Mecanización de semántica de lenguajes de programación: teoría, implementación y desarrollo.

El presente proyecto se enmarca en el área de métodos formales para computación; el objetivo de los métodos formales es asegurar, a través de herramientas lógicas y matemáticas, que sistemas computacionales satisfacen ciertas propiedades. El campo de semántica de lenguajes de programación trata justamente de construir modelos matemáticos que den cuenta de las diferentes características de cada lenguaje (estado mutable, mecanismos de paso de parámetros, órdenes de ejecución, etc.); permitiendo razonar de una manera abstracta, en vez de lidiar con las peculiaridades de implementaciones o las vaguezas de descripciones informales. Como las pruebas formales de corrección son demasiado intrincadas, es muy conveniente realizar estos desarrollos teóricos con la ayuda de asistentes de prueba. Este proceso de formalizar y corrobar aspectos semánticos a través de un asistente se denomina mecanización de semántica. Este proyecto – articulado en tres líneas: semántica de teoría de tipos, implementación de un lenguaje con tipos dependientes y semántica de lenguajes imperativos con alto orden - se propone realizar avances en el estudio semántico de lenguajes de programación, mecanizar dichos resultados, e implementar un lenguaje con tipos dependientes con la intención de que se convierta, en un mediano plazo, en un asistente de pruebas. En la línea de semántica de teoría de tipos los objetivos son: (a) extender el método de normalización por evaluación para construcciones no contempladas aun en la literatura, (b) probar la adecuación de la implementación en Haskell de dicho método de normalización, y (c) construir nuevos modelos categóricos de teoría de tipos. El objetivo de la segunda línea es el diseño e implementación de un lenguaje con tipos dependientes con la intención de que el mismo se convierta en un asistente de pruebas. Una novedad de esta implementación es que el algoritmo de chequeo de tipos es correcto y completo respecto al sistema formal, gracias a resultados ya obtenidos; además la implementación en Haskell del algoritmo de normalización (fundamental para el type-checking) también tendrá su prueba de corrección. El foco de la tercera línea está en el estudio de lenguajes de programación que combinan aspectos imperativos (estado mutable) con características de lenguajes funcionales (procedimientos y funciones). Por un lado se avanzará en la mecanización de pruebas de corrección de compiladores para lenguajes Algollike. El segundo aspecto de esta línea será la definición de semánticas operacional y denotacional del lenguaje de programación Lua y la posterior caracterización del mismo a partir de ellas. Para lograr dichos objetivos hemos dividido las tareas en actividades con metas graduales y que constituyen en sí mismas aportes al estado del arte de cada una de las líneas. La importancia académica de este proyecto radica en los avances teóricos que se propone en la línea de semántica de teoría de tipos, en las contribución para la construcción de pruebas mecanizadas de corrección de compiladores, en el aporte que constituye la definición de una semántica formal para el lenguaje Lua, y en el desarrollo de un lenguaje con tipos dependientes cuyos algoritmos más importantes están respaldados por pruebas de corrección. Además, a nivel local, este proyecto permitirá incorporar cuatro integrantes al grupo de “Semántica de la programación”.

Estudio y optimización estructural del comportamiento termomecanico de un motor monopropelente

El presente trabajo contempla el estudio del comportamiento termomecánico de un motor monopropelente, cuyo funcionamiento se basa en la descomposición catalítica del combustible, produciendo la gasificación del mismo, con su consecuente generación de calor. Estos gases, al ser conducidos convenientemente a través de una tobera con el fin de generar su apropiada expansión, producirán la acción deseada. Un diseño erróneo del sistema de alimentación podría producir el acortamiento de la vida útil del catalizador, la degradación de los sellos de la válvula, vaporizaciones indeseadas del propelente, etc.El objetivo que se persigue es construir un modelo computacional que permita visualizar el comportamiento conjunto de los diversos fenómenos, la influencia de los diversos componentes y su interacción, a fin de identificar los elementos críticos, y poder así tomar acciones correctivas u operar sobre aspectos de diseño del sistema para un mejor acondicionamiento del combustible. Para la aplicación del método, se modelizarán cada uno de los fenómenos que gobiernan el comportamiento del sistema y se les codificará en lenguaje de programación, prestando especial atención al comportamiento del fluido tanto en régimen estable como durante los transitorios. Una vez validado el programa se correrán simulaciones para determinar la influencia de los parámetros básicos de diseño sobre los procesos termomecánicos mediante un análisis de sensitividad, a fin de mitigar los posibles efectos adversos. Sin embargo, durante la ejecución de proyectos de ingeniería de este tipo, una de las cuestiones de mayor importancia es el uso racional de materiales. Una adecuada utilización de los mismos tiene diversas ventajas, dentro de las cuales podemos citar como a las de mayor relevancia a: (i) mejor aprovechamiento de las capacidades de los materiales, (ii) elementos estructurales de menor tamaño, lo que genera una economía de espacio, (iii) menor costo económico y financiero del proyecto y (iv) menor impacto ambiental. En este sentido, una de las maneras más difundidas para el uso racional de materiales es, utilizar materiales con propiedades constitutivas que se adapten mejor a las características del proyecto en desarrollo. Sin embargo, cuando se está frente a la imposibilidad de cambiar de material o mejorar las propiedades existentes, es importante comenzar a utilizar otras metodologías que permitan un mejor aprovechamiento del mismo. Aquí surge naturalmente la necesidad de introducir cambios en la forma de los componentes estructurales que integran el proyecto ejecutivo. Para realizar una adecuada optimización de los componentes estructurales, es necesario previamente definir cual o cuales van a ser las características a optimizar y como van a ser medidas esas características durante el proceso de análisis. Por lo tanto, se propone aplicar el análisis de sensibilidad topológica para problemas termo-mecánicos para optimizar los componentes estructurales del motor.

Sistemas de diálogo con aplicaciones en Educación

En este proyecto se investigan 3 subáreas de Inteligencia Artificial y sus aplicaciones en contextos educativos. Las 3 áreas son 1) agentes conversacionales automatizados que actúan como instructores virtuales o sistemas de tutoring automatizado, 2) asistentes virtuales que llevan a cabo una tarea dada bajo la instrucción de un aprendiz avanzado, y 3) plataformas de programación de chatbots como una herramienta educativa para enseñar conceptos básicos de ciencias de la computación. La hipótesis de este proyecto es que tanto los tutores como los asistentes conversacionales automatizados deben incluir una representación contextual rica que identifique lo entendido por el aprendiz hasta el momento y ser capaces de realizar inferencias sobre ella para poder guiar mejor su aprendizaje. Los objetivos de este proyecto incluyen el desarrollo de algoritmos de inferencia contextuales apropiados para instructores y asistentes virtuales, el desarrollo de algoritmos para la programación simplificada de chatbots, la evaluación de estos algoritmos en pruebas piloto en escuelas y la realización de un curso online abierto masivo para estudiantes de secundario del programa Conectar Igualdad que quieran aprender sobre Inteligencia Artificial y Ciencias de la Computación. El método a utilizar será la realización de recolección de corpus (interacciones humano-humano de las interacciones tutor-aprendiz), la aplicación de técnicas de procesamiento de lenguaje natural como la generación por selección y la interpretación por clustering y maximum entropy models usando características sintácticas, semánticas y pragmáticas. Se desarrollarán los algoritmos siguiendo una metodología estándar de Ingeniería de Software y se evaluarán en experiencias piloto en escuelas secundarias así como en un curso online abierto y masivo. Además se dictará un curso de capacitación docente para la incorporación de las tecnologías producidas a sus cursos. Como resultado se espera la contribución al área de Inteligencia Artificial con aplicaciones en Educación de algoritmos evaluados empíricamente en entornos educativos reales del nivel medio. Además, se espera contribuir a las metodologías de enseñanza de Ciencias de la Computación en el nivel medio. Este proyecto es relevante a la realidad nacional y mundial de falta de recursos humanos formados en las Ciencias de la Computación y al crecimiento mundial que el área de Inteligencia Artificial en general y de Sistemas de diálogo (o interfaces conversacionales) en particular ha tenido en los últimos años con el crecimiento exponencial de la tecnología en la vida diaria.

Leyes numérico-generativas I

El empleo intensivo de computadoras constituye para las investigaciones en los campos de diseño, arte y arquitectura, como así también en las investigaciones formales y/o generativas de cualquier tipo una constante en nuestra actividad. Todo ello trae aparejadas ventajas innegables (velocidad y diversidad de resultados) como también una nueva estructura de costos. (...) Todas nuestras investigaciones tradicionales se valen de recursos muy semejantes a los mecanismos de las computadoras por tratarse de crecimientos o desarrollos numéricos como también leyes de color (tablas cromáticas). Ahora estamos trabajando bajo el sistema de operativo de Windows (empleando herramientas de programación los lenguajes Pascal y C++) empleados equipos PC 486. Paralelamente continuamos las Investigaciones Tradicionales no-computarizadas en lo referido a Color por considerarlas absolutamente indispensables como complemento de las resoluciones que nos brindan las Computadoras. Objetivo general: Avance y ampliación de posibilidades investigativas en el campo de la Geometría Generativa (Creación de Formas) y Cromogénesis (Estudio sistemático y generación del color). Objetivos específicos: 1. Creación y utilización de programas computarizados sobre Puntos Generadores sobre Circunferencia. 2.Creación de obras pictórico-investigativas con base numérica.

Los efectos de la transposición didáctica en la enseñanza del lenguaje escrito

En el presente proyecto se pretende explorar si los textos que se requieren a los alumnos responden a las características y exigencias de los textos de mayor circulación social que supuestamente serán requeridos por la sociedad una vez que los niños egresan de la etapa de escolaridad obligatoria. Un primer análisis de los textos escritos por los alumnos, registrados en sus cuadernos como "tareas de composición" permitió observar transformaciones sustanciales que los distancian notablemente de las características y estructuras esenciales definidas por la lingüística textual y la pragmática discursiva. El objetivo de este estudio es analizar la distancia que separa los textos escolares de los textos sociales desde una perspectiva de los estudios actuales de transposición didáctica. Se caracteriza a la transposición didáctica como un proceso complejo de transformaciones adaptativas mediante el cual el conocimiento elaborado en el plano científico se convierte en conocimiento escolarizado. En el proyecto se propone explorar las transformaciones que se producen en la enseñanza del lenguaje escrito, focalizando el análisis en dos planos: 1. El plano textual pretende: detectar la distancia que se produce en el contexto de producción y los textos de circulación social con las condiciones de producción efectivamente por los alumnos. Además, comparar las características configuracionales y discursivas que identifican a los textos sociales y escolares. 2. Plano ortográficos tal como son descriptos por la disciplina de referencia y como son vehiculizados en el aula. Interesa elaborar categorías de transposición didáctica al lenguaje escrito, planos de análisis para describir las transformaciones que se producen durante el proceso de pedagogización del saber. Al evidenciar las transformaciones que se infringe al lenguaje escrito como consecuencia de ciertas prácticas pedagógicas, se pretende contribuir a repensar las mismas con el propósito de neutralizar los efectos distorsionantes de la transposición didáctica.

Métodos para el análisis de programas probabilistas y no-deterministas utilizando probadores de teoremas. Methods for the analysis of probabilistic and nondeterministic programs using theorem provers.

La verificación y el análisis de programas con características probabilistas es una tarea necesaria del quehacer científico y tecnológico actual. El éxito y su posterior masificación de las implementaciones de protocolos de comunicación a nivel hardware y soluciones probabilistas a problemas distribuidos hacen más que interesante el uso de agentes estocásticos como elementos de programación. En muchos de estos casos el uso de agentes aleatorios produce soluciones mejores y más eficientes; en otros proveen soluciones donde es imposible encontrarlas por métodos tradicionales. Estos algoritmos se encuentran generalmente embebidos en múltiples mecanismos de hardware, por lo que un error en los mismos puede llegar a producir una multiplicación no deseada de sus efectos nocivos.Actualmente el mayor esfuerzo en el análisis de programas probabilísticos se lleva a cabo en el estudio y desarrollo de herramientas denominadas chequeadores de modelos probabilísticos. Las mismas, dado un modelo finito del sistema estocástico, obtienen de forma automática varias medidas de performance del mismo. Aunque esto puede ser bastante útil a la hora de verificar programas, para sistemas de uso general se hace necesario poder chequear especificaciones más completas que hacen a la corrección del algoritmo. Incluso sería interesante poder obtener automáticamente las propiedades del sistema, en forma de invariantes y contraejemplos.En este proyecto se pretende abordar el problema de análisis estático de programas probabilísticos mediante el uso de herramientas deductivas como probadores de teoremas y SMT solvers. Las mismas han mostrado su madurez y eficacia en atacar problemas de la programación tradicional. Con el fin de no perder automaticidad en los métodos, trabajaremos dentro del marco de "Interpretación Abstracta" el cual nos brinda un delineamiento para nuestro desarrollo teórico. Al mismo tiempo pondremos en práctica estos fundamentos mediante implementaciones concretas que utilicen aquellas herramientas.

Diseño de sistemas de comunicaciones de alta velocidad. Design of high-speed communication systems.

El crecimiento exponencial del tráfico de datos es uno de los mayores desafíos que enfrentan actualmente los sistemas de comunicaciones, debiendo los mismos ser capaces de soportar velocidades de procesamiento de datos cada vez mas altas. En particular, el consumo de potencia se ha transformado en uno de los parámetros de diseño más críticos, generando la necesidad de investigar el uso de nuevas arquitecturas y algoritmos para el procesamiento digital de la información. Por otro lado, el análisis y evaluación de nuevas técnicas de procesamiento presenta dificultades dadas las altas velocidades a las que deben operar, resultando frecuentemente ineficiente el uso de la simulación basada en software como método. En este contexto, el uso de electrónica programable ofrece una oportunidad a bajo costo donde no solo se evaluan nuevas técnicas de diseño de alta velocidad sino también se valida su implementación en desarrollos tecnológicos. El presente proyecto tiene como objetivo principal el estudio y desarrollo de nuevas arquitecturas y algoritmos en electrónica programable para el procesamiento de datos a alta velocidad. El método a utilizar será la programación en dispositivos FPGA (Field-Programmable Gate Array) que ofrecen una buena relación costo-beneficio y gran flexibilidad para integrarse con otros dispositivos de comunicaciones. Para la etapas de diseño, simulación y programación se utilizaran herramientas CAD (Computer-Aided Design) orientadas a sistemas electrónicos digitales. El proyecto beneficiara a estudiantes de grado y postgrado de carreras afines a la informática y las telecomunicaciones, contribuyendo al desarrollo de proyectos finales y tesis doctorales. Los resultados del proyecto serán publicados en conferencias y/o revistas nacionales e internacionales y divulgados a través de charlas de difusión y/o encuentros. El proyecto se enmarca dentro de un área de gran importancia para la Provincia de Córdoba, como lo es la informática y las telecomunicaciones, y promete generar conocimiento de gran valor agregado que pueda ser transferido a empresas tecnológicas de la Provincia de Córdoba a través de consultorias o desarrollos de productos.

Sistemas de Tipos para Verificación de Programas Concurrentes. Type Systems for Concurrent Programs Verification.

La programación concurrente es una tarea difícil aún para los más experimentados programadores. Las investigaciones en concurrencia han dado como resultado una gran cantidad de mecanismos y herramientas para resolver problemas de condiciones de carrera de datos y deadlocks, problemas que surgen por el mal uso de los mecanismos de sincronización. La verificación de propiedades interesantes de programas concurrentes presenta dificultades extras a los programas secuenciales debido al no-determinismo de su ejecución, lo cual resulta en una explosión en el número de posibles estados de programa, haciendo casi imposible un tratamiento manual o aún con la ayuda de computadoras. Algunos enfoques se basan en la creación de lenguajes de programación con construcciones con un alto nivel de abstración para expresar concurrencia y sincronización. Otros enfoques tratan de desarrollar técnicas y métodos de razonamiento para demostrar propiedades, algunos usan demostradores de teoremas generales, model-checking o algortimos específicos sobre un determinado sistema de tipos. Los enfoques basados en análisis estático liviano utilizan técnicas como interpretación abstracta para detectar ciertos tipos de errores, de una manera conservativa. Estas técnicas generalmente escalan lo suficiente para aplicarse en grandes proyectos de software pero los tipos de errores que pueden detectar es limitada. Algunas propiedades interesantes están relacionadas a condiciones de carrera y deadlocks, mientras que otros están interesados en problemas relacionados con la seguridad de los sistemas, como confidencialidad e integridad de datos. Los principales objetivos de esta propuesta es identificar algunas propiedades de interés a verificar en sistemas concurrentes y desarrollar técnicas y herramientas para realizar la verificación en forma automática. Para lograr estos objetivos, se pondrá énfasis en el estudio y desarrollo de sistemas de tipos como tipos dependientes, sistema de tipos y efectos, y tipos de efectos sensibles al flujo de datos y control. Estos sistemas de tipos se aplicarán a algunos modelos de programación concurrente como por ejemplo, en Simple Concurrent Object-Oriented Programming (SCOOP) y Java. Además se abordarán propiedades de seguridad usando sistemas de tipos específicos. Concurrent programming has remained a dificult task even for very experienced programmers. Concurrency research has provided a rich set of tools and mechanisms for dealing with data races and deadlocks that arise of incorrect use of synchronization. Verification of most interesting properties of concurrent programs is a very dificult task due to intrinsic non-deterministic nature of concurrency, resulting in a state explosion which make it almost imposible to be manually treat and it is a serious challenge to do that even with help of computers. Some approaches attempts create programming languages with higher levels of abstraction for expressing concurrency and synchronization. Other approaches try to develop reasoning methods to prove properties, either using general theorem provers, model-checking or specific algorithms on some type systems. The light-weight static analysis approach apply techniques like abstract interpretation to find certain kind of bugs in a conservative way. This techniques scale well to be applied in large software projects but the kind of bugs they may find are limited. Some interesting properties are related to data races and deadlocks, while others are interested in some security problems like confidentiality and integrity of data. The main goals of this proposal is to identify some interesting properties to verify in concurrent systems and develop techniques and tools to do full automatic verification. The main approach will be the application of type systems, as dependent types, type and effect systems, and flow-efect types. Those type systems will be applied to some models for concurrent programming as Simple Concurrent Object-Oriented Programming (SCOOP) and Java. Other goals include the analysis of security properties also using specific type systems.

Aceleración de Algoritmos en Procesadores Multicore, GPGPU y FPGA. Algorithm Acceleration with Multicore, GPGPU and FPGA Processors.

El avance en la potencia de cómputo en nuestros días viene dado por la paralelización del procesamiento, dadas las características que disponen las nuevas arquitecturas de hardware. Utilizar convenientemente este hardware impacta en la aceleración de los algoritmos en ejecución (programas). Sin embargo, convertir de forma adecuada el algoritmo en su forma paralela es complejo, y a su vez, esta forma, es específica para cada tipo de hardware paralelo. En la actualidad los procesadores de uso general más comunes son los multicore, procesadores paralelos, también denominados Symmetric Multi-Processors (SMP). Hoy en día es difícil hallar un procesador para computadoras de escritorio que no tengan algún tipo de paralelismo del caracterizado por los SMP, siendo la tendencia de desarrollo, que cada día nos encontremos con procesadores con mayor numero de cores disponibles. Por otro lado, los dispositivos de procesamiento de video (Graphics Processor Units - GPU), a su vez, han ido desarrollando su potencia de cómputo por medio de disponer de múltiples unidades de procesamiento dentro de su composición electrónica, a tal punto que en la actualidad no es difícil encontrar placas de GPU con capacidad de 200 a 400 hilos de procesamiento paralelo. Estos procesadores son muy veloces y específicos para la tarea que fueron desarrollados, principalmente el procesamiento de video. Sin embargo, como este tipo de procesadores tiene muchos puntos en común con el procesamiento científico, estos dispositivos han ido reorientándose con el nombre de General Processing Graphics Processor Unit (GPGPU). A diferencia de los procesadores SMP señalados anteriormente, las GPGPU no son de propósito general y tienen sus complicaciones para uso general debido al límite en la cantidad de memoria que cada placa puede disponer y al tipo de procesamiento paralelo que debe realizar para poder ser productiva su utilización. Los dispositivos de lógica programable, FPGA, son dispositivos capaces de realizar grandes cantidades de operaciones en paralelo, por lo que pueden ser usados para la implementación de algoritmos específicos, aprovechando el paralelismo que estas ofrecen. Su inconveniente viene derivado de la complejidad para la programación y el testing del algoritmo instanciado en el dispositivo. Ante esta diversidad de procesadores paralelos, el objetivo de nuestro trabajo está enfocado en analizar las características especificas que cada uno de estos tienen, y su impacto en la estructura de los algoritmos para que su utilización pueda obtener rendimientos de procesamiento acordes al número de recursos utilizados y combinarlos de forma tal que su complementación sea benéfica. Específicamente, partiendo desde las características del hardware, determinar las propiedades que el algoritmo paralelo debe tener para poder ser acelerado. Las características de los algoritmos paralelos determinará a su vez cuál de estos nuevos tipos de hardware son los mas adecuados para su instanciación. En particular serán tenidos en cuenta el nivel de dependencia de datos, la necesidad de realizar sincronizaciones durante el procesamiento paralelo, el tamaño de datos a procesar y la complejidad de la programación paralela en cada tipo de hardware. Today´s advances in high-performance computing are driven by parallel processing capabilities of available hardware architectures. These architectures enable the acceleration of algorithms when thes ealgorithms are properly parallelized and exploit the specific processing power of the underneath architecture. Most current processors are targeted for general pruposes and integrate several processor cores on a single chip, resulting in what is known as a Symmetric Multiprocessing (SMP) unit. Nowadays even desktop computers make use of multicore processors. Meanwhile, the industry trend is to increase the number of integrated rocessor cores as technology matures. On the other hand, Graphics Processor Units (GPU), originally designed to handle only video processing, have emerged as interesting alternatives to implement algorithm acceleration. Current available GPUs are able to implement from 200 to 400 threads for parallel processing. Scientific computing can be implemented in these hardware thanks to the programability of new GPUs that have been denoted as General Processing Graphics Processor Units (GPGPU).However, GPGPU offer little memory with respect to that available for general-prupose processors; thus, the implementation of algorithms need to be addressed carefully. Finally, Field Programmable Gate Arrays (FPGA) are programmable devices which can implement hardware logic with low latency, high parallelism and deep pipelines. Thes devices can be used to implement specific algorithms that need to run at very high speeds. However, their programmability is harder that software approaches and debugging is typically time-consuming. In this context where several alternatives for speeding up algorithms are available, our work aims at determining the main features of thes architectures and developing the required know-how to accelerate algorithm execution on them. We look at identifying those algorithms that may fit better on a given architecture as well as compleme