.

Література.

Основна література

1. Парадигми програмування. Конспект лекцій МНТУ. –2009 р. (електронна версія).

2. Развитие парадигм программирования. http://www.intuit.ru/ department/ pl/funcpl/15/3.html

Додаткова література

3. Стили и методы программирования http://www.intuit.ru/

4. Парадигмыпрограммирования - http://schum.kiev.ua/let/

5. Капитонова Ю.В., Летичевский А.А. Об основных парадигмах программирования // Кибернетика и системный анализ.-1994.-№6.-с.3-20.

6. Дехтяренко И.А. Декларативное программирование. http://www.softcraft.ru/paradigm/ dp/dp01.shtml

7. Грищенко В.Н., Лаврищева Е.М. Компонентно-ориентированное программирование. Состояние, направления и перспективы развития // Проблемы программирования. – 2002. - № 1–2.– С. 80–90.

8. Добрынин В.Технология компонентного программирования – http://www.ict.edu.ru

9. Плескач В.Л., Рогушина Ю.В. Агентні технології // Київ.- КНТЕУ.–2005.–337с.

10. Редько В.Н. Экспликативное программирование: ретроспективы и перспективы // Проблемы программирования.– 1998. – №2.–С. 22 – 41.