Общие вопросы сентенциального программирования

Сравнение версий сентенциального программирования

Прежде всего, методы управления языка Prolog и языка Рефал принципиально отличаются. В Prolog'е неудача глобальна, но исправима, а в Рефале — локальна, но фатальна.

Унификация в Prolog и конкретизация в Рефале являются операциями примерно одного и того же уровня общности. Но направления унификации и конкретизации ортогональны.

• Конкретизация имеет дело с выражениями, подвыражения в которых могут выделяться различными способами, и древовидная иерархическая структура сочетается с линейной структурой внутри одного уровня иерархии, а при унификации в Prolog и в логике все выражения жестко ограничены скобками либо запятыми, то есть присутствует лишь иерархическая структура.
• Конкретизация не заглядывает внутрь иерархии глубже, чем это явно указано в соответствующем правиле, а унификация может двигаться по уровням иерархии вглубь настолько, насколько это необходимо.
• При конкретизации переменные локальны, и их значения не влияют на интерпретацию остальной области памяти, а при унификации переменные глобальны, полученная в результате унификации подстановка производится сразу во всем поле зрения, а не только в его активной части.
• При конкретизации в ходе установления значений переменных возможны неудачи и возвраты, а при унификации значения переменных рекурсивно набираются в соответствии с алгоритмом нахождения унифицирующей подстановки, и неудача этого единственного варианта означает неудачу всей попытки унификации.

Внимание!

Модели унификации и конкретизации формально несовместимы, поскольку, соединив их, мы получаем алгоритмически неразрешимое понятие отождествления (Н. К. Косовский и др., 1990).

Это — глубочайший теоретический результат и одно из редких прямых предупреждений, сделанных теорией практике^{8Даже прямые предупреждения, как правило, игнорируются практиками, многие из которых не понимают самого понятия алгоритмической неразрешимости; в качестве примера можно взять безвременно скончавшийся Рефал-6.} . Поэтому при сходстве многих идей, положенных в их основу, эти модели развиваются и должны дальше развиваться независимо (что не исключает творческого заимствования идей из одной ипостаси подхода в другую). Обратите внимание, что мы столкнулись с той же самой ситуацией, которая имеет место для циклической и рекурсивной ипостасей структурного программирования.

Точно так же, как циклическая ипостась структурного программирования, Рефал приспособлен для работы с данными, развернутыми в основном вширь и для развертывания процесса в ширину. Точно так же, как рекурсивная ипостась, Prolog приспособлен для развертывания процесса в глубину и для работы с данными, имеющими ограниченную ширину, но зато большую глубину.

Даже машинная реализация этих языков сродни двум ипостасям структурного программирования. В Рефале вызовы, которые выглядят как рекурсивные, на самом деле рекурсией не являются^{9Примером того, насколько многие привыкли судить о явлениях по внешнему виду, а не по сущности, является кочующее из книги в книгу утверждение о том, что Рефал — язык функционального рекурсивного программирования.} , поскольку мы заканчиваем породивший вызов, и лишь после этого переходим к отработке порожденных. Prolog больше похож на рекурсию, поскольку после вызова внутреннего предиката мы можем возвратиться к внешнему и продолжить попытки его унификации. В Рефале достаточно общего поля памяти, а в Prolog вынуждены запоминать также управляющие данные ( точки возврата^{10После этой аналогии становится более ясно, почему программисты трактуют использование отсечения ! в языке PROLOG как хакерство. Представьте себе, что было бы, если бы Вам в C++ предоставили явный доступ к отложенным из-за рекурсии вызовам процедур и разрешили по своему произволу их убирать!} ).

Стоит заметить, что сентенциальное программирование, и особенно его разновидность, базирующаяся на модели отождествления-замены, великолепно сочетается с идеей ассоциативной памяти (см. стр. 31), и здесь возможен прорыв одновременно на аппаратном и программном уровнях.

Вариант сентенциального программирования, базирующийся на возвратах и унификации, отлично сочетается с идеей машины потоков данных. Японцы попытались использовать его в своем проекте ЭВМ пятого поколения. Провал данного проекта надолго дискредитировал направление соединения сентенциального программирования с потоками данных, но к нему придется вернуться в будущем на другой технической и, видимо, на гораздо более концептуально выверенной программистской основе.

Концепция унификации и возвратов после неудач исключительно хорошо подходит для выражения -параллелизма (см. § 15.2). Более того, уже имеются системы (в частности, Muse), реализующие этот вариант параллелизма в языке Prolog.

Рефал, в свою очередь, великолепно подходит для &-параллелизма. Подстановки значений переменных в результирующее выражение можно осуществлять независимо друг от друга. Более того, в принципе можно было бы даже в нынешнем варианте Рефала вычислять различные функциональные скобки в параллель, помешать этому могут лишь значения, передаваемые через аппарат закапывания-выкапывания. Но это — стандартная проблема синхронизации для параллельных вычислений, с которой можно справляться хорошо разработанными средствами, тем более что аппарат для соответствующей разметки программы еще в ходе ее составления концептуально подготовлен в языке.

Таким образом, две ветви сентенциального программирования ориентированы даже на разные классы параллельных вычислений. Именно на примере сентенциального программирования нами был сделан вывод о том, что и для других стилей должны быть альтернативные реализации. Их выявлению мешал прежде всего закон экологической ниши.

При создании и развитии языков PROLOG и Рефал ярко проявились сильные и слабые стороны русской и англо-американской школ науки.

В. Ф. Турчин проделал адекватный анализ, не устаревший за 40 лет, но он не стремился к общепонятности и слишком большой популяризации (может быть, потому, что ему не нужно было выбивать гранты). Его последователи четко восприняли идею и развивали ее, практически полностью избегая концептуально противоречащих ей возможностей. Но популяризация языка и внешняя сторона работы с ним (удобные системы, интерфейсы и т. п.) оказались практически полностью проигнорированными, и поэтому язык остается достоянием узкой группы приверженцев.

Сами представители Рефал-сообщества объясняли свою позицию относительно интерфейсов примерно следующим образом.

— Чайники и ламеры все равно Рефалом не пользуются, а квалифицированный человек сам легко напишет переходник, тем более, что код системы открыт.

Автор в свое время вынужден был писать переходник между Рефалом-2 и Алголом 68, но, конечно же, такое решение и приведенная выше аргументация неудовлетворительны.

Создатели Prolog с самого начала в значительной мере использовали теорию и методологию как заклинания либо молитвы, не имеющие отношения к сути дела и произносимые для его освящения. Тем самым теоретическая база сразу же оказалась неадекватной, что и привело к быстрому расползанию системы и потере концептуального единства. Язык в значительно большей мере, чем Рефал, оказался загрязнен чужеродными элементами^{11История отказа от введения объектов в Рефал является практически исключительным в мире современной информатики примером понимания вреда концептуальных противоречий. В конце концов, разум должен стоять выше моды!} .

Неадекватность теории практике помешала осознанию реальных достижений подхода, основанного на унификации, поскольку они часто противоречили мифам и саморекламе. Зато развитие внешнего оформления и удобных (с точки зрения дизайна) средств работы с языком шло адекватными темпами, а реклама его действительных и мнимых достижений далеко опережающими. Язык вошел в практику обучения многих университетов мира и попал даже в стандарты программ обучения специалистов IFAC.

Если говорить о практических задачах, то Prolog значительно лучше подходит для поиска, а Рефал — для синтаксических преобразований. Стоит также помнить, что в нынешнем состоянии Prolog не может служить даже для прототипирования, это язык лишь для моделирования решений и логики поведения программы.Но это — особенность нынешних конкретных реализаций идеи унификации и возвратов, она связана с тем, что примитивный концептуальный механизм пришел в противоречие с выявившимися богатейшими потенциальными возможностями подхода.

Рефал делает символьные преобразования столь же эффективно, как и программа на традиционном языке, и поэтому может быть использован на всех уровнях: и для создания прототипа программы, и для написания надпрограммы, и для написания подпрограммы.

Таким образом, Рефал по эффективности и ясности представления уже сейчас может служить языком прототипирования, и, если бы его снабдить удовлетворительными интерфейсами, вполне мог бы служить и для окончательных решений, работающих в многоязыковой среде. В момент написания книги существует единственный имеющийся надежно работающий интерфейс Рефала: с языком PHP преобразования HTML-текстов.

В особенности Рефал хорош в тех случаях, когда нужно произвести нетривиальное преобразование символьных входных либо выходных файлов. Его использование, как показала практика автора и студентов в многоязыковом программировании, зачастую оправдывается даже тогда, когда ведется передача данных через файл.

У Prolog ныне интерфейсы имеются, но они, как правило, ориентированы лишь на C++ и LISP^{12Некоторые коммерческие системы Prolog имеют интерфейсы еще и с Java.} и совершенно не стандартизованы. Каждая реализация имеет свой интерфейс.

Мы затронули общий недостаток нынешних систем сентенциального программирования. Это — плохая проработка связей с другими языками. При создании средств высших уровней необходимо с самого начала продумать вопросы связи с другими языками и использования языка в многоязыковой и многостилевой методологии программирования.