Program complexity analysis by semantics interpretation
Analyse de la complexité des programmes par interprétation sémantique
Résumé
There are several approaches developed by the Implicit Computational Complexity (ICC) community which try to analyze and control program resources. In this document, we focus our study on the resource control with the help of semantics interpretations.
After introducing the notion of quasi-interpretation together with its distinct properties and characterizations, we show the results obtained in the study of such a tool: We study the synthesis problem which consists in finding a quasi-interpretation for a given program and we tackle the issue of quasi-interpretation modularity. Modularity allows to decrease the complexity of the synthesis procedure and to capture more algorithms. We present several extensions of quasi-interpretations to reactive programming, bytecode verification or higher-order programming. Afterwards, we introduce the notion of sup-interpretation. This notion strictly generalizes the one of quasi-interpretation and is used in distinct criteria in order to control the resources of more algorithms, including algorithms over infinite data and algorithms using a divide and conquer strategy. We combine sup-interpretations with distinct termination criteria, such as RPO orderings, dependency pairs or size-change principle, and we compare them to the notion of quasi-interpretation. Using the notion of sup-interpretation, we characterize small parallel complexity classes. We provide some heuristics for the sup-interpretation synthesis: we manage to synthesize sup-interpretations without the subterm property, that is, sup-interpretations which are not quasi-interpretations. Finally, we extend sup-interpretations to object-oriented programs, thus obtaining distinct criteria for resource control of object-oriented programs and their methods.
After introducing the notion of quasi-interpretation together with its distinct properties and characterizations, we show the results obtained in the study of such a tool: We study the synthesis problem which consists in finding a quasi-interpretation for a given program and we tackle the issue of quasi-interpretation modularity. Modularity allows to decrease the complexity of the synthesis procedure and to capture more algorithms. We present several extensions of quasi-interpretations to reactive programming, bytecode verification or higher-order programming. Afterwards, we introduce the notion of sup-interpretation. This notion strictly generalizes the one of quasi-interpretation and is used in distinct criteria in order to control the resources of more algorithms, including algorithms over infinite data and algorithms using a divide and conquer strategy. We combine sup-interpretations with distinct termination criteria, such as RPO orderings, dependency pairs or size-change principle, and we compare them to the notion of quasi-interpretation. Using the notion of sup-interpretation, we characterize small parallel complexity classes. We provide some heuristics for the sup-interpretation synthesis: we manage to synthesize sup-interpretations without the subterm property, that is, sup-interpretations which are not quasi-interpretations. Finally, we extend sup-interpretations to object-oriented programs, thus obtaining distinct criteria for resource control of object-oriented programs and their methods.
Il existe de nombreuses approches développées par la communauté Implicit Computational Complexity (ICC) permettant d'analyser les ressources nécessaires à la bonne exécution des algorithmes. Dans cette thèse, nous nous intéressons plus particulièrement au contrôle des ressources à l'aide d'interprétations sémantiques.
Après avoir rappelé brièvement la notion de quasi-interprétation ainsi que les différentes propriétés et caractérisations qui en découlent, nous présentons les différentes avancées obtenues dans l'étude de cet outil : nous étudions le problème de la synthèse qui consiste à trouver une quasi-interprétation pour un programme donné, puis, nous abordons la question de la modularité des quasi-interprétations. La modularité permet de diminuer la complexité de la procédure de synthèse et de capturer un plus grand nombre d'algorithmes. Après avoir mentionné différentes extensions des quasi-interprétations à des langages de programmation réactif, bytecode ou d'ordre supérieur, nous introduisons la sup-interprétation. Cette notion généralise la quasi-interprétation et est utilisée dans des critères de contrôle des ressources afin d'étudier la complexité d'un plus grand nombre d'algorithmes dont des algorithmes sur des données infinies ou des algorithmes de type diviser pour régner. Nous combinons cette notion à différents critères de terminaison comme les ordres RPO, les paires de dépendance ou le size-change principle et nous la comparons à la notion de quasi-interprétation. En outre, après avoir caractérisé des petites classes de complexité parallèles, nous donnons quelques heuristiques permettant de synthétiser des sup-interprétations sans la propriété sous-terme, c'est à dire des sup-interprétations qui ne sont pas des quasi-interprétations. Enfin, dans un dernier chapitre, nous adaptons les sup-interprétations à des langages orientés-objet, obtenant ainsi différents critères pour contrôler les ressources d'un programme objet et de ses méthodes.
Après avoir rappelé brièvement la notion de quasi-interprétation ainsi que les différentes propriétés et caractérisations qui en découlent, nous présentons les différentes avancées obtenues dans l'étude de cet outil : nous étudions le problème de la synthèse qui consiste à trouver une quasi-interprétation pour un programme donné, puis, nous abordons la question de la modularité des quasi-interprétations. La modularité permet de diminuer la complexité de la procédure de synthèse et de capturer un plus grand nombre d'algorithmes. Après avoir mentionné différentes extensions des quasi-interprétations à des langages de programmation réactif, bytecode ou d'ordre supérieur, nous introduisons la sup-interprétation. Cette notion généralise la quasi-interprétation et est utilisée dans des critères de contrôle des ressources afin d'étudier la complexité d'un plus grand nombre d'algorithmes dont des algorithmes sur des données infinies ou des algorithmes de type diviser pour régner. Nous combinons cette notion à différents critères de terminaison comme les ordres RPO, les paires de dépendance ou le size-change principle et nous la comparons à la notion de quasi-interprétation. En outre, après avoir caractérisé des petites classes de complexité parallèles, nous donnons quelques heuristiques permettant de synthétiser des sup-interprétations sans la propriété sous-terme, c'est à dire des sup-interprétations qui ne sont pas des quasi-interprétations. Enfin, dans un dernier chapitre, nous adaptons les sup-interprétations à des langages orientés-objet, obtenant ainsi différents critères pour contrôler les ressources d'un programme objet et de ses méthodes.
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