البرمجة الاستقرائية

البرمجة الاستقرائية ( IP ) هي مجال خاص من البرمجة الآلية ، تغطي الأبحاث من الذكاء الاصطناعي والبرمجة ، والتي تتناول تعلم البرامج التصريحية ( المنطقية أو الوظيفية ) والتكرارية في كثير من الأحيان من مواصفات غير مكتملة، مثل أمثلة الإدخال/الإخراج أو القيود.

توجد أنواع عديدة من البرمجة الاستقرائية تبعاً للغة البرمجة المستخدمة. وقد برزت البرمجة الوظيفية الاستقرائية ، التي تستخدم لغات البرمجة الوظيفية مثل ليسب أو هاسكل ، وخاصة البرمجة المنطقية الاستقرائية ، التي تستخدم لغات البرمجة المنطقية مثل برولوج وغيرها من التمثيلات المنطقية مثل منطق الوصف ، ولكن تم استخدام نماذج لغات برمجة أخرى أيضاً، مثل برمجة القيود أو البرمجة الاحتمالية .

يشمل البرمجة الاستقرائية جميع المناهج التي تُعنى بتعلم البرامج أو الخوارزميات من مواصفات غير مكتملة ( رسمية ). وتشمل المدخلات المحتملة في نظام البرمجة الاستقرائية مجموعة من مدخلات التدريب ومخرجاتها المقابلة، أو دالة تقييم المخرجات التي تصف السلوك المطلوب للبرنامج المقصود، أو مسارات أو تسلسلات الإجراءات التي تصف عملية حساب مخرجات محددة، أو قيودًا على البرنامج المراد استنتاجها فيما يتعلق بكفاءته الزمنية أو تعقيده، أو أنواعًا مختلفة من المعرفة الأساسية مثل أنواع البيانات القياسية ، والوظائف المُعرَّفة مسبقًا والمُراد استخدامها، ومخططات أو قوالب البرامج التي تصف تدفق البيانات للبرنامج المقصود، والأساليب الاستدلالية لتوجيه البحث عن حل، أو غيرها من التحيزات.

إن مخرجات نظام IP هي برنامج بلغة برمجة عشوائية تحتوي على عبارات شرطية وحلقات أو هياكل تحكم تكرارية، أو أي نوع آخر من لغات التمثيل الكاملة تورينج .

في العديد من التطبيقات، يجب أن يكون برنامج الإخراج صحيحًا فيما يتعلق بالأمثلة والمواصفات الجزئية، وهذا يؤدي إلى اعتبار البرمجة الاستقرائية مجالًا خاصًا داخل البرمجة التلقائية أو توليف البرامج ، ^{[ 1 ] [ 2 ]} وعادة ما يتم معارضتها لتوليف البرامج "الاستنتاجي"، ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]} حيث تكون المواصفات عادةً كاملة.

في حالات أخرى، يُنظر إلى البرمجة الاستقرائية على أنها مجال أوسع يُمكن فيه استخدام أي لغة برمجة تصريحية أو لغة تمثيلية، وقد تتضمن الأمثلة بعض الأخطاء، كما هو الحال في التعلم الآلي العام ، أو مجال استخراج البنية ، أو مجال الذكاء الاصطناعي الرمزي . ومن السمات المميزة عدد الأمثلة أو المواصفات الجزئية المطلوبة. عادةً، تستطيع تقنيات البرمجة الاستقرائية التعلم من عدد قليل من الأمثلة.

عادة ما يأتي تنوع البرمجة الاستقرائية من التطبيقات واللغات المستخدمة: فإلى جانب البرمجة المنطقية والبرمجة الوظيفية، تم استخدام أو اقتراح نماذج برمجة ولغات تمثيل أخرى في البرمجة الاستقرائية، مثل البرمجة المنطقية الوظيفية ، وبرمجة القيود ، والبرمجة الاحتمالية ، والبرمجة المنطقية الاستنباطية ، والمنطق الموجه ، ولغات الأفعال ، ولغات الوكلاء، وأنواع عديدة من اللغات الإجرائية .

كان لأعمال بلوتكين المبكرة، ^{[ 6 ] [ 7 ]} ونظريته " التعميم الأقل عمومية النسبية (rlgg) "، أثرٌ بالغٌ في برمجة المنطق الاستقرائي . وقد ظهرت بعض النتائج المشجعة في تعلم برامج برولوج التكرارية، مثل خوارزمية الفرز السريع، من خلال أمثلة إلى جانب معرفة أساسية مناسبة، كما هو الحال مع لغة غوليم. ^{[ 8 ]} مع ذلك، وبعد النجاح الأولي، خاب أمل المجتمع العلمي بسبب التقدم المحدود في استقراء البرامج التكرارية ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]} ، حيث قلّ تركيز برمجة المنطق الاستقرائي على البرامج التكرارية، واتجهت أكثر فأكثر نحو بيئة تعلم الآلة وتطبيقاتها في استخراج البيانات العلائقية واكتشاف المعرفة. ^{[ 12 ]}

بالتوازي مع العمل في مجال البرمجة الخطية الاستقرائية، اقترح كوزا ^{[ 13 ]} البرمجة الجينية في أوائل التسعينيات كنهج قائم على التوليد والاختبار لتعلم البرامج. وقد طُوِّرت فكرة البرمجة الجينية لاحقًا إلى نظام البرمجة الاستقرائية ADATE ^{[ 14 ]} ونظام البحث المنهجي MagicHaskeller ^{[ 15 ]} . وهنا أيضًا، تُتعلَّم البرامج الوظيفية من مجموعات من الأمثلة الإيجابية، بالإضافة إلى دالة تقييم المخرجات (الكفاءة) التي تحدد سلوك الإدخال/الإخراج المطلوب للبرنامج المراد تعلمه.

ترتبط الأعمال المبكرة في استقراء القواعد النحوية (المعروف أيضًا بالاستدلال النحوي) بالبرمجة الاستقرائية، حيث يمكن استخدام أنظمة إعادة الكتابة أو البرامج المنطقية لتمثيل قواعد الإنتاج. في الواقع، اعتبرت الأعمال المبكرة في الاستدلال الاستقرائي استقراء القواعد النحوية واستدلال برامج لغة ليسب مشكلة واحدة أساسًا. ^{[ 16 ]} ارتبطت النتائج المتعلقة بقابلية التعلم بمفاهيم كلاسيكية، مثل التحديد في النهاية، كما ورد في العمل الرائد لجولد. ^{[ 17 ]} في الآونة الأخيرة، تناول مجتمع البرمجة الاستقرائية مشكلة تعلم اللغة. ^{[ 18 ] [ 19 ]}

في السنوات الأخيرة، تمّ استئناف المناهج الكلاسيكية وتطويرها بنجاح كبير. ولذلك، أُعيدت صياغة مشكلة التركيب على خلفية أنظمة إعادة كتابة المصطلحات القائمة على المُنشئات، مع مراعاة التقنيات الحديثة للبرمجة الوظيفية، بالإضافة إلى الاستخدام المعتدل لاستراتيجيات البحث، والاستفادة من المعرفة الأساسية، فضلاً عن الابتكار التلقائي للبرامج الفرعية. وقد ظهرت مؤخراً العديد من التطبيقات الجديدة والناجحة خارج نطاق تركيب البرامج، لا سيما في مجال معالجة البيانات، والبرمجة بالأمثلة، والنمذجة المعرفية (انظر أدناه).

تم استكشاف أفكار أخرى تشترك في استخدام لغات وصفية لتمثيل الفرضيات. على سبيل المثال، تم الترويج لاستخدام خصائص أو مخططات أو مسافات مُهيكلة من الرتبة العليا لتحسين التعامل مع أنواع البيانات والهياكل المتكررة ؛ ^{[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]} كما تم استكشاف التجريد كنهج أكثر فعالية للتعلم التراكمي وابتكار الدوال. ^{[ 23 ] [ 24 ]}

يُعدّ البرمجة الاحتمالية (والنماذج ذات الصلة، مثل برامج المنطق العشوائي وبرمجة المنطق البايزي) نموذجًا قويًا استُخدم مؤخرًا لتمثيل الفرضيات في البرمجة الاستقرائية (عادةً في شكل نماذج توليدية ). ^{[ 25 ] [ 26 ] [ 24 ] [ 27 ]}

حددت ورشة العمل الأولى حول مناهج وتطبيقات البرمجة الاستقرائية (AAIP)، المؤرشفة بتاريخ 3 مارس 2016 على موقع Wayback Machine ، والتي عُقدت بالتزامن مع المؤتمر الدولي للتعلم الآلي (ICML) لعام 2005، جميع التطبيقات التي تتطلب "تعلم البرامج أو القواعد التكرارية، [...] أولاً في مجال هندسة البرمجيات حيث يمكن للتعلم الهيكلي، ومساعدي البرمجيات، ووكلاء البرمجيات أن تُخفف عن المبرمجين المهام الروتينية، وتُقدم دعمًا برمجيًا للمستخدمين النهائيين، أو دعمًا للمبرمجين المبتدئين وأنظمة تعليم البرمجة. وتشمل مجالات التطبيق الأخرى تعلم اللغات، وتعلم قواعد التحكم التكرارية لتخطيط الذكاء الاصطناعي، وتعلم المفاهيم التكرارية في استخراج البيانات من الويب أو لتحويل تنسيقات البيانات".

منذ ذلك الحين، أثبتت هذه المجالات والعديد من المجالات الأخرى أنها مجالات تطبيق ناجحة للبرمجة الاستقرائية، مثل برمجة المستخدم النهائي ، ^{[ 28 ]} والمجالات ذات الصلة بالبرمجة عن طريق المثال ^{[ 29 ]} والبرمجة عن طريق العرض التوضيحي ، ^{[ 30 ]} وأنظمة التدريس الذكية .

تشمل المجالات الأخرى التي طُبِّق فيها الاستدلال الاستقرائي مؤخرًا اكتساب المعرفة ، ^{[ 31 ]} والذكاء الاصطناعي العام ، ^{[ 32 ]} والتعلم المعزز وتقييم النظريات، ^{[ 33 ] [ 34 ]} والعلوم المعرفية بشكل عام. ^{[ 35 ] [ 27 ]} وقد تكون هناك تطبيقات مستقبلية في الوكلاء الأذكياء، والألعاب، والروبوتات، والتخصيص، والذكاء المحيطي، وواجهات المستخدم.

• البرمجة التطورية
• الاستدلال الاستقرائي
• التطوير القائم على الاختبار

• صفحة مجتمع البرمجة الاستقرائية ، التي تستضيفها جامعة بامبرغ.