Live Data Structures in Logic Programs

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出版者:Not Avail
作者:Anne Mulkers
出品人:
页数:228
译者:
出版时间:1993-07
价格:USD 59.95
装帧:Paperback
isbn号码:9783540566946
丛书系列:
图书标签:
  • 数据结构
  • 逻辑编程
  • Prolog
  • 人工智能
  • 算法
  • 程序设计
  • 计算机科学
  • 抽象数据类型
  • 函数式编程
  • 知识表示
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具体描述

A common hazard for implementations of applicative programming languages is the excessive creation of garbage cells during program execution. The available run-time garbage collecting processes are expensive in time and often require a periodic disruption of the program execution. The present book addresses the problem of memory re-use for logic programs through program analysis rather than by run-time garbage collection. The static analysis is constructed as an application of abstractinterpretation for logic programs. The starting point is a previously developed application of integrated type and mode analysis, which basically supplies a description of the logical terms to which program variables can be bound at run time. The contribution of the book consists of a modular extension of the abstract domain and operations in order to derive run-time properties concerning the sharing and liveness of term substructures dynamically created during program execution. Alsoillustrated is how such information can be used by the compiler to improve the allocation of run-time structures and to automatically introduce destructive assignments in logic languages in a safe and transparent way, thereby shifting some part of the run-time storage reclamation overhead to compile time.

《逻辑程序中的实时数据结构》 一、 背景与动机 在信息技术飞速发展的今天,数据的重要性不言而喻。从互联网的实时流数据到物联网的传感器数据,再到复杂的金融交易和科学计算,我们正身处一个数据爆炸的时代。对这些海量、动态、不断变化的数据进行高效、准确的处理,成为了现代软件开发和系统设计中亟待解决的关键问题。 传统的计算机科学研究,尤其是在数据结构和算法领域,往往侧重于静态数据集的分析和处理。算法的效率通常以在固定数据集上的时间复杂度或空间复杂度来衡量。然而,现实世界的许多应用场景,其数据并非静止不变,而是以极高的频率进行更新、插入、删除和查询。在这种“实时”的数据环境中,传统的静态数据结构和算法会面临严峻的挑战,例如: 性能瓶颈: 频繁的数据变动可能导致频繁的重构和重新计算,使得算法的实际运行效率远低于理论分析。 复杂性增加: 为了适应动态数据,开发者需要设计复杂的逻辑来处理数据的增删改查,容易引入错误并降低代码的可维护性。 实时性要求: 在需要即时响应的应用中(如在线游戏、高频交易),延迟是不可接受的。传统的批处理式数据更新方式无法满足实时性需求。 数据一致性: 在并发访问和频繁更新的环境下,保证数据的一致性变得尤为困难。 逻辑程序,以其声明式、基于规则的特性,在表示复杂逻辑关系和进行符号推理方面具有独特的优势。它在人工智能、数据库、形式化方法等领域扮演着重要角色。然而,将逻辑程序应用于处理实时动态数据,特别是需要高效数据结构支持的场景,一直是一个充满挑战的研究方向。传统的逻辑程序实现往往是在内存中维护一个静态的知识库,当数据发生变化时,需要重新解释或修改整个程序,效率低下。 《逻辑程序中的实时数据结构》一书,正是 born from these pressing needs and academic challenges. 它旨在探索如何将数据结构的设计和优化思想,与逻辑程序的强大表达能力相结合,从而构建能够高效处理实时动态数据的逻辑程序系统。本书的核心目标是弥合逻辑编程在处理现实世界动态数据方面的差距,为构建下一代智能系统提供理论和实践基础。 二、 核心概念与研究方向 本书将围绕“逻辑程序”与“实时数据结构”这两个核心概念展开深入探讨,并重点关注它们之间的交叉与融合。 1. 逻辑程序的本质与演进: 基础理论回顾: 简要回顾逻辑程序的数学基础,包括一阶逻辑、 Horn 子句、SLD 分辨等。 声明式编程范式: 阐述逻辑程序的声明式特点,即“是什么”而非“怎么做”,以及其在知识表示和推理上的优势。 传统逻辑程序实现: 分析传统逻辑程序(如 Prolog)在处理动态数据时的局限性,例如其基于回溯的推理机制在面对大量插入/删除时可能导致的性能问题。 逻辑程序的新兴应用: 探讨逻辑程序在响应式系统、流处理、知识图谱实时更新等新兴领域的潜力。 2. 实时数据结构的设计原则: 动态性与高效性: 强调实时数据结构必须能够在不显著降低性能的前提下,支持高频的插入、删除、更新和查询操作。 并发与一致性: 探讨在多线程或分布式环境下,如何设计数据结构以保证数据的并发访问安全和一致性。 渐进更新: 关注能够对数据进行局部、渐进式更新的数据结构,避免对整个数据结构进行昂贵的重建。 差分计算与懒惰评估: 介绍利用差分计算和懒惰评估技术来优化数据结构操作,只在需要时才进行计算或更新。 空间效率: 在支持动态操作的同时,尽可能地优化数据结构的内存占用。 3. 逻辑程序与数据结构融合的理论框架: 将数据结构内嵌于逻辑程序: 探讨如何将数据结构作为逻辑程序中的一种特殊“数据类型”,使其能够被逻辑规则直接操作和推理。 逻辑规则驱动的数据结构更新: 研究如何利用逻辑规则的触发和推理过程,自动地、高效地更新底层数据结构。例如,当一个事实被添加或删除时,可以触发一系列规则,从而更新相关的集合、图或表。 数据结构作为逻辑程序的“状态”: 将数据结构视为逻辑程序运行时的“状态”表示,逻辑推理过程就是状态的迁移。 增量式推理与数据结构: 探索如何在数据结构发生局部变化时,只对逻辑程序进行增量式的推理,而不是从头开始重新计算。 4. 面向特定应用场景的实时数据结构: 实时关系型数据结构: 设计和分析支持实时插入、删除和查询的关系型表格(如键值对、多维数组),以及如何在逻辑程序中高效地表达和操作它们。 动态图数据结构: 探讨如何表示和高效操作不断变化的图结构,例如在社交网络分析、知识图谱推理等场景中。这可能包括支持快速节点/边添加/删除、路径查询、连通性检测等。 流式集合与序列结构: 研究能够处理无限数据流的集合和序列数据结构,支持滑动窗口、聚合操作等。 高效的索引与搜索结构: 结合逻辑推理,设计能够对动态数据进行快速检索的索引结构,例如支持基于逻辑谓词的索引。 5. 优化与性能分析: 算法复杂度分析: 对新设计的数据结构和算法在逻辑程序环境下的时间复杂度和空间复杂度进行严格分析。 基准测试与实际评估: 通过与现有技术进行基准测试,验证所提出方法在实际应用中的性能优势。 并行与分布式处理: 探讨如何将实时数据结构和逻辑程序扩展到并行和分布式计算环境中,以处理更大规模的数据和更复杂的推理任务。 三、 潜在的应用领域 本书的研究成果有望在以下领域产生深远影响: 智能系统与人工智能: 为构建能够实时感知、推理和响应的智能代理、机器人提供更强大的数据处理能力。例如,在自动驾驶中,需要实时处理传感器数据并进行决策;在智能家居中,需要实时响应用户指令和环境变化。 大数据分析与流处理: 支撑对海量、实时产生的数据流进行高效的分析和处理,例如金融交易监控、物联网数据分析、网络流量分析等。 知识图谱与语义网: 实现知识图谱的实时构建、更新和推理,支持更具动态性和交互性的语义应用。 游戏开发与模拟: 为游戏引擎提供高效的动态对象管理、物理模拟和AI决策支持,提升游戏的可玩性和实时性。 软件工程与形式化验证: 支持对动态系统的形式化建模和验证,提高软件的可靠性和健壮性。 生物信息学与科学计算: 处理和分析动态的生物数据,例如基因序列的实时比对和变异检测;在科学模拟中,对不断变化的状态进行高效更新和分析。 四、 目标读者 本书的目标读者群体包括: 逻辑编程研究人员: 希望将逻辑编程技术应用于处理实际动态数据的研究者。 人工智能工程师: 致力于构建更智能、更具响应性的AI系统的工程师。 软件架构师与开发者: 负责设计和实现需要处理海量实时数据的系统的工程师。 数据库研究者: 对新型数据管理技术,特别是与推理相结合的技术感兴趣的研究者。 对计算机科学理论与应用交叉领域有兴趣的学生: 希望深入理解数据结构、算法与逻辑编程如何协同工作的学生。 《逻辑程序中的实时数据结构》将为读者提供一个全新的视角,探索如何跨越理论与实践的鸿沟,利用逻辑编程的表达力和数据结构的效率,共同构建面向未来的智能数据处理系统。本书将不仅提供理论上的深刻洞见,更将指导读者如何将这些思想转化为实际可用的技术。

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目录信息

读后感

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用户评价

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这本书的文本风格极其克制和精确,这对于严肃的逻辑学著作是优点,但对于我这样偏好更具启发性和对话性的学习材料的读者来说,阅读过程略显枯燥。作者似乎完全专注于数学上的精确性,几乎没有穿插任何关于历史背景、与其他编程范式对比的直观解释,或者实际应用中的“陷阱”。例如,在讨论如何用一阶逻辑来表达一个集合的动态增删时,逻辑表达式的推导过程是无懈可击的,但对于一个初次接触逻辑数据结构的人来说,很容易迷失在符号的海洋中。我个人更喜欢能够看到一些案例分析,展示当数据结构变得庞大或查询变得复杂时,逻辑推理引擎的内部工作原理是如何处理内存和时间的瓶颈的。这本书更像是提供了一套高精度的蓝图,但没有提供建造过程中的施工指南或工具箱。它要求读者自己去设计工具,这对于那些期望从书中直接获取即用型知识的读者来说,是一个不小的挑战。

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我购买这本书的主要动机是希望它能提供一个全新的视角来看待数据结构的构建哲学。传统的面向对象或过程式方法总是围绕着“变化”和“副作用”来设计接口,而逻辑编程的魅力恰恰在于其对状态变化的隐式处理。读完后,我发现这本书在阐释如何用逻辑规则来**定义**数据结构(比如如何用规则集合来描述一个二叉搜索树的属性)方面做得十分出色,逻辑的简洁性在这些定义中得到了充分体现。然而,当涉及到**操作**层面时,这种简洁性带来的性能开销开始显现。书中对如何实现高效的结构共享(Structural Sharing)和惰性评估(Lazy Evaluation)在逻辑程序中的机制讨论得不够透彻。例如,在描述一个动态图的遍历算法时,作者更多地依赖于回溯机制,而对于如何通过更精细的谓词定义来控制搜索空间,以适应大规模数据集的查询需求,解决方案显得过于学术化,缺乏实战中的取舍权衡。它像是一堂关于“什么是完美的逻辑结构”的课程,而不是一堂关于“如何在资源受限的现实世界中构建它”的研讨会。

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从技术深度上讲,这本书的价值在于它对逻辑系统如何“表达”数据结构提供了深刻的见解,尤其是在递归定义和不变性约束的表达上,确实令人印象深刻。它成功地证明了,理论上,任何经典数据结构都可以被优雅地编码进逻辑程序中。但是,这种优雅性是以牺牲工程上的直接可操作性为代价的。书中对如何将这些逻辑定义“编译”或“解释”成高效的机器指令的讨论几乎是缺失的。我希望看到更多关于如何利用特定的逻辑编程实现(如 SWI-Prolog 或 XSB)的内置优化特性来辅助数据结构性能的章节,例如如何通过指令集级别的优化来加速谓词的匹配过程,或者如何设计特定的索引机制来加速逻辑查询。这本书更像是停留在“它应该如何工作”的层面,而非“它实际是如何在当前硬件和软件栈上高效运行”的层面。因此,它更像是一部关于形式化方法如何映射到数据结构的哲学著作,而不是一本关于“实时”系统开发的实战手册。

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《逻辑程序中的实时数据结构》这本书,我是在寻找一套能将抽象的逻辑编程概念与具体、可操作的数据结构实现紧密结合的资源时发现的。坦白说,我对这本书的期待是它能提供一套清晰的蓝图,指导我如何在 Prolog 或 Datalog 这类逻辑语言的框架下,构建那些传统上依赖命令式语言(如 C++ 或 Java)才能高效实现的动态数据结构。然而,读完之后,我不得不承认,这本书在深入探讨如何“实时”地维护这些结构——比如,如何以一种声明式的方式处理树的动态平衡、图的增量更新,或者如何在保持逻辑纯粹性的同时实现高效的内存管理——方面,显得有些保守。它更多地像是一本关于逻辑编程基础如何应用于(而非创造性地重塑)标准数据结构的导论,而非真正意义上的“实时”系统构建指南。例如,书中对如何使用 Horn 子句来描述一个 AVL 树的旋转操作时,其描述虽然在逻辑上是完备的,但实际的性能考量和编译优化策略讨论得非常有限,这使得它更适合于学术入门,而非工程实践。我希望看到更多关于如何利用逻辑程序的非单调性或封闭世界假设来处理复杂状态转换的尖端案例,但这些内容似乎被巧妙地避开了。整体而言,它更偏向理论的优雅而非实际的性能壁垒。

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这本书的叙事节奏和结构组织方式,给我一种非常“老派”的学术著作感。每一章都像是精心打磨的论文片段,逻辑严密,论证充分,但阅读起来的代入感稍显不足。它仿佛设定了一个非常高的抽象门槛,要求读者对逻辑编程的理论基础已经有了相当扎实的把握,才能真正跟上作者构建复杂数据结构模型的思维路径。我尤其注意到,书中对“实时”这个词的诠释似乎相当狭窄,主要集中在结果的正确性和推理的完整性上,而对时间复杂度和实际的 I/O 延迟处理着墨不多。我本期待能看到作者如何巧妙地运用约束编程(Constraint Logic Programming, CLP)的强大能力来动态地约束数据结构的状态,以避免不必要的重复计算,但这部分内容被处理得相对轻描淡写。这本书更像是为那些立志于形式化验证或纯理论研究的学者准备的,对于希望快速将这些技术应用于构建高性能的知识图谱或推理引擎的工程师来说,可能需要大量的“翻译”工作才能将书中的概念落地。它提供的是一把精美的钥匙,但如何打开现代计算的沉重锁具,还需要读者自己去摸索。

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