Podoski Péter és Zabb László
Bevezető Algoritmus-vizualizáció témakörében végeztünk kutatásokat és fejlesztéseket Felmértük a manapság ismert eszközök előnyeit és hiányosságait Kidolgoztunk egy saját megjelenítő rendszert, amiben az algoritmusok vizualizációjához szükséges eszközök széles palettája elérhető
Algoritmus-vizualizáció ma Célja: főleg oktatási területre (könnyebb ismertetés és megértés), olykor algoritmusok fejlesztésekor is segíthet a hibakeresésben Nehézségek: egy vizualizáció elkészítéséhez könnyebb egy új, testreszabott megjelenítő programot írni, mint találni egyet, ami megfelel az igényeinknek Jellemző, hogy egyszerű, böngészőben futtatható Java appletekkel valósítják meg a demonstrációt Néhány példa következik
Dijkstra algoritmusa
Legrövidebb út keresése Ausztráliában
Jeliot program-vizualizáció
MatrixPro az egyik legáltalánosabb
Az igény megfogalmazása Elvárások egy jó vizualizátorral kapcsolatban: Célközönség számára megfelelő megjelenítés Könnyedén lehessen a vizualizációkat módosítani, bővíteni (pl. Hanoi tornyai) Egyszerű telepítés Épüljön be a tanítási folyamatba Ne igényeljen magas szintű programozói tudást
Psimulex - lehetőségek.net-ben írt nyílt forráskódú keretrendszer Algoritmusok megfogalmazása C-szerű nyelv Beépített fordítóprogram Algoritmusok futtatása Saját virtuális platform Többprocesszoros, akár hálózati emuláció Algoritmusok megjelenítése a virtuális gép változóit megjelenítő általános grafikai könyvtár (WPF) Algoritmusok elemzése Műveletigény, memóriaigény
Saját nyelv Az algoritmusok szempontjából alapvető típusok (skalárisok, konténerek és fák, gráfok) Gyengén típusos imperatív nyelv, C-szerű szintaxissal Típuskonstrukció: rekord Fontosabb vezérlési szerkezetek Felhasználói függvények Több forrásfájl használata Globális változók
Saját virtuális platform Virtuális hálózat, virtuális gép ( mini OS ütemezővel), folyamatok, szálak A virtuális gép processzora futtatja az ún. Microlex utasításokat (gépi kódnak megfelelő parancsobjektumokat) Az egyes szálaknak futási és hívási vermük van Az ütemező cserélhető
Fordítás gépi kódra Négy lépésben fordítunk az alacsony szintű utasításkészletre, visitor (látogató) tervminta alkalmazásával
Parancsobjektumok A parancs tervminta alapján készültek Mindegyik gépi utasítás egy-egy parancsobjektum Az aktuális futási környezeten dolgoznak Három fő csoportjuk van: Vezérlés-átadó parancsobjektumok (pl. Jump) Konkrét (főleg aritmetikai) műveleteket végrehajtó parancsobjektumok Változókat, adatszerkezeteket kezelő parancsobjektumok
Saját típusrendszer Aránylag gazdag típuskészlet Java-hoz hasonlóan közös őstípus BaseType == Object Primitív típusok + gyűjtemények + fák + gráfok Reflection-re épül, emiatt könnyen elérhető az egész.net osztályhierarchia Felhasználói típus a rekord, mezőinek kezdőértéket lehet megadni Gyengén típusosság miatt a konténerekbe tetszőleges típusú elem tehető (pl. listába bináris fák) Automatikus típuskonverziók
Típushierarchia
Saját IDE Funkciók LexLighter (aktuális utasítás színezése) Syntax highlight Léptetési módszerek (hasonlóan a VS-hez + step back) Korszerű IDE, tabok, több forrásfájl kezelése, testre szabható, ergonómikus Nézetek váltása
Saját vizualizáció Dinamikus, változást követő, interaktív adatszerkezetek megjelenítése Montázs tetszőleges elrendezhetőség: Hívási verem megjelenítése Egy-egy lényeges adatszerkezet kiemelése Egymásba ágyazhatóság (fa elemei gráfok) Adatszerkezetek szerkeszthetőek futás közben is
Bináris fák egy sorban
Egy irányítás nélküli gráf szerkesztése
Egy bináris fa szintfolytonos bejárása a Psimulex-ben
Felhasználási területek Oktatás Algoritmusok Programozás Fordító programok (assembly-szerű nyelvek filozófiája) Kutatás Algoritmusok megalkotása Elméletek tesztelése és bemutatása Fejlesztés Algoritmikus problémák megoldása itt és aztán implementálása Demonstráció Automatikusan létrejön a megjelenítés, testre szabható, exportálható a program futása, eredménye, csak a programot kell megírni, az inputot megszerkeszteni.
Távlati tervek Párhuzamos programozási eszközök (lock, monitor, erőforrások) teljeskörű bevezetése.net interopabilitás növelése (a megírt Psimulex nyelvű programból C# vagy IL kódot generálhassunk) Integráció a Visual Studio debuggerébe: intelligens.net adatszerkezet reflekció + grafikus modul Internetes portál nyitás, ahol pl. algoritmikus problémamegoldó versenyeket lehet indítani, gyorsaság, egyszerűség stb. szempontok szerint pontozva