Artımlı bilgi işlem - Incremental computing

Artımlı bilgi işlem, Ayrıca şöyle bilinir artımlı hesaplama, bir yazılım özelliği ki, ne zaman bir parçası veri değişiklikler, kaydetme girişimleri zaman yalnızca değiştirilen verilere bağlı olan çıktıları yeniden hesaplayarak.[1][2][3] Artımlı hesaplama başarılı olduğunda, yeni çıktıları saf bir şekilde hesaplamaktan önemli ölçüde daha hızlı olabilir. Örneğin, bir hesap tablosu yazılım paketi, yalnızca değiştirilen hücrelere (doğrudan veya dolaylı olarak) bağlı olan formülleri içeren hücreleri güncellemek için yeniden hesaplama özelliğinde artımlı hesaplamayı kullanabilir.

Artımlı hesaplama, onu çeşitli farklı kod parçaları için otomatik olarak uygulayabilen bir araç tarafından uygulandığında, bu araç bir program analizi alet için optimizasyon.

Artımlı hesaplama, eski bir giriş çıkış çiftine (I1, O1) dayalı olarak yeni bir giriş / çıkış çiftini (I2, O2) hesaplamanın bir yolunu sağlar. Anahtar teknik, girdideki değişiklikleri çıktıdaki değişikliklerle ilişkilendiren bir ΔP işlevi ile temsil edilir.
Artımlı hesaplama, bir veya daha fazla eski girdi / çıktı ilişkisinden yeni bir girdi / çıktı çifti türetir. Bunu yapmak için, ΔP, girdideki bir değişikliği çıktıdaki bir değişiklikle ilişkilendirmelidir. Sonucun tüketicisi, tam güncellenmiş çıktı veya delta çıktısı veya her ikisiyle ilgilenebilir.

Statik ve dinamik

Artımlı hesaplama teknikleri genel olarak iki tür yaklaşıma ayrılabilir:

Statik yaklaşımlar Manüel tasarım ve yeniden düzenleme ya da otomatik program dönüşümleri kullanılarak geleneksel bir P programından artımlı bir program türetmeye çalışmak. Bu program dönüşümleri herhangi bir girdi veya girdi değişikliği sağlanmadan önce gerçekleşir.

Dinamik yaklaşımlar Belirli bir girişte (I1) P programının yürütülmesi hakkındaki bilgileri kaydedin ve çıkışı güncellemek için (O1'den O2'ye) giriş değiştiğinde (I2'ye) bu bilgiyi kullanın. Şekil, P programı, artışlı programın çekirdeğini oluşturan değişiklik hesaplama fonksiyonu ΔP ve bir çift giriş ve çıkış, I1, O1 ve I2, O2 arasındaki ilişkiyi göstermektedir.

Genel amaçlı ve özel yaklaşımlar

Artımlı hesaplamaya yönelik bazı yaklaşımlar uzmanlaşırken diğerleri genel amaçlıdır. Özelleştirilmiş yaklaşımlar, programcının bunu açıkça belirtmesini gerektirir. algoritmalar ve değişmemiş alt hesaplamaları korumak için kullanılacak veri yapıları. Öte yandan, genel amaçlı yaklaşımlar, aksi takdirde artımlı olmayan programlara artımlı davranış kazandırmak için dil, derleyici veya algoritmik teknikleri kullanır.[4]

Statik yöntemler

Program türevleri

Bir hesaplama verildiğinde ve potansiyel bir değişiklik , değerini güncellemek için değişiklikten önce (ön türev) ve değişiklikten sonra (sonradan türev) kodu ekleyebiliriz. yeniden çalıştırmadan daha hızlı . Paige, SUBSETL'deki programların biçimsel farklılaşması için bir kurallar listesi yazdı.[5]

Bakımı görüntüleyin

DBToaster gibi veritabanı sistemlerinde, görünümler ilişkisel cebir ile tanımlanır. Artımlı görünüm bakımı, bir satırın eklenmesi gibi küçük güncellemelerin varlığında görünümü hızla koruyan güncelleme kuralları oluşturmak için ilişkisel cebiri statik olarak analiz eder.[6]

Dinamik yöntemler

Artımlı hesaplama, bir bağımlılık grafiği yeniden hesaplanması gerekebilecek tüm veri öğeleri ve bunların bağımlılıkları. Tek bir öğe değiştiğinde güncellenmesi gereken öğeler, Geçişli kapatma grafiğin bağımlılık ilişkisinin. Başka bir deyişle, değiştirilen öğeden başka bir öğeye giden bir yol varsa, ikincisi güncellenebilir (değişikliğin sonunda öğeye ulaşıp ulaşmadığına bağlı olarak). Bağımlılık grafiğinin, bağımlılıklar değiştikçe veya sisteme öğeler eklendiğinde veya sistemden kaldırıldıkça güncellenmesi gerekebilir. Uygulama tarafından dahili olarak kullanılır ve tipik olarak kullanıcıya gösterilmesi gerekmez.

Bağımlılıkların izlenebileceği önemli değerlerin alt kümesini (örneğin, toplama sonuçları) tanımlayarak ve diğer bağımlı değişkenleri aşamalı olarak yeniden hesaplayarak, böylece izlenecek bağımlılık bilgisinin miktarını yeniden hesaplama miktarı ile dengeleyerek, tüm olası değerlerdeki bağımlılıkları yakalamak önlenebilir. giriş değişikliği üzerine gerçekleştirilecek.[7]

Kısmi değerlendirme Program verilerini iki kategoriye ayırmaya çalışılan artımlı hesaplamanın mümkün olan en basit durumunu otomatikleştirmek için bir yöntem olarak görülebilir: programın girdisine bağlı olarak değişebilen ve olamayan (ve en küçük birim değişim basitçe "değişebilen tüm verilerdir"). Kısmi değerlendirme, diğer artımlı hesaplama teknikleriyle birleştirilebilir.

Bağımlılık grafiğindeki döngülerle, grafikten tek bir geçiş, sabit bir noktaya ulaşmak için yeterli olmayabilir. Bazı durumlarda, bir sistemin tamamen yeniden değerlendirilmesi anlamsal olarak artımlı değerlendirmeye eşdeğerdir ve teoride değilse pratikte daha verimli olabilir.[8]

Mevcut sistemler

Derleyici ve dil desteği

  • Otomatik Arttırma ("Kendi Kendini Ayarlayan Hesaplama" ve "Uyarlanabilir Fonksiyonel Programlama" olarak da adlandırılır),[9] Delta ML, Haskell Uyarlanabilir
  • Cornell Sentezleyici Oluşturucu[10]
  • IceDust - alana özgü özel bir dil.

Çerçeveler ve kitaplıklar

  • Adapton[11] - çeşitli dillerdeki uygulamalarla
  • Tek Yönlü Veri Akışı Kısıtlamaları (C ++ 'da Reaktif Hesaplama)
  • Diferansiyel Veri Akışı
  • Jane Street Artımlı
  • Artımlı Veri Günlüğü (Logicblox)
  • Artımlı Prolog (XSB)[12]
  • Etki Alanına Özgü Yaklaşımlar:
    • Artımlı Tip Kontrolü

Başvurular

  • Veritabanları (bakımı görüntüleyin)
  • Yapı sistemleri
  • E-tablolar[13]
  • Geliştirme Ortamları
  • Finansal Hesaplamalar
  • Nitelik Dilbilgisi Değerlendirmesi
  • Grafik Hesaplamaları ve Sorguları
  • GUI'ler (ör. React ve DOM farklılaşması)
  • Bilimsel uygulamalar

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ Carlsson Magnus (2002). "Artımlı hesaplama için Monadlar". Fonksiyonel programlama üzerine yedinci ACM SIGPLAN uluslararası konferansının bildirileri. New York: ACM. s. 26–35. doi:10.1145/581478.581482. ISBN  1-58113-487-8.
  2. ^ Umut A. Acar (2005). Kendi Kendini Ayarlayan Hesaplama (PDF) (Doktora tezi).
  3. ^ Camil Demetrescu; Irene Finocchi; Andrea Ribichini (2011). "Dataflow Kısıtlamalarıyla Reaktif Zorunlu Programlama". 26. ACM Uluslararası Nesne Tabanlı Programlama Sistemleri Dilleri ve Uygulamaları Konferansı Bildirileri (OOPSLA 2011). ACM. s. 407–426. arXiv:1104.2293. doi:10.1145/2048066.2048100. ISBN  978-1-4503-0940-0.
  4. ^ Yan Chen; Joshua Dunfield; Matthew A. Hammer; Umut A. Acar. Tamamen işlevsel programlar için örtük kendi kendini ayarlayan hesaplama. ICFP '11. s. 129–141. Arşivlenen orijinal 2016-10-30 tarihinde. Alındı 2018-03-12.
  5. ^ Paige, Robert (1981). Biçimsel Farklılaştırma: Bir Program Sentez Tekniği. UMI Research Press. ISBN  978-0-8357-1213-2.
  6. ^ Ahmad, Yanif; Kennedy, Oliver; Koch, Christoph; Nikolic, Milos (2012-06-01). "DBToaster: Dinamik, Sıklıkla Yeni Görünümler için Yüksek Dereceli Delta İşleme". Proc. VLDB Bağış. 5 (10): 968–979. arXiv:1207.0137. doi:10.14778/2336664.2336670. ISSN  2150-8097.
  7. ^ Mugilan Mariappan; Keval Vora (2019). "GraphBolt: Akış Grafiklerinin Bağımlılığa Dayalı Eş Zamanlı İşlenmesi". Avrupa Bilgisayar Sistemleri Konferansı'nda (EuroSys'19). s. 25: 1–25: 16. doi:10.1145/3302424.3303974.
  8. ^ Kimberley Burchett; Gregory H. Cooper; Shriram Krishnamurthi (2007). "İndirme: Şeffaf işlevsel reaktivite için statik bir optimizasyon tekniği". ACM SİGPLAN Sempozyumunda Kısmi Değerlendirme ve Anlambilim Tabanlı Program Manipülasyonu. s. 71–80. CiteSeerX  10.1.1.90.5866. ISBN  978-1-59593-620-2.
  9. ^ Hammer, Matthew A .; Acar, Umut A .; Chen, Yan (2009). "CEAL". Programlama dili tasarımı ve uygulaması üzerine 2009 ACM SIGPLAN konferansının bildirileri - PLDI '09. s. 25. doi:10.1145/1542476.1542480. ISBN  9781605583921.
  10. ^ Reps, Thomas; Teitelbaum, Tim (1984). "Sentezleyici oluşturucu". Pratik yazılım geliştirme ortamlarına ilişkin ilk ACM SIGSOFT / SIGPLAN yazılım mühendisliği sempozyumunun bildirileri - SDE 1. s. 42–48. doi:10.1145/800020.808247. ISBN  978-0897911313.
  11. ^ "Adapton: Artımlı Hesaplama için Programlama Dili Soyutlamaları". adapton.org. Alındı 2016-10-07.
  12. ^ Saha, Diptikalyan; Ramakrishnan, C.R. (2005). "Tablolu Prologun Artımlı Değerlendirilmesi: Saf Mantık Programlarının Ötesinde". Bildirime Dayalı Dillerin Pratik Yönleri. Bilgisayar Bilimlerinde Ders Notları. 3819. s. 215–229. CiteSeerX  10.1.1.111.7484. doi:10.1007/11603023_15. ISBN  978-3-540-30947-5. ISSN  0302-9743.
  13. ^ Hammer, Matthew; Phang, Khoo; Hicks, Michael; Foster, Jeffrey (2014). ADAPTON: Oluşturulabilir, Talep Odaklı Artımlı Hesaplama (PDF). PLDI.