Принципы интерпретации программ языка программирования, ориентированного на обработку баз знаний

Шункевич Даниил Вячеславович ассистент, кафедра Интеллектуальных информационных технологий, Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники 220013, Беларусь, г. Минск, ул. П. Бровки, 6 Shunkevich Daniil Vyacheslavovich assistant, Department of Intelligent Information Technologies, Belarusian State University of Informatics and Radio Electronics 22013, Belarus, Minsk, ul. P. Brovki, 6 shu.dv@tut.by Другие публикации этого автора

Данная статья посвящена базовому языку программирования технологии проектирования интеллектуальных систем OSTIS ^[1],[2], а конкретнее, модели его интерпретатора, основанной на многоагентом подходе к проектированию машин обработки знаний, лежащем в основе указанной технологии ^[3]. Базовые понятия данной работы, такие как sc-агент, абстрактный sc-агент и т.д., рассмотрены в работе ^[4] и на сайте технологии ^[1].

Унифицированная логико-семантическая модель машины интерпретации программ базового языка программирования, ориентированного на обработку sc-моделей баз знаний (т.е. Языка SCP) ^[5] рассматривается как множество sc-агентов абстрактной scp-машины, т.е. атомарных sc-агентов, реализуемых на платформенно-зависимом уровне и взаимодействующих между собой через sc-память при помощи определенного sc-языка (т.е. набора ключевых узлов). В данной работе описываются сами sc-агенты абстрактной scp-машины, а также sc-язык их взаимодействия.

Вся абстрактная scp-машина рассматривается как целостный абстрактный sc-агент, который может иметь несколько вариантов декомпозиции, один из которых принят за эталонный и описан в данном разделе. При этом одним из возможных вариантов, хоть и не самым приемлемым, является вариант реализации всей абстрактной scp-машины как одного атомарного sc-агента.

Декомпозиция абстрактной scp-машины:

• sc-агент погружения scp-программ в sc-память
• sc-агент создания scp-процессов
• sc-агент интерпретации scp-операторов
• sc-агент синхронизации процесса интерпретации scp-программ
• sc-агент уничтожения scp-процессов
• sc-агент синхронизации событий в sc-памяти и ее реализации

Sc-агент погружения scp-программ в sc-память активизируется ограниченное число раз при появлении в sc-памяти ранее не присутствовавшей scp-программы, выполняет с ней определенные действия, после чего scp-программа становится доступной для интерпретации, либо помечается как некорректная scp-программа. После этого sc-агент погружения scp-программы в sc-память больше не работает с указанной scp-программой, т.е. процесс его работы с точки зрения процесса интерпретации может рассматриваться как однократная операция, выполняемая предварительно для каждой scp-программы и не оказывающая существенного влияния на производительность системы в целом.

Декомпозиция sc-агента погружения scp-программ в sc-память:

• sc-агент собственно погружения scp-программ в sc-память
• sc-агент верификации scp-программ
• sc-агент предварительной обработки scp-программ

Sc-агент собственно погружения scp-программ в sc-память является по сути одним из видов sc-агентов интеграции знаний. Данный sc-агент осуществляют стандартную операцию склейки по ключевым узлам, а также выполняет проверку на потенциальную синонимичность погружаемой scp-программы с какой-либо из уже имеющихся в системе. После того, как scp-программа погружена в sc-память она попадает во множество сформированных scp-программ.

Sc-агент верификации scp-программ осуществляет автоматическую проверку корректности scp-программ. Данный sc-агент активируется при появлении в sc-памяти scp-программы, принадлежащей классу сформированных scp-программ. В результате работы данного sc-агента scp-программа попадает во множество корректных scp-программ в случае успешного прохождения процедуры верификации.

Можно выделить два типа для указанного агента:

• sc-агент синтаксической верификации scp-программ
• sc-агент семантической верификации scp-программ

Sc-агент синтаксической верификации scp-программ осуществляет автоматическую проверку синтаксической корректности scp-программ, например, проверку целостности scp-программы, проверку соответствия конкретных scp-операторов спецификации соответствующего класса scp-операторов, и т.д.

Sc-агент семантической верификации scp-программ осуществляет автоматическую проверку семантической корректности scp-программ, например, поиск потенциально бесконечных циклов, выявление недостижимых в рамках scp-программы scp-операторов, и т.д.

Sc-агент предварительной обработки scp-программ осуществляет генерацию дополнительных конструкций, описывающих корректную scp-программу и необходимых для оптимизации процедуры создания scp-процессов, соответствующих данной scp-программе.

Данный агент активируется при появлении в sc-памяти scp-программы, принадлежащей классу корректных scp-программ.

В результате работы данного sc-агента scp-программа попадает во множество подготовленных scp-программ.

Под scp-процессом понимается некоторая структура в sc-памяти, однозначно описывающая конкретный акт выполнения некоторой scp-программы для заданных исходных данных. Если scp-программа описывает алгоритм решения какой-либо задачи в общем виде, то scp-процесс описывает конкретную реализацию данного алгоритма для заданных входных параметров.

По сути, scp-процесс представляет собой уникальную копию множества операторов scp-программы, в которой каждой sc-переменной, за исключением scp-переменных, соответствует сгенерированная sc-константа.

Задачей sc-агента создания scp-процессов является создание scp-процессов, соответствующих заданной scp-программе. Данный sc-агент активируется при появлении в sc-памяти инициированного вопроса, принадлежащего классу запросов интерпретации scp-программы.

После проверки sc-агентом условия инициирования выполняется создание scp-процесса с учетов конкретных параметров интерпретации scp-программы, после чего осуществляется поиск начального оператора' scp-процесса и его активизация. Пример формальной записи запроса инициирования scp-программы с указанием параметров представлен на рис. 1.

Рис. 1. Запрос интерпретации scp-программ

Создание уникальных копий выполняемой scp-программы при каждом ее запуске требует дополнительных затрат времени и памяти, однако такой подход имеет ряд существенных преимуществ:

• созданный scp-процесс может быть реконфигурирован прямо в процессе выполнения, при этом нет опасности повреждения исходной scp-программы;
• выполнение созданного scp-процесса не требует обращений к исходной scp-программе, таким образом, исключается необходимость синхронизации доступа scp-процессов, соответствующих одной и той же scp-программе как к разделяемому ресурсу;
• выполнение созданных scp-процессов может физически осуществляться на разных устройствах параллельно, что существенно увеличивает эффект от наращивания аппаратной основы дополнительными ресурсами;
• отсутствует необходимость указывать scp-процесс, в рамках которого некоторая scp-переменная' имеет заданное значение*, поскольку каждая scp-переменная' становится уникальной в рамках sc-памяти в результате копирования и может иметь только одно значение*;
• при создании scp-процесса scp-переменные', соответствующие in-параметрам' scp-программы физически заменяются sc-элементами, указанными в качестве параметров интерпретации в соответствующем запросе. Такая замена позволяет исключить дополнительную операцию поиска значения* для указанных scp-переменных', поскольку они становятся scp-константами'

Задачей sc-агента интерпретации scp-операторов является собственно интерпретация операторов scp-программы, то есть выполнение в sc-памяти действий, описываемых конкретным scp-оператором. Данный sc-агент активируется при появлении в sc-памяти scp-оператора, принадлежащего классу активных scp-операторов. После выполнения действий, описываемых scp-оператором, scp-оператор добавляется во множество выполненных scp-операторов. В случае, когда семантика действия, описываемого scp-оператором, предполагает возможность ветвления scp-программы после выполнения данного scp-оператора, то используется одно из подмножеств класса выполненных scp-операторов – безуспешно выполненный scp-оператор или успешно выполненный scp-оператор.

Во множество безуспешно выполненных scp-операторов попадают те выполненные scp-операторы, в процессе выполнения которых не выполнилось некоторое дополнительное условие, зависящее от конкретного класса оператора (например, попытка поиска заданной конструкции оказалась безуспешной). В таком случае будет осуществлен переход к scp-операторам, связанным с данным при помощи связок отношения следующий оператор при безуспешном выполнении.

Во множество успешно выполненных scp-операторов попадают те выполненные scp-операторы, в процессе выполнения которых выполнилось некоторое дополнительное условие, зависящее от конкретного класса оператора (например, попытка поиска заданной конструкции оказалась успешной). В таком случае будет осуществлен переход к scp-операторам, связанным с данным при помощи связок отношения следующий оператор при успешном выполнении.

Задачей sc-агента синхронизации процесса интерпретации scp-программ является обеспечение переходов между scp-операторами в рамках одной scp-программы. Данный sc-агент активизируется при добавлении некоторого scp-оператора во множество выполненных scp-операторов. Далее осуществляется переход по sc-дуге, принадлежащей отношению следующий scp-оператор (или более частным отношениям, в случае, если scp-оператор был добавлен во множество успешно выполненных scp-операторов или безуспешно выполненных scp-операторов). При этом очередной scp-оператор становится активным scp-оператором только в том случае, если все scp-операторы, связанные с ним входящими sc-дугами, принадлежащими отношению следующий scp-оператор (или более частным отношениям) стали элементами множества выполненных scp-операторов (или, соответственно, его подмножеств). В противном случае происходит ожидание завершения выполнения требуемых scp-операторов.

В соответствии со спецификацией языка SCP можно выделить следующий набор sc-агентов интерпретации конкретных scp-операторов:

• sc-агент интерпретации scp-оператора генерации одноэлементной sc-конструкции
• sc-агент интерпретации scp-оператора генерации трехэлементной sc-конструкции
• sc-агент интерпретации scp-оператора генерации пятиэлементной sc-конструкции
• sc-агент интерпретации scp-оператора генерации sc-конструкции по произвольному образцу
• sc-агент интерпретации scp-оператора поиска трехэлементной sc-конструкции
• sc-агент интерпретации scp-оператора поиска пятиэлементной sc-конструкции
• sc-агент интерпретации scp-оператора поиска трехэлементной sc-конструкции с формированием множеств
• sc-агент интерпретации scp-оператора поиска пятиэлементной sc-конструкции с формированием множеств
• sc-агент интерпретации scp-оператора поиска sc-конструкции по произвольному образцу
• sc-агент интерпретации scp-оператора удаления одноэлементной sc-конструкции
• sc-агент интерпретации scp-оператора удаления трехэлементной sc-конструкции
• sc-агент интерпретации scp-оператора удаления пятиэлементной sc-конструкции;
• sc-агент интерпретации scp-оператора удаления множества элементов трехэлементной sc-конструкции
• sc-агент интерпретации scp-оператора удаления множества элементов пятиэлементной sc-конструкции
• sc-агент интерпретации scp-оператора проверки типа sc-элемента
• sc-агент интерпретации scp-оператора проверки наличия значения у переменной
• sc-агент интерпретации scp-оператора проверки наличия содержимого у sc-ссылки
• sc-агент интерпретации scp-оператора проверки совпадения значений операндов
• sc-агент интерпретации scp-оператора проверки равенства числовых содержимых sc-ссылок
• sc-агент интерпретации scp-оператора сравнения числовых содержимых sc-ссылок
• sc-агент интерпретации scp-оператора сложения числовых содержимых sc-ссылок
• sc-агент интерпретации scp-оператора вычитания числовых содержимых sc-ссылок
• sc-агент интерпретации scp-оператора умножения числовых содержимых sc-ссылок
• sc-агент интерпретации scp-оператора деления числовых содержимых sc-ссылок
• sc-агент интерпретации scp-оператора возведения числового содержимого sc-ссылки в степень
• sc-агент интерпретации scp-оператора вычисления логарифма числового содержимого sc-ссылки
• sc-агент интерпретации scp-оператора вычисления синуса числового содержимого sc-ссылки
• sc-агент интерпретации scp-оператора вычисления косинуса числового содержимого sc-ссылки
• sc-агент интерпретации scp-оператора вычисления тангенса числового содержимого sc-ссылки
• sc-агент интерпретации scp-оператора вычисления арксинуса числового содержимого sc-ссылки
• sc-агент интерпретации scp-оператора вычисления арккосинуса числового содержимого sc-ссылки
• sc-агент интерпретации scp-оператора вычисления арктангенса числового содержимого sc-ссылки
• sc-агент интерпретации scp-оператора копирования содержимого sc-ссылки
• sc-агент интерпретации scp-оператора удаления содержимого sc-ссылки
• sc-агент интерпретации scp-оператора ожидания события
• sc-агент интерпретации scp-оператора асинхронного вызова подпрограммы
• sc-агент интерпретации scp-оператора ожидания завершения выполнения scp-программы
• sc-агент интерпретации scp-оператора ожидания завершения выполнения множества scp-программ
• sc-агент интерпретации scp-оператора завершения выполнения программы
• sc-агент интерпретации scp-оператора присваивания значения переменной
• sc-агент интерпретации scp-оператора удаления значения переменной
• sc-агент интерпретации scp-оператора вывода содержимого sc-ссылки
• sc-агент интерпретации scp-оператора вывода содержимого sc-ссылки с переходом на новую строку
• sc-агент интерпретации scp-оператора распечатки семантической окрестности sc-элемента

Задачей sc-агента уничтожения scp-процессов является уничтожение scp-процесса, то есть удаление из sc-памяти всех sc-элементов, его составляющих. Данный sc-агент активируется при появлении в sc-памяти scp-процесса, принадлежащего классу бесполезных scp-процессов.

При этом уничтожаемый scp-процесс необязательно должен быть полностью сформирован. Необходимость уничтожения не до конца сформированного scp-процесса может возникнуть в случае, если при создании scp-процесса возникли проблемы, не позволяющие продолжить создание scp-процесса и его выполнение.

Задачей sc-агента синхронизации событий в sc-памяти и ее реализации является обеспечение работы неатомарных sc-агентов, реализованных на языке SCP.

Задачей sc-агента трансляции первичного условия инициирования sc-агента в его внутреннее представление является трансляция бинарных ориентированных пар, описывающих первичное условие инициирования некоторого sc-агента, во внутреннее представление sc-событий на уровне реализации sc-памяти. Условием инициирования данного sc-агента является появление в sc-памяти нового элемента множества активных sc-агентов, для которого будет найдена и протранслирована соответствующая бинарная пара.

Задачей sc-агента обработки sc-события, инициирующего активный sc-агент является поиск агентной scp-программы, входящей во множество, программ sc-агента* для каждого sc-агента, первичное условие инициирования которого соответствует sc-событию, произошедшему в sc-памяти и генерация запроса на ее интерпретацию. В результате работы данного sc-агента в sc-памяти появляется инициированный вопрос, принадлежащий классу запросов интерпретации scp-программы.

В работе рассмотрены принципы интерпретации программ базового языка программирования, ориентированного на обработку sc-моделей баз знаний. Разработанная модель основана на многоагентом подходе, что позволяет эффективно использовать возможности асинхронного и параллельного программирования, а также делает разработанную модель открытой, то есть присутствет возможность добавления в нее новых агентов.