Etikettarkiv: Datavetenskap

Programmeringsspråk under tidens lopp

Image result for programming memes
Programmeringsmeme, tillsatt som clickbait.

Jag hade en tråkig sommardag i år och jag beslöt mig att undersöka vilka programmeringsspråk och -koncept som uppfanns under vilken tidspunkt och hur populära de blev på sin höjd. Från min extremt grundliga undersökning har jag plockat fram vissa betydelsefulla språk, i kronologisk ordning:

  • I begynnelsen, slutet på 50-talet: Fortran och LISP
    • Det kan argumenteras att Fortran var den första ”högre nivåns” språk. På 50-talet innebar detta begrepp att koden inte var skriven i ettor och nollor. Fortran introducerade också huvudvärken man får då man läser andras kod. Nuförtiden används Fortran främst av envisa fysiker som vägrar att flytta sig över till bättre designade språk som Rust, Erlang eller även C++.
    • LISP är den bästa språkfamiljen enligt vissa (ö)kända spektrumiter. LISP-kodare kännetecknas med bortslitna Shift-, 8- och 9-tangenter på tangetbordet. Alla viktiga koncept som t.ex. if-then-else lyftes upp av LISP.
Kodblock introducerades av ALGOL.
  • 60-talet: ALGOL och Simula
    • ALGOL är grand-daddy till C och med moderna standarder verkar nästan vettigt… nästan.
    • Simula introducerade bekanta koncept som klass, objekt, ärvandet av egenskaper samt dynamisk bindande av funktioner, whatever that means. Skapat av norrmän, heja Norge!
  • I början av 70-talet, programmeringsspråkens glansperiod: Prolog, C, Smalltalk och ML
    • Prolog, som namnet intyder, är ett språk för PROfessionella LOGiker för att klura ut livssanningar som t.ex.
      ?- help(life).
      No help available for life
      true.
    • C, ett helgat språk. Enligt ursprungsmyten visar C vägen till programmerarnas Nirvana. Predikas på kursen C-programmering där de få utvalda får de färdigt lagade testerna kompilerade utan problem.
    • Smalltalk introducerade metoder (dvs. funktioner som tillhör klasser av objekt) och var en stor inspiration för framtida objektorienterade språk. Men jo, detta betyder säkert inget åt en icke-datavetare. Jepp jepp… fint väder idag, inte sant?
    • ML är LISPs extroverta syster; ML har inte en fetish för parenteser men har en massa typer.
  • I mitten av 90-talet: Java och JavaScript
    • Java är varken vackert eller innovativt. Själva ryggraden, Java Virtual Machine, har dock revolutionerat plattformsoberoende körning. Man kan med andra ord köra sin Java kod på vad man vill, från hemmadatorer till telefoner till Nestes bensapump. (Givet att du har tillräckligt RAM såklart.)
    • JavaScript möjliggör interraktiva nätsidor och är grunden till viktiga applikationer som agar.io, 2048 och Universal Paperclips.

P.S. Data Is Beautiful presenterar de populäraste programmeringsspråken baserat på flera olika källor. Intressant är att man kan förutspå Javas kommande undergång. (Det lönar sig att sätta på 2x hastighet om man har bättre saker att göra med sitt liv).

Parentesfrågan

Läsaren har högst antagligen en uppfattning om vad parenteser är och vad deras roll är i en mening. Parenteser (trots namnet) är alltså inte teser, utan de ”… förtydligar, kommenterar, förklarar eller innebär ett sidospår från den övriga texten” (copy paste från Wikipedia). Med ”parenteser” menar jag förstås rundparenteser och inte hak-, klammer-, vinkel- eller piggparenteser, fastän samma grundprincip gäller också för dem.

Inom matematikens teoretiska drömvärld, till skillnad från naturliga språk, används parenteser för att ”ange grupper av termer […] för ordningen av räkneoperationer” (Wikipedia). Vi kan därmed säga att i matematiken har parenteserna olik semantik, vilket leder oss till en fråga: Vilken roll borde parenteser ha inom programmering?

Programmering är till stor del matematik. De första programmeringsstrukturerna härstammade från rena matematiska modeller som förverkligades med hjälp av elektronrör och senare mikroelektronik. Vi tar två konkreta exempel för att illustrera hur parenteser vanligtvis används inom programmering.

(defn kvadrat-summa [n]; summerar n första kvadraterna
(loop [i 0 resultat 0]; sätter variablerna 'i' och 'resultat' som 0
(if (<= i n)
(recur (inc i) (+ resultat (* i i)))
resultat
)))

(print (kvadrat-summa 5))

Ovan är Clojure kod som spottar ut summan på de fem första kvadrattalen. Clojure tillhör LISP familjen av programmeringsspråk där parenteser strukturerar programmet. Notera att all kod är omringad av parenteser som skapar en hierarki av funktioner och värden. Förklarningar och kommentarer placeras inte inom parenteser, utan inleds med semikolon. Koden kan köras här för de intresserade.

!gfortran, gcc version 5.4.0 20160609
!Summerar n första kvadraterna
integer function kvadrat_summa(n) result(summa)
real :: lista(n)

lista = (/(i, i=1,n, 1)/)
lista = lista*lista
summa = sum(lista)
end function kvadrat_summa

program P
print *, kvadrat_summa(5)
end program P

Som ett mindre extremt exempel på parenteser inom programmering kan vi betrakta ett bekant språk för fysiker, Fortran! Du kan köra koden här. Se hur parenteser används för att:

  • generera listor,
  • definiera funktionens resultat samt listans storlek, och
  • för att gruppera parametrar givna till funktioner.

Vi ser att parenteser behandlas liknande som inom matematiken, men varför så? Borde inte kod sträva efter att vara så naturligt läsbart som möjligt?

Svaret på första frågan är simpel; programmeringsspråk skapas av datanördar och inte lingvister. Men för att exemplifiera att naturliga parenteser är möjliga (och kanske även vettiga) inom programmering skrev jag nedan ett exempel på ett påhittat Python-liknande språk. Parenteserna fungerar som kommentarer eller tillägger extra detaljer.

(heltals) funktion kvadrat_summan på n (ett heltal):
(summerar n första kvadraterna)
i = 0
resultat = 0
medan i <= n:
resultat += i * i
i += 1
resultat

visa kvadrat_summan på 5

Mycket snyggare och klarare kod, inte sant? Bara om nån skulle hitta på ett liknande språk som också är körbart…

Fortsättning följer!

PyClojuR: En kod ouroboros

Betrakta Python-koden nedan.

s = 's = %r\nprint(s%%s) #Hello'
print(s%s) #Hello

Du kan prova köra den härifrån. Vad händer?

Ett program som skriver ut sin egen källkod utan att fuska kallas för en ’quine’. (Som ’fusk’ räknas direkt uppläsning av programfilen och annat liknande.) Exemplet ovan består av tre delar:

  1. Kod som data. Strängen ’s = %r\nprint(s%%s) #Hello’ innehåller kopian av programmet i text form.
  2. Kod som processerar datan. Notera att all processerande kod befinner sig i någon form i den användbara datan.
  3. Övrig data. Kommentarerna #Hello samt mellanslagen är fullständigt övriga och kan tas bort utan större problem.

Du kanske tänker att quiner är unika för Python-språket, men i själva verket kan man bevisa följande sats:

För alla vettiga programmeringsspråk L existerar det åtminstone ett program P∈ L som skriver ut innehållet av P.

Beviset kan läsas här för dem som är intresserade. I ett nötskal listas alla giltiga program Pi upp, vartefter det bevisas att för varje beräkningsbar funktion h kan man hitta en fixpunkt k så att Pk och Ph(k) är identiska. Genom att välja funktionen h så att Ph(t) skriver ut innehållet av Pt kan man hitta k så att programmet Pk skriver ut innehållet av sig själv.

Utifrån detta presenterar jag Waffes ouroborosprogram teorem (WOooP teoremet):

Givet vettiga programmeringsspråk L1, L2, … Ln  existerar det ett en serie av program P1∈ L1, P2 ∈ L2, … Pn∈ Ln där Pn skriver ut P1, och Pi skriver ut Pi+1.

Programmen P1, P2, … Pn kallas då för ouroborosprogram, namngett efter den mytologiska ormen som äter sin egen svans. Börjandes från Pi får man efter minst n körningar tillbaka det ursprungliga programmet Pi. En quine kan då tänkas vara ett ouroborosprogram på bara ett språk.

För att bevisa WOooP räcker det med att definiera LC som språkens L1, L2, … Ln sammansättning. Man kan sedan använda första satsen för att bevisa att det måste finnas en quine för LC, vilket är ouroborosprogrammet vi söker efter.

Som ett test på mitt teorem skrev jag ett hackigt ouroborosprogram från Python till Clojure till R. Ta gärna och testa för er själva! Koden finns i min git här: code.py.

Alla tre språken har online terminaler, så inget behöver installeras för att testa koden.

P.S. Här är ett lite längre ouroborosprogram på 128 språk.