Modul Deklarative Programmiersprachen

Wintersemester 2017
Arbeitsgruppe Programmiersprachen und Übersetzerkonstruktion

Nr. Art Termine Raum Veranstalter
080039 V4 Di 10:15 - 11:45 LMS2 - R.Ü1 Hanus
    Do 10:15 - 11:45 LMS2 - R.Ü1  
080000 Ü2 Di 14:15 - 15:45 LMS2 - R.Ü1 Hanus, Tikovsky

Vorlesungsbeginn

Dienstag, 24.10.2017, 10:15 Uhr, LMS2-Ü1

Zielgruppe

Studierende im Bachelor- oder Masterstudiengang Informatik sowie Studierende mit Nebenfach Informatik

Voraussetzungen

Grundstudium (1.-4. Semester) in Informatik, insbesondere Module Programmierung und Fortgeschrittene Programmierung (das Skript zu dieser Vorlesung ist als PDF innerhalb der CAU zugreifbar)

Inhalt

Aufgrund der Komplexität heutiger Software-Systeme ist die Verwendung von Programmiersprachen mit einem hohen Abstraktionsniveau notwendig. Deklarative Sprachen bieten hierzu wichtige Lösungsansätze. Aufgrund ihrer deklarativen Struktur sind die Programme leichter wartbar und verifizierbar (man denke an die immer wichtiger werdenden Sicherheitsaspekte wie z.B. im Internet). In dieser Vorlesung werden Konzepte moderner deklarativer Programmiersprachen vorgestellt.

Ausgehend von dem aus dem Grundstudium bekannten Konzept der funktionalen Programmierung, das kurz wiederholt und eingehender erläutert wird, werden funktionale Sprachen um logische Anteile erweitert, um die Konzepte der funktionalen, logischen und integrierten logisch-funktionalen Sprachen in einem einheitlichen Rahmen darzustellen. Außerdem werden die Grundlagen der funktionalen und logischen Programmierung vorgestellt.

Deklarative Programmierung in der Praxis

Deklarative Programmiertechniken und Sprachkonstrukte führen zu besser strukturierten Programmen führen und sind daher auch in zum Teil eingeschränkter Form in vielen modernen Programmiersprachen zu finden. Deklarative Programmiersprachen sind nicht nur vom akademischen Interesse, sondern sie werden auch in der Praxis immer stärker eingesetzt. Zum Beispiel verwendet Jane Street Capital, eine Finanzhandelsfirma mit Vertretungen in New York, London und Hong Kong, die funktionale Sprache OCaml für ihre Anwendungen (dazu gibt es auch einen Blog). Die Firma Galois mit Hauptsitz in Portland (Oregon, USA) verwendet funktionale Programmiersprachen und -konzepte zur Entwicklung sicherheitskritischer Systeme.

Die logische Programmiersprache Prolog wurde im KI-System Watson eingesetzt, das im Februar 2011 in der Quizsendung Jeopardy gegen zwei menschliche Spieler gewonnen hat. Hierbei wurde in Watson die Sprachverarbeitung mit Prolog implementiert.

Warum gerade im Finanzbereich funktionale Programmierung eingesetzt wird, liegt auch daran, dass Fehler in einer Software existenzielle Probleme verursachen kann, wie man am Fall von Fall Knight Capital sehen kann.

Hier sind noch ein paar weitere Berichte über den industriellen Einsatz funktionaler Programmierung:

Forscher bei Microsoft fordern in einem Artikel der Zeitschrift CACM, dass Informatikstudierende so früh wie möglich funktionale Programmiersprachen erlernen sollten. Und es gibt natürlich auch Jobs für Haskell-Programmierer.

Modulprüfung

Am Ende der Vorlesung findet eine mündliche Abschlussprüfung statt. Die genauen Zeiten werden noch bekanntgegeben.

Ergänzende Materialien zur Vorlesung

Es gibt kein ausführliches Skript zur Vorlesung, aber einige vorläufige(!) Notizen zur Vorlesung im PDF-Format (nur innerhalb der CAU Kiel zugreifbar!), die im Verlauf des Semesters aktualisiert werden. Dieses Skript ist kein Ersatz für die Vorlesungsteilnahme, es beinhaltet aber den ungefähren Vorlesungsverlauf und ist hoffentlich eine gute Unterstützung. Wer darin keine Fehler entdeckt, hat bestimmt nicht ordentlich gelesen. Es wäre es schön, wenn Fehler an Michael Hanus mitgeteilt werden.

Folien und Programme:

24.10.2017: Einführung (PDF) Quicksort (PDF) Email-Suche in Webseiten (Curry) Anwendungen deklarativer Sprachen (PDF)
26.10.2017: Einfache Haskell-Programme Wurzelberechnung (Haskell)
2.11.2017: Haskell-Programme für Datentypen
9.11.2017: Funktionen höherer Ordnung in Haskell

Übungen

In den begleitenden Übungen werden für praktische Programmieraufgaben die Sprachen Haskell und Curry eingesetzt, für die es frei verfügbare Implementierungen für Unix- und Linux-Systeme gibt.
Die Abgabe der Übungen soll vornehmlich über das iLearn Übungssystem erfolgen. Hierzu wird man automatisch angemeldet, wenn man sich bei der StudiDB angemeldet hat.

Literatur

  • G. Hutton: Programming in Haskell, 2nd Ed., Cambridge University Press, 2016
  • R.. Bird: Introduction to Functional Programming using Haskell, Prentice Hall, 1998
  • S. Thompson: Haskell - The Craft of Functional Programming, Addison-Wesley, 1996
  • L. Sterling, E. Shapiro: The Art of Prolog, 2nd Ed., MIT Press, 1994
  • M. Hanus: Functional Logic Programming: From Theory to Curry, Programming Logics - Essays in Memory of Harald Ganzinger, Springer LNCS 7797, pp. 123-168, 2013
  • S. Antoy, M. Hanus: Functional Logic Programming, Communications of the ACM, Vol. 53, No. 4, pp. 74-85, 2010
Weitere Literatur wird in der Vorlesung bekanntgegeben.