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

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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。