การวิจัยและความท้าทายแบบเปิดในทฤษฎีภาษาโปรแกรม

ในจิตวิญญาณของบางอภิปรายทั่วไปเช่นนี้หนึ่งผมเปิดกระทู้นี้ด้วยความตั้งใจที่จะรวบรวมความคิดเห็นเกี่ยวกับสิ่งที่เป็นความท้าทายที่เปิดกว้างและหัวข้อที่ร้อนในการวิจัยเกี่ยวกับการเขียนโปรแกรมภาษา ฉันหวังว่าการอภิปรายอาจนำมาซึ่งความคิดเห็นเกี่ยวกับอนาคตของการวิจัยในภาษาโปรแกรม

ฉันเชื่อว่าการอภิปรายในลักษณะนี้จะช่วยให้นักวิจัยใหม่เช่นตัวฉันเองสนใจ PL และผู้ที่มีส่วนเกี่ยวข้องอยู่แล้ว

ฉันคิดว่าเป้าหมายโดยรวมของทฤษฎี PL คือการลดต้นทุนของการเขียนโปรแกรมขนาดใหญ่โดยการปรับปรุงภาษาโปรแกรมและระบบนิเวศทางเทคโนโลยีที่ใช้ภาษา

ต่อไปนี้เป็นคำอธิบายในระดับสูงที่ค่อนข้างคลุมเครือของพื้นที่การวิจัย PL ที่ได้รับความสนใจอย่างต่อเนื่องและอาจจะดำเนินต่อไปชั่วระยะเวลาหนึ่ง

• การวิจัยภาษาโปรแกรมส่วนใหญ่เกิดขึ้นในบริบทของการคำนวณตามลำดับและตอนนี้เราได้วิเคราะห์เนื้อหาบนแกนของคุณลักษณะที่มีอยู่ในภาษาการเขียนโปรแกรมที่ทันสมัยที่สุด (เช่นฟังก์ชั่นลำดับสูงกว่า (บางส่วน) การอนุมานประเภท , ADTs, ตัวแปรหลายตัวแปร) และเป็นที่เข้าใจกันดี ยังไม่มีฉันทามติดังกล่าวเกี่ยวกับคุณสมบัติภาษาการเขียนโปรแกรมสำหรับการคำนวณพร้อมกันและแบบขนาน

• เกี่ยวข้องกับประเด็นก่อนหน้านี้สาขาการวิจัยของระบบการพิมพ์ได้เห็นกิจกรรมส่วนใหญ่เกี่ยวกับการคำนวณตามลำดับ เราสามารถสรุปงานนี้เพื่อค้นหาระเบียบวินัยการพิมพ์ที่ใช้ง่ายและมีประโยชน์ซึ่ง จำกัด การคำนวณแบบขนานและแบบขนานหรือไม่

• เป็นกรณีพิเศษของประเด็นก่อนหน้านี้การติดต่อกับ Curry-Howard เกี่ยวข้องกับทฤษฎีการพิสูจน์โครงสร้างและการเขียนโปรแกรมเชิงปฏิบัติการที่นำไปสู่การถ่ายโอนเทคโนโลยีที่ยั่งยืนระหว่างวิทยาการคอมพิวเตอร์และคณิตศาสตร์ (พื้นฐานของ) คณิตศาสตร์ด้วยเช่น มีคำแนะนำยั่วเย้ามากมายที่สามารถขยายไปถึง (บางรูปแบบ) พร้อมกันและการคำนวณแบบขนาน

• ข้อมูลจำเพาะและการตรวจสอบของโปรแกรมมีจำนวนมากในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาเช่นกับผู้ช่วยหลักฐานการโต้ตอบเช่น Isabelle และ Coq แต่เทคโนโลยียังห่างไกลจากการใช้งานในระดับสูงในการเขียนโปรแกรมทุกวัน ยังมีงานอีกมากที่ต้องดำเนินการเพื่อปรับปรุงสถานะของกิจการนี้

• ภาษาโปรแกรมและเทคโนโลยีการตรวจสอบสำหรับการคำนวณรูปแบบใหม่ ฉัน
  คิดว่าที่นี่โดยเฉพาะอย่างยิ่งการคํานวณควอนตัมและแรงบันดาลใจทางชีวภาพกลไกการคำนวณให้ดูเช่นที่นี่

• การรวมกัน มีหลายวิธีในการเขียนโปรแกรมภาษาประเภทการตรวจสอบและบางครั้งก็รู้สึกว่ามีการทับซ้อนกันระหว่างพวกเขาจำนวนมากและมีวิธีที่เป็นนามธรรมมากกว่ารอการค้นพบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งกลไกการคำนวณที่ได้รับแรงบันดาลใจทางชีววิทยามีแนวโน้มที่จะครอบงำพวกเราต่อไป

ปัญหาหนึ่งของการวิจัย PL คือไม่มีปัญหาแบบเปิดที่ชัดเจนเช่นคำถาม P / NP ที่เราสามารถพูดได้ทันทีว่าวิธีแก้ปัญหาที่เสนอนั้นใช้ได้หรือไม่

ให้ฉันเขียนรายการสมมุติฐานบางอย่างที่ จำกัด การวิจัยภาษาโปรแกรม สิ่งเหล่านี้ยากที่จะแยกตัวออกมาเพราะพวกเขารู้สึกว่าพวกเขาเป็นส่วนสำคัญของภาษาโปรแกรมที่เกี่ยวกับหรือเพราะการสำรวจทางเลือกอื่น ๆ ก็คือ "ไม่ใช่การออกแบบภาษาโปรแกรมอีกต่อไป" ในแต่ละข้อสมมติฉันระบุรายการผลกระทบที่ จำกัด

1. โปรแกรมเป็นโครงสร้างประโยค

   • โปรแกรมเมอร์จริงจะไม่ใช้ iPads ในการสร้างซอร์สโค้ด และแม้ว่าพวกเขาจะทำเช่นนั้นพวกเขาจะไม่มีประสิทธิภาพเท่า Emacs, Eclipse, NetBeans, XCode ฯลฯ
   • การวิจัยเกี่ยวกับวิธีทางเลือกในการสร้างโปรแกรมไม่ใช่การออกแบบโปรแกรมภาษา แต่เป็นการออกแบบส่วนต่อประสานกับผู้ใช้แบบกราฟิกหรือการศึกษา (cf. Scratch)

2. โปรแกรมที่เขียนบางส่วนไม่สามารถดำเนินการได้

   • อย่างน้อยที่สุดข้อผิดพลาดรันไทม์เกิดขึ้นเมื่อการดำเนินการไปยังส่วนที่ขาดหายไป
   • จะมีอะไรดีในการรันโปรแกรมที่ยังไม่เสร็จ?

3. โปรแกรมเกี่ยวกับการให้คำแนะนำกับคอมพิวเตอร์

   • การออกแบบภาษาการเขียนโปรแกรมไม่มีอะไรจะพูดเกี่ยวกับวิธีการเขียนและจัดระเบียบกฎหมาย โฮ apliances
   • แบคทีเรียไม่ได้เขียนโปรแกรม

4. การเขียนโปรแกรมเป็นเหมือน enginnering และไม่สามารถทำได้โดยคนธรรมดา

   • คนธรรมดาไม่รู้จักไวยากรณ์แนวคิดเครื่องมือดังนั้นพวกเขาจึงไม่สามารถเขียนโปรแกรมได้
   • แม้ว่าเราจะพยายามทำให้คนทั่วไปสามารถเขียนโปรแกรมได้ แต่พวกเขาก็สามารถเขียนสิ่งที่ไม่สำคัญได้

ฉันคิดว่าฉันสามารถไปต่อ

มีปัญหาหนึ่งที่ฉันสงสัยเกี่ยวกับ ฉันไม่รู้ว่ามันเป็นคุณสมบัติที่ท้าทายหรือไม่

ความรู้ทางคณิตศาสตร์เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องตามกาลเวลา รากฐานทางทฤษฎีแนวคิดสัญลักษณ์และบทพิสูจน์ได้วิวัฒนาการมาหลายศตวรรษ นักคณิตศาสตร์ได้จัดการรวมตัวกันโดยไม่จำเป็นต้องตรวจสอบความสอดคล้องระดับโลกในวิธีที่เป็นระบบและเป็นทางการ ณ จุดใดเวลาหนึ่ง (แม้ว่าจะมีความพยายามที่จะทำ)

เราควรคาดหวังว่าภาษาการเขียนโปรแกรมและไลบรารี่ของโปรแกรมจะรวมและพัฒนาในเวลาเดียวกัน เครื่องมือชนิดใดที่สามารถช่วยจัดการการรวมกันของผลลัพธ์การเขียนโปรแกรมและไลบรารีเพื่อให้พวกเขาสอดคล้องและใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยทุกคนในคอมพิวเตอร์สามารถเป็นทางการและเรียกร้องเกี่ยวกับความมั่นคง เราต้องทำซ้ำไลบรารีสำหรับภาษาการเขียนโปรแกรมใหม่แต่ละภาษาหรือไม่ ทำไมเราต้องเลือกภาษาเพราะมีไลบรารี่ที่เหมาะสมสำหรับแอพพลิเคชั่นที่ต้องการแทนที่จะเป็นคุณสมบัติที่เป็นสื่อกลางในการเขียนโปรแกรม?

ในหัวข้ออื่นคุณอาจพบแนวคิดในคำถามต่อไปนี้: ภาษาการเขียนโปรแกรมมีลักษณะเหมือนภาษาธรรมชาติมากกว่าหรือไม่ ฉันตระหนักว่าแนวคิดนี้อาจไม่ดึงดูดนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์เชิงทฤษฎีหลายคน แต่มันก็ยังคงมีประโยชน์โดยการดูที่ปัญหาต่าง ๆ หรือจากมุมมองที่ต่างออกไป ฉันไม่เห็นด้วยกับความคิดมากมายที่โพสต์ แต่นั่นคือการอภิปราย

มีนวัตกรรมและการระเบิดอย่างมากในภาษาการเขียนโปรแกรมจากการใช้งานและด้านทฤษฎีในช่วงศตวรรษที่ผ่านมา แต่ในบางกรณีอาจจะทำให้เป็นเหตุการณ์เอกพจน์ / ครั้งเดียวในประวัติศาสตร์ของการคำนวณเช่นเดียวกับ "วิวัฒนาการการระเบิด" (โปรดดู"ทำไมจึงมีภาษาโปรแกรมมากมาย?"ใน cs.se) และดังนั้นอนาคตจะไม่เหมือนในอดีตในแง่นี้ อย่างไรก็ตามมีแนวโน้มในระยะยาวที่สามารถระบุได้บางอย่างในการเล่น / ภายใต้การพัฒนา

• ความซับซ้อนของการเขียนโปรแกรม / ซอฟต์แวร์และวิธีการจัดการ / ลด / ลด / ลดความมันเป็นหัวข้อที่มีอิทธิพลต่อการออกแบบภาษาอยู่เสมอและอาจมีความสำคัญมากขึ้นในยุคปัจจุบันด้วยระบบซอฟต์แวร์ที่ซับซ้อน / ซับซ้อน มันเป็นลักษณะสำคัญของเหตุผลการออกแบบ OOPแต่ตอนนี้เรามีระบบ OOP ที่ซับซ้อนมาก! เน้นการไตร่ตรองของมันได้นำไปสู่คลาสสิกในสาขาเช่นตำนานคนเดือนโดยบรูกส์ซึ่งในหลายวิธียังคงมุมมองที่ถูกต้องมากอาจมีความเกี่ยวข้องมากขึ้นกว่าเมื่อมันถูกเขียน

• ความเท่าเทียม มีการเปลี่ยนแปลงฮาร์ดแวร์ไปสู่ความขนานมากขึ้น (เช่นมัลติคอร์ ฯลฯ ) และการเพิ่มความเร็วของนาฬิกานั้นไม่เพียงพอที่จะเพิ่มประสิทธิภาพ การเปลี่ยนแปลงนี้เกิดขึ้นในช่วงกลางยุค 2000 และมีอิทธิพลอย่างมากต่อการวิจัย / ออกแบบภาษา การขนานกันเป็นหัวข้ออยู่เสมอ แต่มันมีความโดดเด่นใหม่ ๆ / เร่งด่วนและมีความคิดที่เป็นที่ยอมรับ / ฉันทามติอย่างกว้างขวางว่าการขนานกันนั้นซับซ้อนและยากเกินไปในการเขียนโปรแกรมและวิธีการทางทฤษฎีที่แตกต่างกัน อ้างอิงที่ดีเกี่ยวกับเรื่องนี้: ทิวทัศน์ของการวิจัยการคำนวณแบบขนาน: มุมมองจาก Berkeley

• datamining / ข้อมูลขนาดใหญ่ สิ่งเหล่านี้มีอิทธิพลต่อการออกแบบภาษาโปรแกรม ทิศทางใหม่ในสถาปัตยกรรมฐานข้อมูลคือ rippling / impacting ภาษาโปรแกรม

• คอมพิวติ้งที่มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญในการออกแบบภาษาและยังคาบเกี่ยวกับความเท่าเทียมและ datamining / ข้อมูลขนาดใหญ่เช่นกับภาษาใหม่ ๆ เช่นMapReduce

• ภาพ / การเขียนโปรแกรม dataflow มีการเพิ่มขึ้นของ "ภาษา" ประเภทนี้ (ในแง่ของการเขียนโปรแกรมด้วยสายตานั้นมีหลายวิธีที่จะแยกการเขียนโปรแกรมจาก "ภาษา") การผสมเกสรข้ามที่แข็งแกร่งยังมีความเท่าเทียม

• AI นี่เป็นสัญลักษณ์แทนความยาวที่มากกว่าและไม่ชัดเจนมากในตอนนี้ว่ามันจะส่งผลกระทบต่อภาษาคอมพิวเตอร์และการเขียนโปรแกรมอย่างไร แต่อาจจะมีความสำคัญมาก ในอดีตที่ผ่านมา [ในรูปแบบที่แตกต่างกัน] มันจะนำไปสู่ภาษาทั้งหมดเช่นเปิดฉาก ข้อบ่งชี้ต้นของวิธีที่จะสามารถนำไปใช้กับผลที่โดดเด่นคือพันธุกรรมอัลกอริทึม / การเขียนโปรแกรมทางพันธุกรรม

การอ้างอิงที่อาจมีแนวคิดที่เป็นประโยชน์ตามแนว "อนาคตของภาษาการเขียนโปรแกรม", Beyond Javaโดย Tate เขาใคร่ครวญ (แม้ว่าจะมีข้อโต้แย้ง) ว่าบางทีชวา (หนึ่งในภาษาโปรแกรมที่ซับซ้อน / ครอบคลุมที่สุดในการดำรงอยู่) ก็เริ่มแสดงอายุของมันและมีสัญญาณเริ่มต้นของภาษาใหม่ / แนวทางใหม่ที่จะเติมเต็มในระยะยาว