• Definujte mieru aktuálnosti riešeného problému v danej oblasti vedy a techniky, z celosvetového pohľadu vrátane relevantných odkazov na odbornú literatúru
• Definujte vedeckú úroveň projektu a vedeckosť metód využívaných v riešení projektu
• Definujte ciele projektu a reálnosť ich dosiahnutia
• Opíšte navrhovanú metodiku riešenia projektu, opodstatnenosť jej výberu a efektívnosť jej pouţitia z hľadiska splnenia deklarovaných cieľov

* Miera aktuálnosti riešeného problému v danej oblasti vedy a techniky, z celosvetového pohľadu vrátane relevantných odkazov na odbornú literatúru

V posledných rokoch sa stáva konštrukcia programových systémov z komponentov jednou z najpoužívanejších metód programovania. Na prvý pohľad sa javí komponentové programovanie ako pokračovanie, prípadne rozšírenie objektovo orientovaného programovania, avšak existuje mnoho významných rozdielov, ktoré sú v súčasnosti predmetom výskumu [12, 14, 24, 25]. Komponent musí byť nezávisle fungujúca aplikácia, ktorá môže byť viackrát použitá pri konštrukcii rôznych programových systémov [6, 9, 22]. Základnou operáciou pri konštrukcii komponentového programového systému je kompozícia komponentov a stanovenie interakcií medzi nimi. Avšak kompozíciou funkčných jednotiek môžu vyvstať nové problémy [8, A6]. Preto sa mnoho súčasných výskumov zameriava na stanovenie podmienok – kontraktov pre úspešnú interakciu medzi komponentmi [1, 5, 13, 16, 18] a konštrukciu kompozičného modelu [19]. Pri riešení problémov konštrukcie komponentových programových systémov je nutné uvažovať kontextové závislosti (hardvérové i softvérové) a to pre úspešné umiestnenie komponentu do systému [3, 36]. Nechýbajú ani návrhy programovacích jazykov pre komponentové programovanie, napr. Java, Python, Bichon [15, 20, 21, 23]. Postupne s rastom množstva komponentov, ktoré ponúkajú komerčné inštitúcie bez zabezpečenia kompatibility rastie aj potreba formálnej špecifikácie a formálneho modelu komponentového systému. Takouto špecifikáciou základných pojmov a ich formalizáciou sa zaoberajú autori v [4] ale aj komerčné organizácie [27].
Dôležitým prostriedkom pre úspešné používanie komponentového systému je okrem jeho konštrukcie aj model, ktorý umožňuje sledovať jeho pozorovateľné správanie sa. Pretože komponent sa javí ako čierna skrinka a svoj počiatočný stav získava až po svojom umiestnení do systému a na základe tohto poskytuje svoj koncový stav, je dôležité sledovať túto zmenu stavov vo vhodnom explicitnom verifikovateľnom modeli. Takúto možnosť poskytujú koalgebry, kategórie stavového priestoru systému, pričom správanie sa poskytuje opakovaná aplikácia polynomiálneho endofunktora krok za krokom vo forme koalgebraických formúl (Jacobs, Adámek, 6 z CECIIS2014). Rozšírenie koalgebraického modelu pre komponentové systémy je hlavným cieľom predkladaného projektu.

Literatúra:
[1] AALST W.M.P van, MOOIJ A.J., STAHL C., WOLF K.: Service Interaction: Patterns, Formalization, and Analysis, In: Proc. of 9th International School on Formal Methods for the Design of Computer, Communication, and Software Systems, Bertinoro, Italy, 1-6 June 2009, LNCS Vol.5569, Springer, 2009, pp.42-88.

[2] AALST W.M.P van der, HEE K.M. van, R.A. TOORN R.A van der: Component-Based Software Architectures: A Framework Based on Inheritance of Behavior, Science of Computer Programming, Vol. 42, No. 2-3, Elsevier, 2002, pp.129-171.

[3] ADÁMEK, J. et al: Introduction to Category Theory: Algebras and Coalgebras, ESSLLI 2010

[4] ANDERSEN, A.: Types, signatures, interfaces, and components in NOOP: The core of an adaptive run-time. In The International Conference on Engineering of Reconfigurable Systems and Algorithms (ERSA 2103), Jul. 2013.

[5] BENVENISTE A. et al: Multiple viewpoint contract-based specification and design, LNCS 5382, Springer-Verlag, 2007, pp.200-225

[6] COUNCILL B., HEINEMAN G.T.: Definition of a Software Component and Its Elements, Ch.1, Component-based software engineering, Addison-Wesley Longman, 2001, pp.5-19.

[7] HATCLIFF J., et al: Cadena: An Integrated Development, Analysis, and Verification Environment for Component Based Systems, Software Engineering, 2003, pp.160-172.

[8] HERZUM, P. et al: Business Component Factory: A Comprehensive Overview of Component-Based Development for the Enterprise, John&Wiley, 2000

[9] HAN J.: An Approach to Software Component Specification, Melbourne, 2004.

[10] JACOBS, B.: Introduction to Coalgebras: Towards to mathematics of States and Observation, draft, 2012, http://www.cs.ru.nl/B.Jacobs/CLG/JacobsCoalgebraIntro.pdf

[11] KAUR J. et al: Multi Objective Optimization Model using Preeemptive Goal Programming for Software Component Selection, J.Information technology and Computer Science, (9), 2015, pp.31-37

[12] Komponentenprogrammierung und Middleware-Component programming with C# and .NET, http://www.dcl.hpi.uni-potsdam.de/LV/Components04/VL7/04_NET-components.pdf, April 2014.

[13] KOZACZYNSKI, W.: Composite Nature of Component, In: International Workshop on Component-Based Software Engineering, 1999 pp.73-77.

[14] KWON O., YOON S., SHIN G.: Component-Based Development Environment: An Integrated Model of Object-Oriented Techniques and Other Technologies, In: International Workshop on Component- Based Software Engineering, 1999, pp. 2252-2256

[15] LIPING X. et al: Bichon: a New Component-Oriented Programming Language, 2010 2nd WRI Congress on Software Engineering, 2010, pp.75-79

[16] MEYER B.: Applying design by contract, Computer, Vol. 25, No.10, 2002, pp.40-51

[17] MARTINEZ P.L. et al: Design of Component-Based Real-Time Applications, Journal of Systems and Software, Elsevier, (86), 2013, pp.449-467

[18] MESSABIHI M., ANDRÉ P., ATTIOGBÉ C.: Multilevel Contracts for Trusted Components, In: The 7th International Conference on Software Engineering Advances, ICSEA, 2012, pp.71-85.

[19] NING J.Q.: A Component Model Proposal, International Workshop on Component- Based Software Engineering, USA, 17-18 May 1999, pp.13-17.

[20] RESSOUCHE, A., et al: Toward Validated Composition in Component-Based Adaptive Middleware, E. SC 2011, Jun 2011, Zurich, Switzerland. Springer, 6708, pp.165-180, 2011, LNCS; Software Composition

[21] ROCHA, L.M., et al: A Framework for Component-based Dynamic Adaptation in Python. EuroSciPy 2011, Aug 2011, Paris, France. 2011

[22] Sinha, A.P. et al: Ease of Reuse: An Empirical Comparison of Components and Objects, Software (30) 5, 2015, pp.70-75

[23] Spacek, P., et al: Bridging the Gap between Component-based Design and Implementation with a Reflective Programming Language. RR-13028, 2013

[24] SZYPERSKI C., GRUNTZ D., MURER S.: Component Software beyond Object- Oriented Programming, ACM Press, New YORK, USA, 2002.

[25] WANG A., Kai QIAN K.: Component-oriented programming, Wiley-Interscience, 2005.

[26] WILDE N., Program Dependencies, Carnegie Mellon, Tech.Report SEI-CM-26, 1990.

[27] IBM: Method and Apparatus for Programming Software Components, US Patent US 8,966,444 B2, 2015

[28] ABATE P., et al: Strong Dependencies between Software Components, Tech.Rep.0002, 7th Framework Programme FP7-ICT-2007, University Paris Diderot, 2009

[A6] Emília Demeterová, Daniel Mihályi, Valerie Novitzká - Component Composition using Linear Logic and Petri Nets. In: Proceedings from the 2015 IEEE 13th International Scientific Conference on Informatics. Informatics 2015, Poprad, 18-20 November 2015, Technical University of Košice, 2015, pp. 101-106, ISBN 978-1-4673-9867-1



* Vedecká úroveň projektu a vedeckosť metód využívaných v riešení projektu

Ciele projektu spĺňajú požiadavku na vedeckosť. Umožňujú rozširovanie poznatkov z oblasti komponentového programovania poskytnutím exaktných verifikovaných princípov a postupov pre sledovanie pozorovateľného správania sa systémov konštruovaných z komponentov nezávisle na použitých programovacích jazykoch a konkrétnej hardvérovej platforme.
Použité metódy ako je teória kategórií, konštrukcia koalgebier a polynomiálnych funktorov sú prísne exaktné a všetky prostriedky modelovania, ktoré budeme používať, sú matematicky dokázané. Koalgebraická lineárna logika a nami navrhované rozšírenia predpokladajú návrh príslušných dedukčných systémov, ktoré umožnia logický dôkaz všetkých formulovaných vlastností modelovaných komponentových systémov.



* Ciele projektu a reálnosť ich dosiahnutia

Ciele projektu nadväzujú na doterajší výskum v oblasti komponentového programovania (Steingartner W., Demeterová E., Jenčík M.). Skúsenosti a dosiahnuté výsledky nám dovoľujú považovať stanovené ciele za reálne a dosiahnuteľné v rámci doby riešenia projektu.



* Metodika riešenia, opodstatnenosť jej výberu a efektívnosť jej použitia z hľadiska splnenia deklarovaných cieľov

- Vedecké metódy: analýza, komparatívna analýza, syntéza, dedukcia.
- Organizačné metódy: Semináre, pravidelné stretnutia riešiteľov, stanovenie čiastkových cieľov, publikovanie čiastkových výsledkov, kooperácia, výmena vedomostí, kontrola dosiahnutých cieľov.



* Zdôvodnenie finančných nárokov

V rámci dosahovania stanovených cieľov je dôležité vedecké výsledky prezentovať na medzinárodných konferenciách a publikovať ich vo významných vedeckých časopisoch. Rovnako je dôležité získavať pravidelne nové informácie z danej oblasti. Z uvedeného dôvodu chceme získané prostriedky použiť nasledovne:
1. na úhradu vložného a cestovného pre účasť na významných medzinárodných vedeckých konferenciách;
2. na pokrytie nákladov na nákup potrebnej odbornej literatúry;
3. na pokrytie nákladov na nákup spotrebného materiálu (papier, tonery a pod.)

• Definujte mieru originálnosti projektu
• Opíšte navrhovaný koncept riešenia a formulujte vedeckú hypotézu
• Definujte význam predbežných výsledkov, nadväznosť navrhovaného riešenia na vlastné publikované výsledky

Koalgebraický opis správania sa programov bol publikovaný pre triviálne a pre objektovo orientované programy. Pri kompozícii komponentov však vznikajú nové, nečakané problémy, ktoré sú výzvou pre detailné preskúmanie a nájdenie verifikovateľného riešenia.

Na základe prehľadu súčasného stavu a potreby modelov správania sa komponentových systémov sme formulovali nasledujúcu hypotézu.

Vedecká hypotéza: Správanie komponentového systému je možné sledovať koalgebraicky ako postupnosť formúl koalgebraickej modálnej logiky.

Overenie našej hypotézy budeme realizovať napĺňaním vedeckých cieľov formulovaných vyššie. Sústredíme sa na porovnanie princípov objektovo orientovaného programovania s princípmi konštruovania komponentových systémov a po dôkladnej analýze explicitne stanovíme špecifické vlastnosti komponentových systémov.
Preskúmame princípy kompozície komponentov, kde vypracujeme analýzu formálnej špecifikácie kompozície komponentov. Sústredíme sa na špecifikáciu interakcií, kontraktov a závislostí.

Na základe vypracovaných komparatívnych analýz z predošlých krokov skonštruujeme koalgebru ako exaktnú matematickú štruktúru nad bázovou kategóriou stavového priestoru pomocou polynomiálneho endofunktora. Takto skonštruovaný model bude umožňovať sledovanie pozorovateľného správania sa komponentového systému.

Správanie sa systému budeme explicitne formulovať pomocou koalgebraickej logiky s jej modalitami a jej prípadných rozšírení. Takto skonštruovaný model overíme na praktickom príklade použitím vhodného programovacieho jazyka pre komponentové programovanie, opäť zvoleného na základe podrobnej komparatívnej analýzy.

V projekte budeme vychádzať z predošlých už publikovaných výsledkov, orientovaných na komponentové programovanie [A1, A2] a jeho formálny popis pomocou vhodných matematických štruktúr, napr. teória kategórií [A3, A4], koalgebry [A5, A7], logiky s modalitami [A6, A8]. Pri komparatívnej analýze sa zameriame na porovanie objektovo-orientovaného programovania, distribuovaných systémov [A9, A10] a komponentových systémov [A1], s ohľadom aj na modely správania sa škodlivého softvéru [A11].

[A1] STEINGARTNER, William - NOVITZKÁ, Valerie - BENČKOVÁ, Martina - PRAZŇÁK, Peter - Considerations and Ideas in Component Programming - Towards to Formal Specification. In: Central European Conference on Information and Intelligent Systems : CECIIS : Proceedings from 25th International Conference : September 17th - 19th, 2014, Varaždin, Croatia. - Varaždin : University of Zagreb, 2014 P. 332-339. - ISSN 1847-2001

[A2] Pavol Macko, Valerie Novitzká, William Steingartner - Interactions between components described in linear logic. In: Electrical Engineering and Informatics 4 : proceedings of the Faculty of Electrical Engineering and Informatics of the Technical University of Košice. - Košice : FEI TU, 2013 S. 665-668. - ISBN 978-80-553-1440-2

[A3] Viliam Slodičák (William Steingartner) - Some useful structures for categorical approach for program behavior. In: Journal of Information and Organizational Sciences. Vol. 35, no. 1 (2011), p. 93-103. - ISSN 1846-3312

[A4] Viliam Slodičák (William Steingartner), Valerie Novitzká - Some useful structures for coalgebraic approach. In: Journal of Computer Science and Control Systems. Vol. 3, no. 1 (2010), p. 217-220. - ISSN 1844-6043

[A5] Viliam Slodičák (William Steingartner), Valerie Novitzká - Coalgebraic approach for program behavior in comonads over toposes. In: Studia Universitatis Babes-Bolyai : Series Informatica. Vol. 55, no. 1 (2010), p. 15-26. - ISSN 2065-9601

[A6] Emília Demeterová, Daniel Mihályi, Valerie Novitzká - Component Composition using Linear Logic and Petri Nets. In: Proceedings from the 2015 IEEE 13th International Scientific Conference on Informatics. Informatics 2015, Poprad, 18-20 November 2015, Technical University of Košice, 2015, pp. 101-106, ISBN 978-1-4673-9867-1

[A7] Ján Perháč, Daniel Mihályi - Coalgebraic modeling of IDS behavior. In: Proceedings from the 2015 IEEE 13th International Scientific Conference on Informatics. Informatics 2015, Poprad, 18-20 November 2015, Technical University of Košice, 2015, pp. 211-215, ISBN 978-1-4673-9867-1

[A8] Emília Demeterová, Daniel Mihályi, Valerie Novitzká - A Categorical Model of Predicate Linear Logic. In: Journal of Applied Mathematics and Computational Mechanics. Vol. 14, no. 1 (2015), p. 27-42. - ISSN 2299-9965

[A9] Marek Čopjak, Martin Tomášek, Ján Hurtuk - Advanced architectures distributed systems for the implementation of neural networks. In: ICETA 2014 : 12th IEEE International Conference on Emerging eLearning Technologies and Applications : proceedings : December 4-5, 2014, Starý Smokovec. - Danvers : IEEE, 2014 S. 85-90. - ISBN 978-1-4799-7738-3

[A10] Marek Čopjak, Martin Tomášek - Advanced Architectures Distributed Systems for the Implementation of Neural Networks. In: SCYR 2015. - Košice : TU, 2015 S. 152-153. - ISBN 978-80-553-2130-1

[A11] Jana Šťastná, Martin Tomášek – Exploring Malware Behaviour, for Improvement of malware Signatures. . In: Proceedings from the 2015 IEEE 13th International Scientific Conference on Informatics. Informatics 2015, Poprad, 18-20 November 2015, Technical University of Košice, 2015, pp. 285-290, ISBN 978-1-4673-9867-1

• Definujte harmonogram riešenia projektu s ohľadom na logickú nadväznosť postupov a na napĺňanie deklarovaných cieľov
• Vysvetlite adekvátnosť použitej metodiky
• Vysvetlite adekvátnosť navrhnutého rozpočtu projektu v kontexte finančnej náročnosti dosiahnutia cieľov
• Stanovte časový plán realizácie a naplnenia stanovených vedeckých cieľov

Stanovené ciele projektu podľa vedeckých cieľov (časť 44) dosiahneme vzájomnou spoluprácou podľa jednotlivých častí harmonogramu (časť 47).
Použité metódy ako je teória kategórií, konštrukcia koalgebier a polynomiálnych (endo)funktorov sú metódy prísne exaktné. Všetky prostriedky modelovania, ktoré budeme používať, sú matematicky dokázané. Koalgebraická lineárna logika a nami navrhované rozšírenia predpokladajú návrh príslušných dedukčných systémov, ktoré umožnia logický dôkaz všetkých formulovaných vlastností modelovaných komponentových systémov.
Všetky dosiahnuté výsledky (vrátane parciálnych) chceme publikovať na významných medzinárodných vedeckých konferenciách a v renomovaných vedeckých periodikách, aby sme získali relevantnú odozvu od vedeckej a odbornej komunity. Preto získaná podpora grantu bude zárukou pokrytia príslušných nákladov nevyhnutne spojených s prácou (spotrebný materiál), ďalšieho vzdelávania sa členov riešiteľského týmu (odborná literatúra), prezentovanie vlastných výsledkov a získanie názorov vedeckej a odbornej komunity (účasť na konferenciách).

• Odôvodnite kompetentnosť zúčastnených riešiteľských organizácií na riešenie predkladaného projektu v kontexte hlavných úloh, ktoré budú jednotlivé organizácie v projekte zabezpečovať
• Opíšte kompetentnosť jednotlivých riešiteľov na riešenie predkladaného projektu a základné úlohy, ktoré budú v rámci implementácie projektu realizovať (netýka sa zodpovedného riešiteľa)
• Opíšte spôsob kooperácie riešiteľov, ich vzájomnú komplementaritu a zastupiteľnosť pri riešení projektu
• Opíšte existujúcu prístrojovú a personálnu infraštruktúru pracovísk podieľajúcich sa na implementácii projektu
• Opíšte mieru zapojenia mladých pracovníkov výskumu a vývoja do 35 rokov vrátane študentov doktorandského štúdia do riešenia projektu

William Steingartner - zodpovedný riešiteľ (do 08/2012 používal meno Viliam Slodičák) je mladý vedecký pracovník. V rokoch 2005/06 – 2007/08 bol študentom doktorandského štúdia na Katedre počítačov a informatiky, FEI TU v Košiciach, pod vedením prof. RNDr. Valerie Novitzkej, PhD. V septembri 2008 úspešne obhájil dizertačnú prácu pod názvom Úloha toposov v informatike. Od októbra 2008 pracuje ako vysokoškolský učiteľ zaradený ako odborný asistent na uvedenej katedre. Pokračuje vo svojej výskumnej práci a svoje výsledky publikuje vo významných vedeckých časopisoch domácich i zahraničných. Rovnako svoje výsledky prezentuje na domácich i zahraničných vedeckých konferenciách. Od roku 2006 sa okrem konferencií aktívne zúčastňuje ďalších vedeckých podujatí, a to domácich aj zahraničných.
Svoj výskum orientuje na formálne metódy v softvérovom inžinierstve a komponentovom programovaní, sémantiku programovacích jazykov a úlohu teórie kategórií v informatike.
V predkladanom projekte sa bude podieľať na koordinácii práce celého riešiteľského kolektívu. Aktívne sa bude podieľať na vypracovaní komparatívnej analýzy objektovej paradigmy a princípov kompozície komponentových programov a prispeje tiež k explicitnému stanoveniu špecifických vlastností komponentových systémov (1). Na základe formálnej špecifikácie princípov kompozície komponentov, interakcií, kontraktov a závislostí (2) bude spolupracovať na konštrukcii koalgebry nad bázovou kategóriou stavového priestoru pomocou polynomiálneho endofunktora ako modelu umožňujúceho sledovanie pozorovateľného správania sa komponentového systému (3). Spolu s ostatnými členmi riešiteľského kolektívu preskúma možnosti koalgebraickej logiky a jej prípadné rozšírenia, ktoré sú nevyhnutné pre explicitné formulovanie správania sa systému (4). Bude sa taktiež aktívne podieľať na overení skonštruovaného modelu pomocou pripraveného praktického príkladu (5).

Emília Demeterová (Ing.), študentka doktorandského štúdia na FEI TU, školiteľ prof. RNDr. Valerie Novitzká, PhD.; svoj výskum orientuje predovšetkým na kategorickú sémantiku predikátovej lineárnej logiky, paradigmu zdrojovo orientovaného prístupu v informatike a kategorický opis interakcií medzi komponentmi na báze koalgebraickej logiky. Svojou prácou prispeje k riešeniu úloh vedúcich k naplneniu nasledujúcich cieľov - porovnanie princípov objektovo-orientovanej paradigmy programovania s princípmi konštruovania komponentových systémov (1), špecifikácii interakcií, kontraktov a závislostí (2) a analýze konštruovania koalgebry nad bázovou kategóriou stavového priestoru pomocou polynomiálneho endofunktora ako modelu sledovania správania (3).

Marek Čopjak (Ing.), študent doktorandského štúdia na FEI TU, školiteľ doc. Ing. Martin Tomášek, PhD.; svoj výskum orientuje predovšetkým na distribuované systémy a ich formálny popis. Svojou prácou prispeje predovšetkým riešením úloh vedúcich k naplneniu nasledujúcich cieľov – porovnanie princípov objektovo-orientovanej paradigmy programovania s princípmi konštruovania komponentových systémov (1) a preskúmanie princípov kompozície komponentov (2).

Ján Perháč (Ing.), študent doktorandského štúdia na FEI TU, školiteľ prof. RNDr. Valerie Novitzká, PhD.; svoju výskumnú činnosť orientuje predovšetkým na komponentové systémy, netradičné logické systémy v informatike a teóriu kategórií v infomatike. Jeho úlohou bude spolupracovať pri formulovaní správania sa systému pomocou koalgebraickej logiky (4) na základe skonštruovaného modelu (3) a spolupodieľať sa na príprave praktického príkladu a overení skonštruovaného modelu na pripravenom praktickom príklade (5).

Jana Šťastná (Ing.), študentka doktorandského štúdia na FEI TU, školiteľ doc. Ing. Martin Tomášek, PhD.; jej výskumná činnosť pokrýva skúmanie vzorov správania a vlastností škodlivého softvéru, dynamické a statické analytické techniky a modely správania softvéru, predovšetkým softvéru škodlivého. Jej úlohou bude spolupracovať na porovnaní princípov objektovo-orientovanej paradigmy a princípov konštruovania komponentových systémov (1), spolupodieľať sa na analýze behaviorálnych modelov (2) a na príprave praktického príkladu a overení skonštruovaného modelu na pripravenom praktickom príklade (5).
Pre našu prácu nepožadujeme žiadnu špeciálnu infraštruktúru. Aktuálnu pracovnú infraštruktúru považujeme za dostatočnú a vhodnú pre našu prácu.