A D IET – P ROGETTO PER L ESAME DI L INGUAGGI E M ODELLI C OMPUTAZIONALI LS Prof. Enrico Denti Sviluppato da Fabio Bracci – AA 2009/2010

I DEA P ROGETTUALE (1) Lidea 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 dellalimento 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

I DEA P ROGETTUALE (2) 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 dinformazione 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.

F ASI DI REALIZZAZIONE Definizione di unopportuna grammatica e di un linguaggio per descrivere un database e una dieta alimentare; Realizzazione del Parser e dellInterprete; Implementazione del sistema con laggiunta di GUI; Collaudo.

V ERSO LA G RAMMATICA (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 e linsieme dei simboli terminali VN è linsieme dei simboli non terminali P è linsieme delle produzioni della grammatica S rappresenta lo scopo

V ERSO LA G RAMMATICA (2) ::= begin: ( | ) end. ::= database: enddatabase. ::= category: endcategory. ::= ::=(food: endfood.)+ ::= ( ( )+ )+ ::= composition: ::= ( (, ) )+ ::= user: enduser. ::= data: ( )+ ::= ::= diet: ( )+ enddiet. ::= ::= ( )+ Il linguaggio risulta troppo complicato per essere poi effettivamente usato.

G RAMMATICA (1) Per una questione di flessibilità, i token sono stati ridotti al minimo: ::=[0 - 9] ([0 - 9])* | [0 - 9] ([0 - 9])*. ([0 - 9])* ::= [a - z, A - Z, \, -,., 0 - 9] ([a - z, A - Z, \, -,., 0 - 9])*

G RAMMATICA (2) ::= | ::= database ( )+ ( )+ ::= category ( )+ ( )+ ::= ( )+ ::= user ( )+ / / kg cm ::= diet ( )+ ::= week ( )+ ::= day ( )+ ::= ( )+ : ( )+ ::= g Grammatica Database Grammatica Dieta

G RAMMATICA D ATABASE (1) ::= | ::= database ( )+ ( )+ ::= category ( )+ ( )+ ::= ( )+ 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 allenergia fornita dallalimento (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)

G RAMMATICA D ATABASE (2) ::= | ::= database ( )+ ( )+ ::= category ( )+ ( )+ ::= ( )+ Esempio: database INRAN category 01 Cereali e Derivati 960 Biscotti alla soia descrizione codice nome codice nome proteine lipidi (grassi) carboidrati energia

G RAMMATICA D IETA (1) ::= | ::= user ( )+ / / kg cm ::= diet ( )+ ::= week ( )+ ::= day ( )+ ::= ( )+ : ( )+ ::= g Possiamo osservare che: la dieta viene preceduta dai dati riguardanti lutente (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 sullalimento nel database) e la quantità (in grammi).

G RAMMATICA D IETA (2) ::= | ::= user ( )+ / / kg cm Esempio: user Paolo Grassi 20/08/1986 m 61 kg 174 cm 1 nome utente data di nascita sesso peso altezza stile di vita

G RAMMATICA D IETA (3) ::= | ::= diet ( )+ ::= week ( )+ ::= day ( )+ ::= ( )+ : ( )+ ::= g Esempio: diet week day Colazione 8: g nome pasto orario codice alimento quantità

G RAMMATICA : OSSERVAZIONI Come accennato in precedenza, i token sono stati minimizzati ai soli e per una scelta progettuale: Questo progetto è stato più volte modificato cercando di dare una più ampia configurazione allutente finale: Non cè vincolo sul nome della categoria del database Non cè vincolo sul nome del pasto Facilità dintegrazione 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. P ROPRIETÀ DELLA GRAMMATICA

R ICONOSCITORE Lunica 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;

S TRUMENTI 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 Genera le classi necessarie a creare lalbero sintattico AST (una classe per ogni produzione della grammatica); Implementa Visitor che operano depth-first; Eclipse 3.6.1

S TRUTTURA F INALE (1) Partendo dai due Package creati: database Database Category FoodCategory user DayDiet Diet FoodDiet Mean User WeekDiet

S TRUTTURA F INALE (2) visitor syntaxtree parser DietVisitor TreeVisitor ControlVisitor user database services gui EditorFrame DietFrame exception Fornisce metodi per le operazioni sui file.txt e.xml Per gestire gli errori semantici come delle eccezioni

S TRUTTURA F INALE – P ARSER 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 lalbero generato, in modo che i vari visitor possano visitarlo ed interpretarlo. Il package syntaxtreecontiene le classi che rappresentano i nodi dellalbero, in particolare una per ogni metasimbolo della grammatica. syntaxtree parser

S TRUTTURA F INALE (2) visitor syntaxtree parser DietVisitor TreeVisitor ControlVisitor user database services gui EditorFrame DietFrame exception

S TRUTTURA F INALE – V ISITOR La classe DepthFirstVisitor, generata da JTB, è stata estesa da tre sottoclassi: ControlVisitor visita lAPT e viene lanciato per primo poiché verifica la correttezza semantica, gestendo gli errori semantici come eccezioni; TreeVisitor visita lAPT e ne fornisce una rappresentazione grafica sotto forma di albero (la quale verrà passata allinterfaccia grafica EditorFrame.java); DietVisitor visita lAPT e fornisce tutte le statistiche necessarie per analizzare la dieta alimentare inserita (le quali verranno passate alinterfaccia grafica DietFrame.java) visitor DietVisitor TreeVisitor ControlVisitor

C ONTROLLO S EMANTICO Il visitor ControlVisitor, a partire dallAPT, 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?

R EGOLE S EMANTICHE – D ATABASE (1) 01 Cereali 960 Biscotti alla soia Biscotti frollini Legumi 4010 Ceci in scatola Ceci secchi crudi Non si possono avere due o più categorie con lo stesso codice

R EGOLE S EMANTICHE – D ATABASE (2) 01 Cereali 960 Biscotti alla soia Biscotti frollini Cereali 4010 Ceci in scatola Ceci secchi crudi Non si possono avere due o più categorie con lo stesso nome

R EGOLE S EMANTICHE – D ATABASE (3) 01 Cereali 960 Biscotti alla soia Biscotti frollini Legumi 960 Ceci in scatola Ceci secchi crudi Non si possono avere due o più alimenti con lo stesso codice

R EGOLE S EMANTICHE – D IETA (1) La dieta può essere composta da un minimo di 1 ad una massimo di 52 settimana

R EGOLE S EMANTICHE – D IETA (2) Ogni settimana è composta da 7 giorni e lordine dei giorni va rispettato

R EGOLE S EMANTICHE – D IETA (3) Ogni giorno può contenere da un minimo di un pasto ad un massimo di 7 pasti

R EGOLE S EMANTICHE – D IETA (4) Non si può avere in un giorno due o più pasti con lo stesso orario.

R EGOLE S EMANTICHE – D IETA (5) Non si può avere in un pasto due o più alimenti con lo stesso codice.

S TRUTTURA F INALE (2) visitor syntaxtree parser DietVisitor TreeVisitor ControlVisitor user database services gui EditorFrame DietFrame exception

I NTERFACCIA G RAFICA – E DITOR F RAME gui EditorFrame DietFrame EditorFrame

I NTERFACCIA G RAFICA – E DITOR F RAME EditorFrame (Database) Esito dellanalisi lessicale, sintattica e semantica. (ControlVisitor) Linguaggio da analizzare Rappresentazione grafica sotto forma dalbero del linguaggio analizzato (TreeVisitor)

I NTERFACCIA G RAFICA – E DITOR F RAME EditorFrame (Dieta)

I NTERFACCIA G RAFICA – D IET F RAME DietFrame

N OTE SUL P ROGETTO (1) Nato da unidea 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 questultimo ben strutturato e definito, non ha ricevuto modifiche sostanziali la parte invece dedicata alla descrizione dellutente 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. Lultimo stadio di questa evoluzione ha portato alleliminazione di tutti i token specifici (come,,,, …) 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).

N OTE SUL P ROGETTO (2) Oltre alla visualizzazione grafica data dallinterfaccia 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.

C OLLAUDO Per il collaudo del sistema sono stati scritti alcuni significativi file di codice per verificare: la creazione corretta dellalbero sia per il database sia per la dieta Segnalazione di errori sintattici Segnalazione di errori semantici Corretta visualizzazione del database e della dieta

S VILUPPI FUTURI Creare uninterfaccia 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

C OLLAUDO 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).

C OLLAUDO D ATABASE 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

F OOD A LREADY I N D ATABASE

C ATEGORY N AME A LREADY I N D ATABASE

C ATEGORY C ODE A LREADY I N D ATABASE

C OLLAUDO U TENTE 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 laltezza di un valore non corretto IncorrectLifestyle Inserimento per lo stile di vita di una parola non corretta

C OLLAUDO D IETA 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

C OLLAUDO D IETA 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