基于组织程序设计范型的研究

Complex software systems typically have such properties as integration of technical and social elements, autonomous behaviors, autonomic managements, dynamic adjustments, etc., which challenges the current programming technologies like abstract software models, flexible programming mechanisms, high-level programming language facilities, and autonomic running of programs. Such requirements necessitate novel and effective programming paradigms. We consider such systems as multi-agent systems, and borrow the sociology and organization theory and principle to construct program models. By introducing the ideas, concepts and mechanisms of sociology and organization into programming, researches on organization-based programming paradigm concern the following four aspects, i.e., model and theory, mechanism and language, programming methodology, and organization virtual machine. The expected contributions of this project include: (1) organization-based programming model, mechanism and language for implementing multi-agent systems, (2) organization-based programming theory, including type theory, formal model and semantics of the proposed programming language, properties of running,(3) organization-based programming methodology, (4) execution of programs based on organization virtual machine and autonomic management of organization elements in programs. The research is significant to promote the study of agent-oriented programming and organization-based software engineering, and helpful to deal with the construction and implementation of complex software systems.

当前复杂软件系统具有社会和技术要素相互交融、自主运行、自治管理、动态变化等特点，这类系统的构造对程序设计模型的抽象性、机制的灵活性、语言的高层性以及运行的自治性等提出了一系列挑战，需要寻求新颖、有效的程序设计范型。项目将这类系统视为多Agent系统，提出借鉴社会组织学的思想来构造多Agent系统的程序模型，并将组织概念和机制引入到程序设计范畴，从模型与理论、机制与语言、程序设计方法学、运行虚拟机四个方面，开展基于组织程序设计范型研究。项目研究内容和预期成果包括：(1) 基于组织的程序设计模型、机制和语言；(2) 基于组织的程序理论，包括组织类型理论、形式模型和语义、运行性质和特征；(3) 基于组织的程序设计方法学；(4) 组织程序的运行模式、自治管理技术以及组织虚拟机。项目对于促进面向Agent程序设计研究、推动复杂软件系统的构造和实现、拓展基于组织软件工程的研究内容具有重要的意义和价值。

项目针对社会要素和软件要素相互交融的一类复杂软件系统，聚焦于这类系统的自主运行、自治管理、动态适应、灵活可变等复杂性特点及其带来的软件开发问题，将社会组织学的思想、概念和机理引入到程序设计领域，开展多学科交叉的研究，以寻求基于组织的高层抽象、有效模型和灵活机制来支持这类复杂软件系统的构造、运行和演化，在基于组织的程序模型、程序运行的可变机制、程序设计语言及其类型系统、开发和运行环境等方面取得创新，具体成果包括：（1）提出了基于组织抽象的程序模型ROCGPA，设计了支持程序在Agent层、Position层和Group层动态可变的一组核心运行机制及其实现元操作。（2）提出了程序可变性模型及其合式约束、协调性约束、自包含约束、可访问性约束等规约，以确保程序在可变运行过程中的一致性，设计和实现了相应的一致性检查算法。（3）设计了基于组织的程序设计语言OragentL，定义了OragentL语言的动态语义以及程序的运行模型。（4）提出了基于组织程序设计语言OragentL的类型系统并证明了类型系统的安全性。（5）开发了支持基于组织程序设计的支撑环境Oragentburg。（6）针对自主机器人软件、微服务软件系统、多云服务自主管理等开展了应用验证，检验了研究成果的可行性和有效性。上述成果共同构成了基于组织的程序设计范型，它们对于促进新颖程序设计范型的研究和应用，推动复杂软件系统的开发和运行具有重要的价值。