Development of a dynamic and friendly program visualization for learning materials of functional programming

开发动态且友好的程序可视化，用于函数式编程的学习材料

• 批准号: 22K12320
• 负责人: 塩澤 秀和
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Tamagawa University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K12320/
• 关键词: プログラムの可視化; 関数型プログラミング; プログラミング学習支援; ソフトウェア可視化; プログラム可視化; プログラミング教育; ビジュアルプログラミング; 学習支援システム

関数型プログラミングは、コンピュータで行う処理を、副作用のない「数学的な意味での関数」によって記述するものである。これは、記述の簡潔性など大きな利点がある反面、抽象度が高く習得が難しいとされており、実際の開発ではあまり採用されてこなかった。しかし、近年では従来型のプログラミング言語にも、関数型の構文や機能が取り入れられるようになり、その知識は開発者にとって必要なものとなりつつある。そこで、本研究では、関数型プログラミングの初学者にとって特に理解が難しいとされるプログラムの動的な振る舞いを可視化する手法を開発し、評価することを目的とする。初年度では、まず関数型プログラミングの学習支援において、可視化すべき機能や概念について必要な要件を整理した。そして、それをもとに関数型プログラミングの中でも代表的な機能である高階関数と遅延評価に関する可視化を提案した。高階関数とは、別の関数をその引数や返り値として扱う関数のことであり、遅延評価とは、プログラム内で値が必要になったときに初めて式や関数が実際に評価される評価方法である。試作したソフトウェアは、filter、map、foldlの3つの高階関数の処理の流れをアニメーションを用いて動的に可視化し、対応するHaskellのソースコードを生成する。本可視化では、関数をノードではなく水平な線分として表現し、関数の評価はノード間の静的な線の接続ではなく、引数が線分をまたいで上から下に移動するアニメーションで表現する。遅延評価では、評価処理が行われた引数だけが移動する。本研究の途中成果は、国際会議RISP NCSP 2023において、「Dynamic Visualization of Basic High-Order Functions for Learning Functional Programming」というタイトルで発表した。

Masato type number プ ロ グ ラ ミ ン グ は, コ ン ピ ュ ー タ で line う 処 を, side effects の な い "mathematical な mean で の masato number" に よ っ て account す る も の で あ る. こ れ は account, simplicity and な の ど big き な tartness が あ る opposite, high degree of abstraction が く acquisition が し い と さ れ て お り, the event be の 発 で は あ ま り using さ れ て こ な か っ た. し か し, recent で は 従 type to の プ ロ グ ラ ミ ン グ words に も type, masato の constitutive function of wen や が take り れ ら れ る よ う に な り, そ の knowledge は open 発 に と っ て necessary な も の と な り つ つ あ る. そ こ で, this study で は type, the number of masato プ ロ グ ラ ミ ン グ の beginners に と っ て, に が し difficult to understand い と さ れ る プ ロ グ ラ ム の dynamic vibration な る dance い を visualization す る gimmick を open 発 し, review 価 す る こ と を purpose と す る. Early annual で は, ま ず masato type number プ ロ グ ラ ミ ン グ の learning support に お い て, visual す べ き function concept や に つ い て な necessary elements を finishing し た. そ し て, そ れ を も と に masato type number プ ロ グ ラ ミ ン グ の in で も representative な function で あ る number of high-order masato と 遅 delay evaluation 価 に masato す る visualization を proposal し た. Number of high-order masato と は, don't の masato number を そ の argument や return り numerical と し て Cha う masato number の こ と で あ り, 遅 delay 価 と は, プ ロ グ ラ ム で within numerical が necessary に な っ た と き に early め て type や masato number が be interstate に review 価 さ れ る review 価 method で あ る. Attempt し た ソ フ ト ウ ェ ア は, filter, map, foldl の 3 つ の number of high-order masato の 処 Richard の flow れ を ア ニ メ ー シ ョ ン を with い て に visualization し, 応 seaborne す る Haskell の ソ ー ス コ ー ド を generated す る. This visualization で は, masato を ノ ー ド で は な く level な line points と し て performance し, masato の review 価 は ノ ー ド の static な between wire の 続 で は な く, led several が line を ま た い で on か ら move に す る ア ニ メ ー シ ョ ン performance で す る. Youdaoplaceholder0 extend the evaluation of 価で 価で, evaluate 価, handle が row われた arguments だけが, move する. This study <s:1> in-process results て, international conference RISP NCSP 2023にお にお て て, "Dynamic Visualization of Basic High-Order Functions for Learning Functional "Programming" と と うタ ト ト で で で to make a statement た た.

项目成果

Dynamic Visualization of Basic High-Order Functions for Learning Functional Programming

用于学习函数式编程的基本高阶函数的动态可视化

• 发表时间: 2023
• 作者: Hidekazu Shiozawa;Takumi Shimura;Koki Asakawa;Takafumi Tanaka
• 通讯作者: Takafumi Tanaka