ラジーヴ・アルール

ラジーヴ・アルールは、ペンシルバニア大学のコンピューターサイエンスの教授であり、形式手法、プログラミング言語、オートマトン理論に貢献してきました。特に、タイムドオートマトン(Alur とDill、1994 年) やネストされたワード(Alur と Madhusudan、2004 年) の導入が有名です。

アルル教授はプネ生まれ。 1987年にインド工科大学カンプール校でコンピュータサイエンスの学士号、1991年にスタンフォード大学でコンピュータサイエンスの博士号を取得。1997年にペンシルベニア大学に入局する前は、ベル研究所のコンピューティングサイエンス研究センターに所属していた。研究分野は、リアクティブシステム、ハイブリッドシステム、モデル検査、ソフトウェア検証、組み込みソフトウェアの設計自動化、プログラム合成の形式モデリングと分析など。ACMフェロー^[1]、IEEEフェローであり、ACM SIGBED（組み込みシステムに関する特別利益団体）の議長を務めた。2003年よりペンシルベニア大学のジスマンファミリー教授の称号を保持している。^[2]

過去 30 年間にわたり、アルールは、コンピュータ システムの分析、設計、合成、検証の理論的基礎となる、いくつかの新しい計算モデルを導入してきました。アルゴリズムとロジックに根ざしながらも、彼の研究は 52,000 回以上引用されており、制御理論、サイバー フィジカル システム、マルチエージェント システム、プログラム合成に応用されています。以下に挙げる具体的な貢献は、彼がコンピュータ サイエンスの基礎に与えた影響力の大きい独創的な貢献のハイライトであり、その功績により、彼は 2024 年のクヌース賞を受賞しました。

時間付きオートマトン:古典的なモデル検査は、有限状態離散システムの分析のために開発されました。1991 年の ICALP の画期的な論文で、Alur と Dill は、連続タイマーを備えたオートマトン拡張を発表しました。彼らは、有限状態商のアルゴリズム構築のための時間抽象バイシミュレーションという新しい概念を導入することで、結果として生じる無限状態システムを分析するアルゴリズムを提案しました。この時間付きオートマトン フレームワークは、リアルタイム システムの標準的な形式モデルとなり、仕様ロジック、検証アルゴリズム、形式言語理論、制御理論の多くの研究に影響を与えました。タイミング制約がある場合、「通信プロトコルはデッドロックするか?」や「安全性を維持するために最も一般的なコントローラーを合成する」などの問題は、時間付きオートマトン上の決定問題を使用して定式化および解決できます。これらのアルゴリズムは、多くのツールに実装され、実際の例のデバッグに適用されています。彼らのタイムドオートマトンに関する研究は、理論計算機科学において最も引用されている論文の 1 つです。TCS'95 ジャーナル版の引用数は現在 10,000 回を超えています。この研究により、Alur と Dill は 2008 年に第 1 回 Computer-Aided Verification (CAV) 賞を、2016 年には論理と計算における優れた貢献に対して第 1 回 Alonzo Church 賞を受賞しました。

リアルタイム時相論理:関連する研究分野として、リアルタイム要件を指定するための時相論理の拡張があります。この研究では、使用されるモダリティ (分岐時間対線形時間)、時間の基本セマンティクス (密対離散)、およびタイミング制約を表現するために構文で許可されるプリミティブに基づいて、さまざまなバリエーションの基礎研究を提供します。一連の論文で、Alur と共著者は、決定可能性に必要な構文的およびセマンティクス的制約を特定し、可能な限り最適なモデル検査アルゴリズムを開発しました。このシリーズの重要な記事には、「リアルタイム システムのモデル検査」[Alur、Courcoubetis、Dill、LICS'90 および I&C'93、2010 年の LICS Test-of-Time 賞受賞]、「真の時相論理」[Alur と Henzinger、 「FOCS'89 および JACM'94] および「時間厳守を緩和することの利点」[Alur、Feder、Henzinger、PODC'91 および JACM'96]。

ハイブリッド オートマトン:自動車、医療、航空電子工学システムのコントローラなどの組み込みシステムは、アナログ環境に反応してそれを制御する相互作用するソフトウェア モジュールの集合で構成されています。離散的モデリング原理と連続的モデリング原理を組み合わせたハイブリッド システムの分野は、安全性が重要な組み込みシステムの体系的な設計と分析において極めて重要であることが証明されています。Henzinger と共同で「ハイブリッド オートマトン」とハイブリッド オートマトン用のシンボリック検証アルゴリズムを導入した Alur の研究は、ハイブリッド システムの計算モデルを初めて形式化し、ハイブリッド システム用のモデル チェッカーの開発につながりました。この研究は、多面体を操作するシンボリック アルゴリズムを微分方程式の分析に効果的に使用できる方法を示し、形式手法と制御理論のコミュニティの両方で大量のフォローアップ研究に影響を与えました。非常に影響力のある論文としては、「ハイブリッド システムのアルゴリズム分析」[TCS'95]、「組み込みシステムの自動記号検証」[TSE'96]、「ハイブリッド システムの離散抽象化」[Proc. IEEE、2000] などがあります。ハイブリッド オートマトンにおけるモデリング概念は、Simulink、Modelica、LabVIEW などの業界標準モデリング ツールに組み込まれています。

マルチエージェントシステムの戦略的推論：交互時間時相論理（ATL）[Alur、Henzinger、Kupferman、FOCS'97およびJACM'02]は、ゲーム理論の観点から個々のエージェントおよびエージェントチームの目的を指定および推論するための戦略理論言語です。この研究は、エージェント間の相互作用の性質（同期対非同期）と観測可能性に基づいて、さまざまな論理フラグメントの決定可能性と複雑性の厳密な分析を提供します。リアクティブモジュール[AlurとHenzinger、LICS'96およびFMSD'99]は、推論のための仮定保証ルールによってサポートされる複数の異種コンポーネント間の相互作用を正式に記述するための実行可能で構成的なモデリング形式です。これらの論文は、形式検証、制御理論、およびAI計画におけるマルチエージェントシステムの設計と分析に対するゲーム理論的視点に関する広範な研究のきっかけとなりました。 JACM'02 ATL論文は2021年にAAMAS影響力のある論文賞を受賞しました。

可視プッシュダウン言語: Alur と Madhusudan は、線形順序と階層的にネストされたアイテムのマッチングの両方を備えたデータ表現のための「ネストされた単語」モデルを導入しました [「可視プッシュダウン言語」、STOC'04 および JACM'09]。ネストされた単語は、単語と順序付きツリーの両方を一般化し、単語とツリーの両方の操作を可能にします。ネストされた単語オートマトン (可視プッシュダウン オートマトンとも呼ばれる) は、ネストされた単語の正規言語のクラスを定義する有限状態アクセプタです。このクラスは、古典的な正規単語言語が持つ魅力的な理論的特性のほとんどを備えています。たとえば、決定論的なネス​​トされた単語オートマトンはその非決定論的なオートマトンと同じくらい表現力があり、クラスは多くの操作に対して閉じています。メンバーシップ、空、言語の包含、言語の同等性はすべて決定可能であり、モナド 2 階論理の定義可能性は有限状態認識可能性と正確に対応しています。この理論は、次のアルゴリズム検証の新しい基礎を提供します。構造化プログラム: プログラムを単語の文脈自由言語として見るのではなく、入れ子になった単語の正規言語として見ることができます。これにより、既存の仕様ロジックでは表現できない多くのプロパティ (スタック検査など) のモデル チェックが可能になり、新しいプログラム分析ツールにつながります。

プログラム合成: Alur と共同研究者は、論理仕様を満たすプログラム フラグメントを合成するための統一フレームワークとして、現在 SyGuS として知られる構文ガイド合成の問題を、検索ベースのアルゴリズム ソリューションとともに導入しました [「構文ガイド合成」、FMCAD'13]。このパラダイムは、Alur が率いる NSF Expeditions in Computing プロジェクト ExCAPE の中心的な貢献でした。検索ベースのプログラム合成は現在、プログラミング言語の主流の基礎トピックであり、ソルバーの年次コンペティションが開催され、AWS、Google、Microsoft などの企業でエンド ユーザー プログラミング ツールが開発されるようになりました。

リーダーシップ、教育、指導: Alur 教授は、コンピューター サイエンスにおける形式手法と論理の分野のシニア リーダーであり、LICS、CAV、FLoC などの著名な会議のプログラム チェアやゼネラル チェアを務めてきました。また、制御理論、組み込みソフトウェア、形式手法の交差点でサイバー フィジカル システム (CPS) を独自の学問分野として確立する上で重要な役割を果たしてきました。このトピックに関する初期の会議 (ハイブリッド システム ワークショップ (1995 年)、EMSOFT (2003 年)、HSCC (2004 年)) で (共同) 議長を務め、新しく結成された ACM Special Interest Group in Embedded Systems (SIGBED) のゼネラル チェアを務めました。彼は教科書「Principles of Cyber​​-physical Systems」[MIT Press、2015 年] の著者です。CPS の形式手法は、現在、Mathworks や Toyota などの業界でツールやアプリケーションに採用されています。Alur 教授は、45 人の博士課程およびポスドクの学生を指導してきました。著名な卒業生には、S. バンサル (ジョージア工科大学)、P. チェルニー (ウィーン工科大学)、S. チャウドゥリ (オースティン大学)、L. ダントーニ (ウィスコンシン大学)、J. デシュムク (南カリフォルニア大学)、R. グロス (ウィーン工科大学)、K. マモウラス (ライス大学)、M. パルタサラシー (イリノイ大学カリフォルニア大学)、M. ラゴタマン (南カリフォルニア大学)、C. スタンフォード (カリフォルニア大学デービス校)、A. トリベディ (コロラド大学)、B.-Y. ワン (台湾、中央研究院) などがいます。クヌース賞

• 米国国立科学財団よりCAREER賞受賞。^[3]
• リアルタイムシステム検証理論への基礎的貢献により2008年コンピュータ支援検証賞を受賞（ David Dillと共著）。^[4]
• 1990年の論文「リアルタイムシステムのモデル検査」（David Dill、Costas Courcoubetisとの共著）に対して、2010 LICS （IEEE Symposium on Logic in Computer Science）Test-of-Time賞が授与された。 ^[5]
• 2016年のアロンゾ・チャーチ賞は、デイビッド・ディルとともに「斬新で洗練された奥深い理論と広範囲にわたる実用的影響を組み合わせたリアルタイムシステムの決定可能なモデルであるタイムド・オートマトンを発明した」ことで受賞した。^[6]
• 2024年のクヌース賞は「コンピュータシステムの分析、設計、合成、検証の理論的基礎となる新しい計算モデルの導入によるコンピュータサイエンスの基礎への顕著な貢献」に対して授与される^[7]

ウィキメディア・コモンズには、ラジーブ・アルールに関連するメディアがあります。

• ラジーヴ・アルールのホームページ
• Google Scholarにインデックスされた Rajeev Alur の出版物