Introduzindo um Ambiente de Programação Visual para a Máquina Geométrica

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1 Introduzindo um Ambiente de Programação Visual para a Máquina Geométrica Marcos B. Cardoso, Renata H. Sander Reiser, Antônio C. da R. Costa, Lucas L. Borba, Diego G. Prestes Escola de Informática Universidade Católica de Pelotas (UCPEL) Rua Félix da Cunha, Pelotas RS Brazil {mbcardo,reiser,rocha,lucaslb,dprestes}@atlas.ucpel.tche.br Abstract. This paper continues the work done on the specification of a visual programming language for the Geometric Machine. The recursive processes are specified, with emphasis in the spatial and temporal constructors. It is also presented the environment of visual programming that is in development. Resumo. Este trabalho dá continuidade à especificação da linguagem de programação visual para o modelo de Máquina Geométrica. São especificados os processos recursivos, com ênfase nos construtores espacial e temporal. Apresenta-se também o ambiente de programação visual que está em desenvolvimento. 1. Introdução Esse trabalho introduz uma Linguagem Visual para a Máquina Geométrica (LVMG), com enfoque na especificação de processos recursivos e no desenvolvimento de um ambiente de programação visual. A especificação dos processos segue o modelo sugerido por GENGED [Bardohl e Ermel 2001], que propõe a especificação de um alfabeto visual (AV) e uma gramática visual (GV). No modelo MG, os processos são rotulados por posições do espaço geométrico e indexados por expressões indicando seus construtores. A representação gráfica facilita esta caracterização e a função posição Γ torna explícito o subconjunto de posições de memória envolvidas na definição de cada processo. Neste sentido, o modelo permite dois tipos de recursão: a temporal - induzida pela construção indutiva e a completação da estrutura ordenada do modelo MG; e a espacial - obtida pela modelagem da memória por um espaço geométrico. A especificação da LVMG é construída com o objetivo de explorar a programação paralela síncrona dos processos representados no modelo MG incluindo a recursão espacial e a temporal. Está sendo modelado um ambiente visual implementado na linguagem de programação Python. 2. LVMG As linguagens visuais [Marriott and Meyer 1998] são usadas em muitas áreas de aplicação, incluindo aprendizagem de conhecimento, aplicações de técnicas de programação, adaptação de programas, desenvolvimento de interfaces gráficas e ainda análise e desenvolvimento de sistemas paralelos e distribuídos como o modelo MG. Uma linguagem visual é um conjunto de todos os diagramas que podem ser derivados da aplicação das regras gramaticais a um diagrama inicial.

2 A especificação da LVMG consiste na construção do AV, composto de símbolos e conexões, e da GV, onde ocorre a especificação das regras de construção. Uma GV é representada por uma gramática de grafos que consistem num diagrama inicial e um conjunto de regras que geram outros diagramas. Estas especificações encerram a etapa que precede a especificação do editor gráfico, responsável pela construção de diagramas sintáticos e dirigidos da LVMG. São considerados dois tipos de sintaxe para construção do alfabeto e da gramática de uma LV. A sintaxe abstrata (SA) é responsável pela estrutura lógica das expressões da linguagem, consistindo de diagramas especiais definidos por grafos dirigidos. A sintaxe concreta (SC), orienta a definição do layout de cada diagrama para manipulação do usuário. Nesta abordagem, o AV é representado por um grafo, e a GV é representada por uma gramática de grafos. A construção de cada símbolo do AV consiste na construção de um grafo onde os objetos (nodos, arestas) estão relacionados por atributos e conexões Alfabeto para LVMG Serão apresentados nesta seção, grafos do AV representando os processos resultantes dos produtos seqüencial e paralelo, incluindo suas versões recursiva e parcial Processos Seqüenciais Resumidamente, apresenta-se o objeto-processo seqüencial resultante da aplicação do construtor produto seqüencial. A Fig. 1 mostra o grafo do tipo processo seqüencial. Figura 1. Processo Seqüencial Pela sintaxe abstrata, o diagrama de representação do produto seqüencial é definido sempre que se puder explicitar os dois objetos e os conectores que o constroem. Tanto o primeiro (identificado por um objeto-processo acrescido do conector para ) quanto o segundo fator (identificado por um objeto-processo acrescido do conector de ) são subgrafos gerados pela LV representando processos parciais ou elementos do alfabeto visual. Na sintaxe concreta o produto seqüencial é representado por dois nodos onde eles se concatenam formando um novo processo. O diagrama é composto também pelas funções de inclusão, de dois argumentos, identificados neste caso pelas expressões incluir_nome e comb_desl. A instanciação de um processo seqüencial a processos elementares está descrita em [Cardoso et al., 2002].

3 Processos Seqüenciais Parciais O grafo que modela um produto seqüencial parcial é representado por dois sub-grafos onde um deles é equivalente ao Processo Identidade Skip. Neste caso, reduz-se a representação, sendo o processo seqüencial parcial representado por um grafo que possui um subgrafo representando um objeto-processo (subgrafo gerados pela LV representando processos ou elementos do alfabeto visual) e uma conexão (subentendida como o Processo Identidade). Pela sintaxe abstrata, o diagrama de representação do processo seqüencial parcial é definido sempre que se puder explicitar um dos objetos e o conector. Neste caso, tem-se o objeto-processo é acrescido do conector para tem-se a representação do processo seqüencial parcial à direita; e o objeto-processo é acrescido do conector de tem-se a representação do processo seqüencial parcial à esquerda. Na sintaxe concreta as transformações são definidas por funções unárias, no caso funções deslocamento (desl_dir e desl_esq) e funções de inclusão (inclui_ndir e inclui_nesq). O diagrama da Fig. 3 representa processo seqüencial parcial à direita (PSPD). Da mesma forma, na Fig. 4, tem-se o diagrama para representação do processo seqüencial parcial à esquerda(pspe) na LVMG. Figura 3. PSPD Figura 4. PSPE Processos Recursivos Seqüenciais Pela metodologia indutiva de construção, a execução de um processo define um subconjunto enumerável K (p.ex., o conjunto dos naturais estendidos), cujos elementos expressam o tempo de execução dos processos parciais que representam suas aproximações na estrutura ordenada do modelo MG. Considerando-se o conjunto enumerável K (indexadores de recursão) e o conjunto de processos (identificando os fatores de recursão), define-se o operador recursivo seqüencial. A seguir, mostra-se a representação dos processos recursivos seqüenciais no alfabeto da LVMG. O objeto-processo define o fator de recursão e possui um conector fator_rec_seq a fim de se identificar o nome do fator. O objeto-atributo identifica o indexador de recursão e possui dois conectores: o conector n que identifica a variável (nome) e conector controle_rec_seq que indica o intervalo (n). A sintaxe concreta é dada através de um grafo, o qual é representado por um nodo e um fator de recursão K. O diagrama é composto pela função de inclusão dos argumentos identificados, neste caso, pelas expressões ins_rec_seq e nome_rec_seq, e pelo fator de recursão. Na Fig. 5 está representando o processo recursivo seqüencial.

4 Figura 5. Processo recursivo seqüencial Processos Concorrentes O grafo que representa processos concorrentes (resultante do produto paralelo) é apresentado na Fig. 6. Pela SA, o diagrama de um processo concorrente é definido sempre que se puder explicitar os dois objetos-processo, as correspondentes posições de memória afetadas pelas suas execuções e os conectores que o constroem. Tanto o primeiro (identificado por um objeto-processo acrescido do conector fator_inf ) quanto o segundo (identificado por um objeto-processo acrescido do conector fator_sup ) são subgrafos gerados pela LV. Na SC o diagrama para processos concorrentes consiste num grafo formado por dois subgrafos definindo objetosprocesso. Cada objeto_processo P possui um objeto-atributo Γ (P) representado por uma janela. Nesta janela é indicado o conjunto de posições de memória afetadas quando de sua execução. O grafo que representa o produto paralelo só pode ser construído quando os conjuntos, obtidos pela aplicação da função posição Γ, são disjuntos. Neste caso, os subgrafos estão limitados por barras grifadas, verticais e paralelas e a especificação do diagrama é completada pela composição das funções de dois argumentos que retornam um argumento: inserepp e incluipp_nome. Figura 6. Processo concorrente Processo Concorrente Parcial No modelo MG, um processo concorrente parcial é definido como um processo concorrente em que um dos seus objetos-processo é um processo identidade. Por definição, Γ(Skip) = Ø, ou seja, o Processo Identidade é sempre concorrente com os demais processos computacionais. Neste caso, reduz-se a representação, sendo o processo concorrente parcial representado por um diagrama que possui um subgrafo representando um objeto-processo (subgrafo gerados pela LV representando processos ou elementos do AV). Pela SA, o diagrama de representação do processo concorrente

5 parcial é definido sempre que se puder explicitar um dos objetos e o conector que o constrói. Neste caso, 1. se o objeto-processo é acrescido do conector fator_sup, tem-se a representação do processo concorrente parcial superior; e 2. se objeto-processo é acrescido do conector fator_inf, tem-se a representação do processo concorrente parcial inferior. Cada subgrafo está limitado por barras grifadas, verticais e paralelas. As transformações são definidas por funções unárias, no caso funções inspp_sup e inspp_inf e as funções nomepp_sup e nomepp_inf. Veja Fig. 7, que mostra um processo concorrente parcial superior instanciado ao processo elementar d k. Figura 7. Processo concorrente parcial superior Processo Recursivo Concorrente A definição recursiva espacial de processos concorrentes é obtida pela escolha de um conjunto enumerável de indexadores de posições do espaço geométrico do modelo MG. A representação na SA de um processo recursivo concorrente é definida por dois objetos e dois arcos conectores. O primeiro é o objeto-processo representando um processo concorrente parcial denominado fator de recursão. Cada fator de recursão possui um arco conexão, identificado pela expressão fator_rec_para, com destino no objeto-processo resultante. O outro é um objeto-atributo denominado iteração, que possui dois arcos de conexão (ambos com origem no objeto-atributo): o arco identificado por n que liga este atributo ao conjunto indutivo que controla a recursão (por exemplo N ), e o arco controle_recur_para que liga este atributo ao objetoprocesso resultante. Na SC as funções de inclusão, são dadas pelas expressões ins_rec_para e nome_rec_para, como se pode ver no diagrama da Fig. 8. Figura 8. Processo recursivo paralelo

6 2.2. Especificação da Gramática para LVMG As regras de construção apresentadas nesta seção referem-se aos produtos seqüencial e paralelo e estão divididas em duas etapas, identificadas como a preparação e a realização. Cada etapa é modelada por uma transformação entre subgrafos definidos no vocabulário da LVMG. Salienta-se, entretanto, que para todos os construtores representados no modelo MG tem-se a correspondente regra na gramática da LVMG Especificação da Regra de Construção do Processo Recursivo Seqüencial Na preparação da regra de construção do processo recursivo seqüencial tem-se a construção dos grafos que modelam os dois objetos, um referente ao fator de recursão e outro referente ao indexador de recursão. Na sintaxe concreta os objetos são representados por subgrafos identificados por funções, sendo o objeto-processo representado por nomerec_seqproc e insrec_seqproc, e o objeto-atributo representado por nomerec_seqindex e insrec_seqindex. Esta etapa define uma restrição (condição previamente satisfeita) para aplicação da etapa de realização da regra gramatical que define o produto recursivo seqüencial. A construção gráfica desta etapa está representada na Fig. 9. Figura 9. Preparação da construção do processo recursivo seqüencial A execução propriamente dita da regra, ocorre na etapa de realização, no lado esquerdo desta regra estão o processo recursivo seqüencial sem indexador de recursão e um processo recursivo seqüencial sem fator de recursão, ambos resultantes da etapa de preparação. A fase de realização torna explícita a fase de conclusão desta regra gramatical que define o operador recursivo seqüencial (veja Fig. 10). Figura 10. Realização da construção do processo recursivo seqüencial As funções de dois argumentos que retornam um argumento e estão envolvidas na especificação desta etapa são: incluirecseq e combrecseq.

7 2.2.2 Especificação da Regra de Construção do Produto Recursivo Concorrente Na preparação da regra de construção referente à recursão espacial paralela, são definidos as representações para processos parciais relacionadas com o fator de recursão e o controle de recursão. Desta fase resultam o objeto-processo denominado recursão paralela sem controle (RPSC) e o objeto-atributo, denominado recursão paralela sem fator (RPSF). Na SC os diagramas representando processo tais parciais são identificados por barras verticais paralelas entre as quais está o objeto-processo, acrescido de uma flecha quebrada introduzindo o objeto-atributo. O objeto-processo é identificado pelas funções nomerec_paraproc e insrec_paraproc. O objeto-atributo possui como funções nomerec_paraindex e insrec_paraindex. Na Fig. 11, mostram-se os objetos e suas respectivas conexões envolvidas na transformação dos grafos desta etapa e da etapa de realização, onde efetivamente é aplicada a regra. Figura 11. A regra de construção do processo recursivo seqüencial 3. Implementação do ambiente visual para o modelo MG Optou-se pela linguagem interpretada Python, puramente orientada a objetos, possibilitando que usuários sem experiência em programação possam facilmente desenvolver aplicações. Além disso, é uma linguagem não tipada onde não existe o conceito de variável (uma variável no Python é apenas um nome que faz referência a um ou mais objetos). O interpretador de Python e sua extensa biblioteca padrão estão disponíveis na forma de código fonte ou binário para a maioria das plataformas, e podem ser distribuídos livremente. Além disso, este interpretador é facilmente extensível incorporando novas funções e tipos de dados implementados em C ou C++ (ou qualquer outra linguagem acessível a partir de C. A linguagem também oferece vários módulos contendo bibilotecas gráficas como wxframe, wxmenu, wxpanel, wxshapecanvas e wxpython, que disponibilizam ferramentas com o intuito de agrupar os seguintes componentes: 1. Barra de menus: permite o acesso as opções do ambiente; 2. Barra de status: informa ao usuário a função de cada menu; 3. Barra de ferramentas: localiza os botões que acessam os objetos gráficos; 4. Ambiente de trabalho: ambiente onde são criados os processos do modelo MG.

8 5. Módulo MyApp: usa a função wxapp para a inicialização do programa. Dentro dessa classe é feita a chamada para a outra classe denominada MyFrame contendo os dados de criação da tela e a base do programa. 6. Módulo MyFrame: contém basicamente toda a informação do programa. Pela aplicação da função wxframe, é permitido inserir objetos na tela. Além disso, criou-se um menu de opções na parte superior e uma barra de status na parte inferior, para deter informações adicionais sobre os itens do menu. Foi modelada uma barra de ferramentas à esquerda, utilizando a função wxpanel (função de criação de tela), usada para colocação dos botões para criação dos objetos. No wxshapecanvas, posicionado à direita da tela, serão colocados os objetos gráficos. 7. Módulo MyEvent: é uma extensão do wxshapecanvas que usa a função wxshapeevthandler, para manipular eventos do módulo OGL. A princípio, funciona somente para a seleção de objetos e seus redimensionamentos. Na última etapa de preparo do ambiente de programação visual foram usados os eventos, que são comandos pré-definidos, executados quando alguma ação na tela é realizada, viabilizando o gerenciamento das funções dentro do programa. 4. Conclusão O modelo GM é uma máquina abstrata, com memória infinita e tempo de acesso constante, desenvolvida com o objetivo de prover uma análise semântica para computações (parciais) de algoritmos (recursivos) da científica envolvendo concorrência e não-determinismo. A linguagem de programação textual induzida pela estrutura ordenada do modelo MG podem ser facilmente transcritos por diagramas em LVMG. Para implementação do ambiente está sendo criado na linguagem Python e utilizando a biblioteca gráfica WXPython. Referência Bardohl, R. and Ermel, C. (2001) Visual Specification and Parsing of a Statechart Variant using GENGED. In: Symposium on Visual Languages and Formal Methods, Stresa, Italy, September, p Cardoso, M. and Reiser, R. and Costa, A. (2002) Uma Linguagem Visual para Processos Computacionais Modelados na Máquina Geométrica In: Encontro Regional de Matemática Aplicada e Computacional, Brasil, Junho. Marriott, K. and Meyer, B. (1998) Visual Language Theory. Springer.