Automates à contraintes semilinéaires = Automata with a semilinear constraint

Cette thèse présente une étude dans divers domaines de l'informatique théorique de modèles de calculs combinant automates finis et contraintes arithmétiques. Nous nous intéressons aux questions de décidabilité, d'expressivité et de clôture, tout en ouvrant l'étude à la complexité, la logique, l'algèbre et aux applications. Cette étude est présentée au travers de quatre articles de recherche. Le premier article, Affine Parikh Automata, poursuit l'étude de Klaedtke et Ruess des automates de Parikh et en définit des généralisations et restrictions. L'automate de Parikh est un point de départ de cette thèse; nous montrons que ce modèle de calcul est équivalent à l'automate contraint que nous définissons comme un automate qui n'accepte un mot que si le nombre de fois que chaque transition est empruntée répond à une contrainte arithmétique. Ce modèle est naturellement étendu à l'automate de Parikh affine qui effectue une opération affine sur un ensemble de registres lors du franchissement d'une transition. Nous étudions aussi l'automate de Parikh sur lettres: un automate qui n'accepte un mot que si le nombre de fois que chaque lettre y apparaît répond à une contrainte arithmétique. Le deuxième article, Bounded Parikh Automata, étudie les langages bornés des automates de Parikh. Un langage est borné s'il existe des mots w_1, w_2, ..., w_k tels que chaque mot du langage peut s'écrire w_1...w_1w_2...w_2...w_k...w_k. Ces langages sont importants dans des domaines applicatifs et présentent usuellement de bonnes propriétés théoriques. Nous montrons que dans le contexte des langages bornés, le déterminisme n'influence pas l'expressivité des automates de Parikh. Le troisième article, Unambiguous Constrained Automata, introduit les automates contraints non ambigus, c'est-à-dire pour lesquels il n'existe qu'un chemin acceptant par mot reconnu par l'automate. Nous montrons qu'il s'agit d'un modèle combinant une meilleure expressivité et de meilleures propriétés de clôture que l'automate contraint déterministe. Le problème de déterminer si le langage d'un automate contraint non ambigu est régulier est montré décidable. Le quatrième article, Algebra and Complexity Meet Contrained Automata, présente une étude des représentations algébriques qu'admettent les automates contraints et les automates de Parikh affines. Nous déduisons de ces caractérisations des résultats d'expressivité et de complexité. Nous montrons aussi que certaines hypothèses classiques en complexité computationelle sont reliées à des résultats de séparation et de non clôture dans les automates de Parikh affines. La thèse est conclue par une ouverture à un possible approfondissement, au travers d'un certain nombre de problèmes ouverts.

Markov chains, R-trivial monoids and representation theory

We develop a general theory of Markov chains realizable as random walks on R-trivial monoids. It provides explicit and simple formulas for the eigenvalues of the transition matrix, for multiplicities of the eigenvalues via Mobius inversion along a lattice, a condition for diagonalizability of the transition matrix and some techniques for bounding the mixing time. In addition, we discuss several examples, such as Toom-Tsetlin models, an exchange walk for finite Coxeter groups, as well as examples previously studied by the authors, such as nonabelian sandpile models and the promotion Markov chain on posets. Many of these examples can be viewed as random walks on quotients of free tree monoids, a new class of monoids whose combinatorics we develop.

New Notions of Reduction and Non-Semantic Proofs of β-Strong Normalization in Typed λ-Calculi

Two new notions of reduction for terms of the λ-calculus are introduced and the question of whether a λ-term is beta-strongly normalizing is reduced to the question of whether a λ-term is merely normalizing under one of the new notions of reduction. This leads to a new way to prove beta-strong normalization for typed λ-calculi. Instead of the usual semantic proof style based on Girard's "candidats de réductibilité'', termination can be proved using a decreasing metric over a well-founded ordering in a style more common in the field of term rewriting. This new proof method is applied to the simply-typed λ-calculus and the system of intersection types.

Addendum to "New Notions of Reduction and Non-Semantic Proofs of β-Strong Normalization in Typed λ-Calculi"

This is an addendum to our technical report BUCS TR-94-014 of December 19, 1994. It clarifies some statements, adds information on some related research, includes a comparison with research be de Groote, and fixes two minor mistakes in a proof.

What Are Polymorphically-Typed Ambients?

Abstract: The Ambient Calculus was developed by Cardelli and Gordon as a formal framework to study issues of mobility and migrant code. We consider an Ambient Calculus where ambients transport and exchange programs rather that just inert data. We propose different senses in which such a calculus can be said to be polymorphically typed, and design accordingly a polymorphic type system for it. Our type system assigns types to embedded programs and what we call behaviors to processes; a denotational semantics of behaviors is then proposed, here called trace semantics, underlying much of the remaining analysis. We state and prove a Subject Reduction property for our polymorphically typed calculus. Based on techniques borrowed from finite automata theory, type-checking of fully type-annotated processes is shown to be decidable; the time complexity of our decision procedure is exponential (this is a worst-case in theory, arguably not encountered in practice). Our polymorphically-typed calculus is a conservative extension of the typed Ambient Calculus originally proposed by Cardelli and Gordon.

Typed Abstraction of Complex Network Compositions

The heterogeneity and open nature of network systems make analysis of compositions of components quite challenging, making the design and implementation of robust network services largely inaccessible to the average programmer. We propose the development of a novel type system and practical type spaces which reflect simplified representations of the results and conclusions which can be derived from complex compositional theories in more accessible ways, essentially allowing the system architect or programmer to be exposed only to the inputs and output of compositional analysis without having to be familiar with the ins and outs of its internals. Toward this end we present the TRAFFIC (Typed Representation and Analysis of Flows For Interoperability Checks) framework, a simple flow-composition and typing language with corresponding type system. We then discuss and demonstrate the expressive power of a type space for TRAFFIC derived from the network calculus, allowing us to reason about and infer such properties as data arrival, transit, and loss rates in large composite network applications.

Letter (typed) from the H.H. Warner Co. to S.D. Woodruff which was enclosed with a payment of $2,500.00 for the shooting share transferred to Mr. Warner

Letter (typed) from the H.H. Warner Co. to S.D. Woodruff which was enclosed with a payment of $2,500.00 for the shooting share transferred to Mr. Warner. The letter also requests that Mr. Woodruff send a note explaining the general customs of the club, May 21, 1886.

A Type-Preserving Compiler from System F to Typed Assembly Language

L'utilisation des méthodes formelles est de plus en plus courante dans le développement logiciel, et les systèmes de types sont la méthode formelle qui a le plus de succès. L'avancement des méthodes formelles présente de nouveaux défis, ainsi que de nouvelles opportunités. L'un des défis est d'assurer qu'un compilateur préserve la sémantique des programmes, de sorte que les propriétés que l'on garantit à propos de son code source s'appliquent également au code exécutable. Cette thèse présente un compilateur qui traduit un langage fonctionnel d'ordre supérieur avec polymorphisme vers un langage assembleur typé, dont la propriété principale est que la préservation des types est vérifiée de manière automatisée, à l'aide d'annotations de types sur le code du compilateur. Notre compilateur implante les transformations de code essentielles pour un langage fonctionnel d'ordre supérieur, nommément une conversion CPS, une conversion des fermetures et une génération de code. Nous présentons les détails des représentation fortement typées des langages intermédiaires, et les contraintes qu'elles imposent sur l'implantation des transformations de code. Notre objectif est de garantir la préservation des types avec un minimum d'annotations, et sans compromettre les qualités générales de modularité et de lisibilité du code du compilateur. Cet objectif est atteint en grande partie dans le traitement des fonctionnalités de base du langage (les «types simples»), contrairement au traitement du polymorphisme qui demande encore un travail substantiel pour satisfaire la vérification de type.

Demand-driven type analysis for dynamically-typed functional languages

Thèse diffusée initialement dans le cadre d'un projet pilote des Presses de l'Université de Montréal/Centre d'édition numérique UdeM (1997-2008) avec l'autorisation de l'auteur.

A Compiler for the dependently typed language Beluga

Les structures avec des lieurs sont très communes en informatique. Les langages de programmation et les systèmes logiques sont des exemples de structures avec des lieurs. La manipulation de lieurs est délicate, de sorte que l’écriture de programmes qui ma- nipulent ces structures tirerait profit d’un soutien spécifique pour les lieurs. L’environ- nement de programmation Beluga est un exemple d’un tel système. Nous développons et présentons ici un compilateur pour ce système. Parmi les programmes pour lesquels Beluga est spécialement bien adapté, plusieurs peuvent bénéficier d’un compilateur. Par exemple, les programmes pour valider les types (les "type-checkers"), les compilateurs et les interpréteurs tirent profit du soutien spécifique des lieurs et des types dépendants présents dans le langage. Ils nécessitent tous également une exécution efficace, que l’on propose d’obtenir par le biais d’un compilateur. Le but de ce travail est de présenter un nouveau compilateur pour Beluga, qui emploie une représentation interne polyvalente et permet de partager du code entre plusieurs back-ends. Une contribution notable est la compilation du filtrage de Beluga, qui est particulièrement puissante dans ce langage.

The meta-object facility typed

The Object Managment Group’s Meta-Object Facility (MOF) is a semiformal approach to writing models and metamodels (models of models). The MOF was developed to enable systematic model/metamodel interchange and integration. The approach is problematic, unless metamodels are correctly specified: an error in a metamodel specification will propagate throughout instantiating models and final model implementations. An important open question is how to develop provably correct metamodels. This paper outlines a solution to the question, in which the MOF metamodelling approach is formalized within constructive type theory.

Mining the Ecosystem to Improve Type Inference For Dynamically Typed Languages

Dynamically typed languages lack information about the types of variables in the source code. Developers care about this information as it supports program comprehension. Ba- sic type inference techniques are helpful, but may yield many false positives or negatives. We propose to mine information from the software ecosys- tem on how frequently given types are inferred unambigu- ously to improve the quality of type inference for a single system. This paper presents an approach to augment existing type inference techniques by supplementing the informa- tion available in the source code of a project with data from other projects written in the same language. For all available projects, we track how often messages are sent to instance variables throughout the source code. Predictions for the type of a variable are made based on the messages sent to it. The evaluation of a proof-of-concept prototype shows that this approach works well for types that are sufficiently popular, like those from the standard librarie, and tends to create false positives for unpopular or domain specific types. The false positives are, in most cases, fairly easily identifiable. Also, the evaluation data shows a substantial increase in the number of correctly inferred types when compared to the non-augmented type inference.