High-Level Bidirectional-Transformation-Network Programming Langauge for Synchronization of Multiple Data

• Project/Area Number: 23K24818
• Project/Area Number (Other): 22H03562 (2022-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2022-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 60050:Software-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 松田 一孝 東北大学, 情報科学研究科, 准教授 (10583627)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2027-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥16,380,000 (Direct Cost: ¥12,600,000、Indirect Cost: ¥3,780,000); Fiscal Year 2026: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2025: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2024: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2023: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2022: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
• Keywords: プログラミング言語 / 関数プログラミング / 双方向変換 / 領域特化言語

Outline of Research at the Start

GUI/webアプリケーションにフォーカスを置き，その作成のための双方向変換に基づくプログラミングフレームワークの作成を目指す．より具体的にはModel-View-Updateパターンに基づくwebアプリケーションの双方向変換を応用した作成技術について研究する．Model-View-Updateパターンは関数プログラミングや双方向変換と相性がよいことが期待される．またプログラミングフレームワークの作成と並行し，双方向変換言語の埋め込み実装技術や，複製を含むような双方向変換の理論的基盤についても研究を行う．

Outline of Annual Research Achievements

双方向変換は異なる種類の複数データ間の同期を可能とし，プログラミング言語，ソフトウェア工学，データベースなど様々な分野で注目を集めている．本研究プロジェクトは，GUI/webアプリケーションへの応用にフォーカスを置き，アプリケーションの記述に十分な表現力と記述性を持った双方向変換ネットワーク記述言語および実行システムについて追究することを目的としている．
令和4・5年度では，指導学生との共同研究により双方向変換を活用したwebアプリケーション作成フレームワークのプロトタイプを作成した．本研究ではModel-View-Updateパターンに基づくwebアプリケーションの設計方式に着目し，双方向変換を利用することでcompositionalなwebアプリケーション構成方法を提案している．より具体的には，本研究ではUIのロジックとデータ同期のロジックを適切に分けるというアイデアに基づき，双方向変換をモデルの同期に用い，ビューの合成のためのコンビネータ言語を提案している．こちらの内容は当該学生の修士論文の内容となった．
また，双方向変換等の埋め込み実装技術に関する論文が本分野のトップレベル会議の一つであるICFP 2023に採録された．埋め込み言語は言語を他のプログラミング言語のライブラリの形で実装する技術であり，本研究プロジェクトにおいても重要な基盤技術の一つである．埋め込み言語の利便性の高い構文の表現方法の一つに高階抽象構文がある．提案手法では，Robert Atkeyのunembeddingという技術に基き，双方向変換を含む広範な計算体系を高階抽象構文を用いて埋め込み実装することを可能とする．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

繰越は行ったものの，双方向変換を活用したwebアプリケーション作成フレームワークのプロトタイプを作成することができた．また，本研究の基盤技術の一つである双方向変換言語の埋め込み実装技術に関する論文は本分野のトップレベル会議の一つであるICFP 2023に採録された．他にも過去にOOPSLA 2021で発表した論文のジャーナル版がFMSD誌に採録されている．
以上のことから「おおむね順調に進展している」と判断した．

Strategy for Future Research Activity

双方向変換を活用したwebアプリケーション作成フレームワークのプロトタイプは得られたものの，その実装および基盤理論は十分に整理されてはいない．そのためその整理を目指す．また，前述の埋め込み実装技術をさらなる発展を目指す．

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Bristol/Imperial College London(英国)
• [Journal Article] Embedding by Unembedding (2023)
  • Author(s): Kazutaka Matsuda, Samantha Frohlich, Meng Wang, Nicolas Wu
  • Journal Title: Proceedings of the ACM on Programming Languages Volume: 7(ICFP) Issue: ICFP Pages: 1-47
  • DOI: 10.1145/3607830
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Synbit: synthesizing bidirectional programs using unidirectional sketches (2022)
  • Author(s): Masaomi Yamaguchi, Kazutaka Matsuda, Cristina David, Meng Wang
  • Journal Title: Formal Methods in System Design Volume: 61(2) Issue: 2-3 Pages: 198-247
  • DOI: 10.1007/s10703-023-00436-9
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Lenses for Web Applications (2023)
  • Author(s): Zihang Ye, Kazutaka Matsuda
  • Organizer: 第25回プログラミングおよびプログラミング言語ワークショップ（ポスター）
• [Presentation] Kalpis: An Arrow Metalanguage for Partially Invertible Computation (2023)
  • Author(s): Anders Agren Thune, Kazutaka Matsuda, Meng Wang
  • Organizer: 第25回プログラミングおよびプログラミング言語ワークショップ（ポスター）
• [Presentation] Embedding by Unembedding (2023)
  • Author(s): Kazutaka Matsuda, Samantha Frohlich, Meng Wang, Nicolas Wu
  • Organizer: The 28th ACM SIGPLAN International Conference on Functional Programming
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] Embedding by Unembeddingのプロトタイプ実装
  • URL: https://github.com/kztk-m/EbU
• [Remarks] Embedding by Unembeddingのプロトタイプ実装を利用した埋め込みの例
  • URL: https://github.com/kztk-m/EbU-examples
• [Remarks] Symbitの実装
  • URL: https://github.com/masaomi-yamaguchi/synbit
• [Remarks] 双方向変換を活用したwebアプリケーション作成フレームワークのプロトタイプ実装
  • URL: https://github.com/peter-jerry-ye/elmapp
• [Remarks] 研究代表者webページ
  • URL: https://www2.sf.ecei.tohoku.ac.jp/~kztk/