A D IET – P ROGETTO PER L ESAME DI L INGUAGGI E M ODELLI C OMPUTAZIONALI LS Prof. Enrico Denti...

ADIET – PROGETTO PER L’ESAME DI LINGUAGGI E MODELLI COMPUTAZIONALI LSProf. Enrico Denti

Sviluppato da Fabio Bracci – AA 2009/2010

IDEA PROGETTUALE (1)

?

Dieta

L’idea progettuale è la definizione di un linguaggio che consenta di descrivere una dieta alimentare.

Però un semplice elenco degli alimenti non ha un gran interesse: sarebbe molto più utile poter fornire anche delle informazioni sulla dieta alimentare.

Per ottenere delle statistiche risulta necessario caratterizzare ogni alimento presente nella dieta con le proprie informazioni sui nutrienti più importanti.

Per fare questo, si potrebbe inserire nella dieta non solo il nome dell’alimento e la sua quantità, ma anche tutti i suoi valori

questo comporta una replicazione delle informazioni nel caso in cui un alimento sia presente più volte nella dieta alimentare

IDEA PROGETTUALE (2)

… ProteineLipidi

Carboidrati …

Database

Dieta

Si potrebbe realizzare un database degli alimenti, di supporto alla dieta alimentare, contenente tutti i dati sui nutrienti più rilevanti ai fini dietetici, in modo da inserire nella dieta per ogni alimento, non più il nome e la lista dei nutrienti, ma solamente un codice per risalire al medesimo alimento nel database di supporto

Non vi è alcuna replicazione

d’informazione In base alle scelte progettuali

quindi, si è scelto di definire non solo un linguaggio per la descrizione di un dieta alimentare ma anche di un linguaggio che consenta di descrivere un database alimentare.

FASI DI REALIZZAZIONE

Definizione di un’opportuna grammatica e di un linguaggio per descrivere un database e una dieta alimentare;

Realizzazione del Parser e dell’Interprete; Implementazione del sistema con l’aggiunta

di GUI; Collaudo.

VERSO LA GRAMMATICA (1) Durante la realizzazione del progetto, la grammatica

ha subito dei cambiamenti al fine di rendere il linguaggio di semplice utilizzo (pensando ad un ipotetico utilizzatore finale).

Per far ciò si sono eliminate le parti superflue e resa la grammatica più flessibile possibile (per fare fronte alla soggettività incontrata nel determinare equazioni corrette per il calcolo delle statistiche alimentari).

Ricordando che G = < VT, VN, P, S > VT e l’insieme dei simboli terminali VN è l’insieme dei simboli non terminali P è l’insieme delle produzioni della grammatica S rappresenta lo scopo

VERSO LA GRAMMATICA (2) <ADiet> ::= begin: ( <Database> | <User>) end.

<Database> ::= database: <Categories> enddatabase. <Categories> ::= category: <Category> endcategory. <Category> ::= <CATEGORY_NAME> <FoodsCategory> <FoodsCategory>::=(food: <FoodCategory> endfood.)+ <FoodCategory> ::= (<NUMBER> (<WORD>)+ <Property>)+ <Property> ::= composition: <Composition> <Composition> ::= ( ( <NUTRIEN> , <NUMBER> ) )+

<User> ::= user: <Data> <Diet> enduser. <Data> ::= data: (<WORD>)+ <SEX> <PhisicalData> <PhisicalData> ::= <BIRTHDAY> <WEIGHT> <HEIGHT> <Diet> ::= diet: (<Day>)+ enddiet. <Day> ::= <DAY> <Means> <Means> ::= (<TIME> <FoodDiets>)+ <FoodDiets> ::= (<NUMBER> <NUMBER>)+

Il linguaggio risulta troppo complicato per

essere poi effettivamente usato.

GRAMMATICA (1)

Per una questione di flessibilità, i token sono stati ridotti al minimo: <NUMBER> ::=[0 - 9] ([0 - 9])* |

[0 - 9] ([0 - 9])* . ([0 - 9])* <WORD> ::= [a - z, A - Z, \ , - , . , 0 - 9]

([a - z, A - Z, \ , - , . , 0 - 9])*

GRAMMATICA (2) <ADiet> ::= <Database> | <User> <Diet>

<Database> ::= database (<WORD>)+ (<Category>)+ <Category> ::= category <NUMBER> (<WORD>)+

(<FoodCategory>)+ <FoodCategory> ::= <NUMBER> (<WORD>)+ <NUMBER>

<NUMBER> <NUMBER> <NUMBER>

<User> ::= user (<WORD>)+<NUMBER> / <NUMBER> / <NUMBER> <WORD> <NUMBER> kg <NUMBER> cm<NUMBER>

<Diet> ::= diet (<Week>)+ <Week> ::= week (<Day>)+ <Day> ::= day (<Meal>)+ <Meal> ::= (<WORD>)+ <NUMBER> : <NUMBER> (<FoodDiet>)+ <FoodDiet> ::= <NUMBER> <NUMBER> g

Grammatica Database

Grammatica Dieta

GRAMMATICA DATABASE (1) <ADiet> ::= <Database> | <User> <Diet>

<Database> ::= database (<WORD>)+ (<Category>)+ <Category> ::= category <NUMBER> (<WORD>)+

(<FoodCategory>)+ <FoodCategory> ::= <NUMBER> (<WORD>)+

<NUMBER> <NUMBER> <NUMBER> <NUMBER> Possiamo osservare che:

il database ha una sua descrizione ogni categoria è caratterizzata da un codice numerico e un

nome ogni alimento è caratterizzato da un codice numerico, un nome

e quattro valori numerici che si riferiscono ai tre nutrienti principali e all’energia fornita dall’alimento (questi valori si riferiscono, come è usuale in tutti i database alimentari e alle specifiche presenti anche sui prodotti che comunemente comperiamo a supermercato, a 100 g di prodotto)

GRAMMATICA DATABASE (2)

<ADiet> ::= <Database> | <User> <Diet>

<Database> ::= database (<WORD>)+ (<Category>)+

<Category> ::= category <NUMBER> (<WORD>)+ (<FoodCategory>)+

<FoodCategory> ::= <NUMBER> (<WORD>)+ <NUMBER> <NUMBER> <NUMBER> <NUMBER>

Esempio:database INRANcategory 01 Cereali e Derivati960 Biscotti alla soia 11.5 6.1 70.8 366

descrizione

codice nome

codice nome proteinelipidi (grassi)carboidratienergia

GRAMMATICA DIETA (1) <ADiet> ::= <Database> | <User> <Diet>


<Diet> ::= diet (<Week>)+ <Week> ::= week (<Day>)+ <Day> ::= day (<Meal>)+ <Meal> ::= (<WORD>)+ <NUMBER> : <NUMBER> (<FoodDiet>)+ <FoodDiet> ::= <NUMBER> <NUMBER> g

Possiamo osservare che: la dieta viene preceduta dai dati riguardanti l’utente (nome, data di

nascita, sesso, peso, altezza, stile di vita) Ogni pasto è caratterizzato da un nome e un orario Ogni alimento è caratterizzato da due valori numerici, un codice (con il

quale si possono recuperare informazioni sull’alimento nel database) e la quantità (in grammi).

GRAMMATICA DIETA (2) <ADiet> ::= <Database> | <User> <Diet>


Esempio:user Paolo Grassi20/08/1986m61 kg174 cm1

nome utente

data di nascita

sessopeso

altezza

stile di vita

GRAMMATICA DIETA (3)

<ADiet> ::= <Database> | <User> <Diet>

<Diet> ::= diet (<Week>)+ <Week> ::= week (<Day>)+ <Day> ::= day (<Meal>)+ <Meal> ::= (<WORD>)+ <NUMBER> :

<NUMBER> (<FoodDiet>)+ <FoodDiet> ::= <NUMBER> <NUMBER> g

Esempio:diet week day Colazione 8:00 135020 125 g

nome pastoorariocodice alimentoquantità

GRAMMATICA: OSSERVAZIONI

Come accennato in precedenza, i token sono stati minimizzati ai soli <NUMBER> e <WORD> per una scelta progettuale: Questo progetto è stato più volte modificato

cercando di dare una più ampia configurazione all’utente finale: Non c’è vincolo sul nome della categoria del database Non c’è vincolo sul nome del pasto Facilità d’integrazione di altre lingue Scelta tra Domenica o Lunedì come primo giorno della

settimana Gestione del calcolo delle calorie (stile di vita)

La grammatica è di Tipo 2 (context-free) secondo la classificazione di Chomsky, in quanto tutte le produzioni risultano essere nella forma:

Il linguaggio generato risulta essere di Tipo 3 (regolare) poiché la grammatica non contiene self-embedding.

PROPRIETÀ DELLA GRAMMATICA

RICONOSCITORE L’unica produzione alternativa presente nella grammatica è:

e i relativi Starter Symbols sono:

Da sui possiamo assumere che la grammatica è LL(1): Infatti, non solo la condizione necessaria affinché la grammatica

sia LL(1) è verificata ma, poiché nessuno dei metasimboli può generare la stringa vuota, tale condizione è anche sufficiente e non si necessita di calcolare i Director Symbols.

Poiché la grammatica è LL(1): Le frasi vengono analizzate Left-to-Right applicando la left most

derivation (derivazione canonica sinistra) e basta un solo simbolo della frase per scegliere con certezza la produzione opportuna;

STRUMENTI UTILIZZATI

JavaCC 5.0 Genera automaticamente, a partire dalla

grammatica: Il parser; Il lexer (scanner) per il riconoscimento dei token; Le classi per lanciare eventuali errori lessicali e\o

sintattici;

JTB 1.4.3 Genera le classi necessarie a creare l’albero

sintattico AST (una classe per ogni produzione della grammatica);

Implementa Visitor che operano depth-first; Eclipse 3.6.1

STRUTTURA FINALE (1)

Partendo dai due Package creati:

database

Database Category FoodCategory

user

DayDiet Diet FoodDiet

Mean User WeekDiet


visitor

syntaxtree parser

DietVisitor TreeVisitor ControlVisitor

userdatabase

services

guiEditorFrame

DietFrame

exception

Fornisce metodi per le operazioni sui file .txt e .xml

Per gestire gli errori

semantici come delle eccezioni

STRUTTURA FINALE – PARSER

Il package “parser” contiene le classi relative al Lexer, al Parser ed alle eccezioni sintattiche Parser:

Realizzato da JavaCC; Rapporto Client/Server col Lexer; Restituisce l’albero generato, in modo che i vari visitor

possano visitarlo ed interpretarlo.

Il package “syntaxtree”contiene le classi che rappresentano i nodi dell’albero, in particolare una per ogni metasimbolo della grammatica.

syntaxtree parser


visitor

syntaxtree parser


userdatabase

services

guiEditorFrame

DietFrame

exception

STRUTTURA FINALE – VISITOR

La classe DepthFirstVisitor, generata da JTB, è stata estesa da tre sottoclassi: ControlVisitor

visita l’APT e viene lanciato per primo poiché verifica la correttezza semantica, gestendo gli errori semantici come eccezioni;

TreeVisitor visita l’APT e ne fornisce una rappresentazione grafica

sotto forma di albero (la quale verrà passata all’interfaccia grafica EditorFrame.java);

DietVisitor visita l’APT e fornisce tutte le statistiche necessarie per

analizzare la dieta alimentare inserita (le quali verranno passate al’interfaccia grafica DietFrame.java)

visitor


CONTROLLO SEMANTICO

Il visitor ControlVisitor, a partire dall’APT, verifica la correttezza semantica: infatti la sola correttezza sintattica non è

sufficiente affinché la dieta o il database alimentare inserito possano essere considerati corretti:

Ma quali sono le regole semantiche?

REGOLE SEMANTICHE – DATABASE (1)

01Cereali

•960Biscotti alla soia11.5 6.1 70.8366

•900Biscotti frollini7.2 13.8 73.742901

Legumi

•4010Ceci in scatola6.7 2.3 13.9100

•4000Ceci secchi crudi20.9 6.3 46.9316

Non si possono

avere due o più categorie con lo stesso

codice


01Cereali



Cereali

•4010Ceci in scatola6.7 2.3 13.9100


Non si possono

avere due o più categorie con lo stesso

nome


01Cereali



Legumi

•960Ceci in scatola6.7 2.3 13.9100


Non si possono

avere due o più alimenti con lo stesso

codice

REGOLE SEMANTICHE – DIETA (1)

Settimana

Lunedì

Colazione7:00

500 50 g

877 100 g

Pranzo12:00

Cena19:30

…

Domenica

Settimana

Lunedì

…

Domenica

…

Pranzo13:00

748 50 g

821 100g

787 67 g

…

La dieta può essere composta da un minimo di 1 ad una massimo di 52 settimana


Settimana

Lunedì

Colazione7:00

500 50 g

877 100 g

Pranzo12:00

Cena19:30

…

Domenica

Settimana

Lunedì

…

Domenica

…

Pranzo13:00

748 50 g

821 100g

787 67 g

…

Ogni settimana è composta da 7 giorni e l’ordine dei giorni va

rispettato


Settimana

Lunedì

Colazione7:00

500 50 g

877 100 g

Pranzo12:00

Cena19:30

…

Domenica

Settimana

Lunedì

…

Domenica

…

Pranzo13:00

748 50 g

821 100g

787 67 g

…

Ogni giorno può contenere da un minimo di un pasto ad un

massimo di 7 pasti


Settimana

Lunedì

Colazione12:00

500 50 g

877 100 g

Pranzo12:00

Cena19:30

…

Domenica

Settimana

Lunedì

…

Domenica

…

Pranzo13:00

748 50 g

821 100g

787 67 g

…

Non si può avere in un giorno due o più pasti con lo stesso

orario.


Settimana

Lunedì

Colazione7:00

500 50 g

500 100 g

Pranzo12:00

Cena19:30

…

Domenica

Settimana

Lunedì

…

Domenica

…

Pranzo13:00

748 50 g

821 100g

787 67 g

…

Non si può avere in un pasto due o più alimenti con lo

stesso codice.


visitor

syntaxtree parser


userdatabase

services

guiEditorFrame

DietFrame

exception

INTERFACCIA GRAFICA – EDITORFRAME

guiEditorFrame

DietFrame

EditorFrame


EditorFrame (Database)

Esito dell’analisi lessicale, sintattica e semantica.

(ControlVisitor)

Linguaggio da analizzare

Rappresentazione grafica sotto forma d’albero del linguaggio

analizzato (TreeVisitor)


EditorFrame (Dieta)

INTERFACCIA GRAFICA – DIETFRAME

DietFrame

NOTE SUL PROGETTO (1) Nato da un’idea di oramai quasi due anni fa, in questo lasso

di tempo è stato più volte riprogettato ripartendo proprio dalla grammatica: per quanto riguarda le regole del database, essendo quest’ultimo

ben strutturato e definito, non ha ricevuto modifiche sostanziali la parte invece dedicata alla descrizione dell’utente e della dieta

è stata più volte modificata per cercare di rendere il linguaggio più familiare e più facilmente utilizzabile

da un ipotetico utente finale e per far fronte alla facile possibilità rendere la grammatica resistente alle diverse idee in ambito dietistico.

L’ultimo stadio di questa evoluzione ha portato all’eliminazione di tutti i token specifici (come <DAY>, <MEANS>, <LIFESTYLE>, <SEX>, …) proprio per alleggerire la grammatica e darle maggiore elasticità;

Questo però ha portato ad un maggior controllo semantico da parte di ControlVisitor (la maggior parte dei valori utilizzati per effettuare i controlli sono inseriti nel file Conf.java).

NOTE SUL PROGETTO (2)

Oltre alla visualizzazione grafica data dall’interfaccia DietFrame, la dieta, con i relativi grafici delle statistiche, può essere visualizzata anche mediante web browser: prima viene salvata in un file xml poi trasformata mediante foglio di stile xslt e infine avviene la validazione del documento

(XSD) È presente anche lo strumento di Log.

COLLAUDO

Per il collaudo del sistema sono stati scritti alcuni significativi file di codice per verificare: la creazione corretta dell’albero sia per il

database sia per la dieta Segnalazione di errori sintattici Segnalazione di errori semantici Corretta visualizzazione del database e della

dieta

SVILUPPI FUTURI

Creare un’interfaccia per la configurazione del sistema;

Migliorare le statistiche utilizzando equazioni, riguardanti la dieta alimentare, più complesse e complete;

Inserire la gestione di più nutrienti (non solo proteine, lipidi e carboidrati);

Aumentare la gestione dei dati utente.

PROTOTIPO

COLLAUDO

Database•Errori semantici riguardanti il linguaggio di un database alimentare.

Utente•Errori semantici riguardanti il linguaggio di una dieta alimentare (sezione utente).

Dieta•Errori semantici riguardanti il linguaggio di una dieta alimentare (sezione dieta).

COLLAUDO DATABASE

FoodAlreadyInDatabase Inserimento di un alimento già presente nel

database CategoryNameAlreadyInDatabase

Inserimento di una categoria con un nome già presente nel database

CategoryCodeAlreadyInDatabase Inserimento di una categoria con un codice già

presente nel database

FOODALREADYINDATABASE

CATEGORYNAMEALREADYINDATABASE

CATEGORYCODEALREADYINDATABASE

COLLAUDO UTENTE

IncorrectDate Inserimento di una data non corretta

IncorrectSex Inserimento di un carattere o parola non corretta

per il sesso IncorrectWeight

Inserimento per il peso di un valore non corretto IncorrectHeight

Inserimento per l’altezza di un valore non corretto IncorrectLifestyle

Inserimento per lo stile di vita di una parola non corretta

COLLAUDO DIETA

DatabaseNotLoaded Inserimento di una dieta alimentare senza la

presenza di un database IncorrectWeek

Inserimento di una settimana non composta di 7 giorni nella dieta

WeekAlreadyComplete Inserimento di un giorno in una settimana già

composta da 7 giorni IncorrectTime

Inserimento di un pasto con un orario errato MeanAlreadyInDay

Inserimento di un pasto con un orario già presente nel giorno di dieta

COLLAUDO DIETA

FoodNotInDatabase Inserimento di un alimento non presente nel

database FoodAlreadyInMean

Inserimento di un alimento con codice già presente nel pasto

NumberOfWeeksInDiet Inserimento di una settimana in una dieta già

completa NumberOfMeansInDay

Inserimento di un pasto in un giorno già completo NumberOfFoodsInMean

Inserimento di un alimento in un pasto già completo

A D IET – P ROGETTO PER L ESAME DI L INGUAGGI E M ODELLI C OMPUTAZIONALI LS Prof. Enrico Denti...

Documents

Transcript of A D IET – P ROGETTO PER L ESAME DI L INGUAGGI E M ODELLI C OMPUTAZIONALI LS Prof. Enrico Denti...