if-then文とif-thenルール -宣言的プログラミングのすすめ (1)-

この前の更新からずいぶんと間があいてしまいましたが、最近、ビジネスルールというか、「ルール」というものの認識についてどうも気になることがあったので、考え方としては前回と重なる部分も多いかと思いましたが、再び記事を書いてみました。またこれに限らず、ぼちぼちと記事を書いていきたいと思っております。

さて、ちょっと唐突ですがプログラムにおけるif-then文と、一般的なルールとしてのif-thenの違いはどこにあるでしょうか。
(なお、ここで言うルールとしてのif-thenは、実際にBRMSに実装されるif-thenルールではなく、それ以前のまずは仕様(文書)としてまとめられた(ビジネス)ルールとします)

これら if-then文 と if-then ルール、同じ if-then ではあるので、それほど変わらないように感じられるかもしれません。私自身もふだんは明確な使い分けをせずあいまいな書き方をしていたりもしますが、実は大きな違いがあります。

まず、プログラムにおけるif-then文。これは、プログラムの上から下に流れる処理の流れが前提にあって、何もしなければif-thenは1回しか通りません。もう一度通すためには繰り返しを書く必要があります。つまりプログラムのif-then文は処理の流れを意識しないと成り立たず、処理の流れはすべて記載しなければなりません。すなわちプログラムのif-then文は、いわゆる手続き的 (procedural) にしか解釈されません。

一方、ルールにおけるif-thenというものは、どうでしょう。一般にルール(規則)というものは、条件 (if部) が合うのであれば常に適用されるもので、そこに処理の流れというものは存在しません。仮にいくつかif-thenルールがあったとしましょう。原則それぞれのルールは独立してそれぞれ条件が合うかどうかのみで、適用される/されないが判断されます。そこにどの順に処理するかという処理の流れはありません。

たとえば

 if 赤信号 then 止まる

というルールですが、これを手続き的に解釈して処理の手順を考え、先ほど赤信号を処理したので、次の赤信号は処理できず結果的に無視してしまうということはないでしょう。どんな状況でも、条件さえ合えば常に適用されるというのがルールです。

無理やり手続き的に書こうとすると、「if 赤信号 then 止まる」という if-then文 をループで囲って、1回赤信号を処理しても、次の赤信号も処理できるように待っているといった書き方になります。

また、個々のデータが○か×の値をとる配列があり、

 if × then エラー出力

などといったルールでも同じです。ルールそのものは上記で書けても、手続きを明示しないといけないので、if-then文 を配列全体にわたってループする・・・という追加の記述が必要になります。

まとめますと、仕様としての if-then ルールを手続き的に書こうとすると、ループなどの処理手順も明示する必要があり、それが複雑になると本来の仕様が処理手順に埋もれてしまうということになります。たとえば前回の記事などのようにデータに親子関係があり、複数の子の間での制約など if-then ルールとして記述すれば比較的わかりやすいけれども、手続き的に書こうとすると面倒というケースです。従来の手続き的なプログラミングの問題点の一つはそんなところにもあるのではないでしょうか。

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さて、みなさまは「宣言的」(あるいは宣言型)プログラミングという言葉をお聞きになったことがありますか?

Wikipediaの宣言型プログラミングという項には、

「宣言型プログラミング(英: Declarative programming)は、プログラミングパラダイムの名称だが、2種類の意味がある。第一の意味は、処理方法ではなく対象の性質などを宣言することでプログラミングするパラダイムを意味する。第2の意味は、純粋関数型プログラミング、論理プログラミング、制約プログラミングの総称である。」

とあります。

上にあげた第2の意味は、現在一般的に認知されているプログラミングパラダイムの中で、第1の意味での宣言型プログラミングを具現化しているものとも解釈できるかと思います。そういった視点で第2の意味に加えるとしたら、プログラミングパラダイムとして一般的に必ずしも認知されているわけではないけれども、たとえばSQLなどはあげられるでしょう。実は、前回あげた ルールベース(プロダクションシステム)のプログラミングも宣言的なプログラミングの仲間に入れていいかと思います。

宣言型プログラミングの第1の意味では、処理方法ではなく対象の性質などを宣言することでプログラミングするパラダイムを言いますが、「対象の性質」と言っても、なかなかわかりにくいのでもう少しかみ砕いた記述を見てみましょう(宣言型プログラミングの可能性と限界より)。

「宣言型プログラミングが記述するものは、問題の定義、すなわち解くべき問題の性質や、その際に満たすべき制約の記述です。」

「対象の性質」をかみ砕くと「問題の定義、すなわち解くべき問題の性質や、その際に満たすべき制約」ということになるでしょうが、これをルールベースによる宣言的プログラミングに置き換えると、if-then ルールを使って、問題の性質や制約を記述することになりましょう。このことは何を意味しているのでしょうか。

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仕様としての if-then ルール、これは問題の定義-問題の性質や制約を記述-を記述したものなので、実は「宣言的プログラミング」の意味での「宣言的」であるといえます。

これを実装する場合、従来のプログラミングでは if-then ルール を手続き的に直して書くだけだったので、本来の仕様以外に処理手順なども記述する必要がありました。

手続き的

これにより本質がぼやけてしまいプログラムの可読性が落ちることもありましたが、これはすなわち本来宣言的に表しているものを手続き的に表そうとすることで仕様と実装との間でのミスマッチ(注0)が起こっていたということなのです。

もし宣言的に表されている仕様を、そのまま宣言的に表せるプログラム手法があるのであれば、それに越したことはなく、プログラムの可読性を落とすことなく実装を行うことができます。

宣言的

ここであらわれたのがルールベースのプログラミング(プロダクションシステム)でした。もともとルールベースの技術は人工知能の応用としてエキスパートシステムの構築のために生まれてきたわけですが、このルールベースにおける if-then ルールの動きというものが、条件 (if部) さえ合うのであれば常に適用されるという、まさに仕様としての if-then ルールの動きと一致したわけです(注1)。

すでに前回にも書きましたが、ルールベースのプログラミングでは、if-then 文とループを使って処理手順を記述するのではなく、if-then ルールのみの仕様を記述することでプログラミングを行います。

で、if-then ルールを書けば、あとはルールのエンジンが、いい塩梅で実行してくれるというわけ。

たとえて言えば、手続き型のプログラミングは、処理の手順を一から教えなければならない新入社員のようなものである一方、ルールベースによる宣言的プログラミングは、「これこれをやっておいて(問題の性質や制約 ! )」と伝えておけば、それなりにいいようにやってくれる、常識的な処理手順はわかっている入社1~2年目の社員といったところでしょうか。

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もっとも、このルールベースでのプログラミング、他の宣言的なプログラミング手法と同様、実際に実行するという視点から言えば良いことばかりではなくて、エキスパートシステム構築ツールの時代からメモリなどのコンピュータリソースを食うデメリットがありました。

ただ、昔のスーパーコンピュータの性能が ipad2と同じくらいであるといわれるようになった今日、プログラムの開発・メンテナンスのコストに対し、コンピュータリソースのコストは相対的に飛躍的に減少しているので、それほど気にすることはないでしょう。

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まあ、そうは言っても実際のところ単項目のエラーチェックなどで、if-then文とif-thenルールとの違いがあまり表面化しない場合(単純なデータ構造で1回 if-then のチェックをすればよい場合など)も多々あるので、if-thenルールを記述できるBRMSを使うまでもないということもあるでしょう。

そんなときには、ちょっと手軽で安価な、手続き的に if-then文 を処理するBRMS (たとえばOpenRulesのsequential rule engine) を使ってもよいかと思います。

ただルールを手続き的な if 文で書こうとすることは、本質的にはJava(注3)やCobolなどなど従来の手続き型プログラミングをなぞっているという域を出るものではなく、本来のルールの宣言性を生かした宣言型のプログラムにはならないということは、きちんと認識しておいた方がよいかと思います。

手続き的な処理方法のBRMSで多少複雑な処理を行おうとすると、本来のBRMSのメリットである可読性が失われてしまい、メンテナンスの視点からは、結局従来のプログラムと何ら変わらないことになってしまうでしょう(注2)。要するに限界は限界として認識した上で、向き、不向きを判断して使うことが重要かと思います。

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今回は、概念的な宣言的プログラミングの説明で終わってしまいましたが、どこかで宣言的プログラミングの例をもう少し書いてみたいと思います。たとえばビジネスの例ではありませんが、ポーカーの役の判定などは、手続き的に書くとするとループを回したりする必要がありますが、ルールベースで書くと役の定義に素直に、比較的直感的に書けるので、良い例になりそうだと思っています。

(注0) ミスマッチという言葉を使ったのは、ここを書いていて、一昔前によく言われていたオブジェクト指向言語からRDBを呼び出す際に、それぞれの拠って立つモデルが違うことから実装が複雑になる「インピーダンス・ミスマッチ」という言葉が頭に浮かんできたので・・・。

(注1) ちなみに、これが、現在の一般的なBRMSの多くが、エキスパートシステム構築ツールをルーツに持っているという所以です。たとえば、IBMのOperational Decision Manager、FICOのBlaze Advisor、RedHatのJBoss Rules、Oracle Business Rulesは、いずれもReteアルゴリズムベースのエキスパートシステム構築ツールをルーツに持ちます。またSAPのルールエンジンはReteベースのようですし、ProgressのCorticonは、DeTIという独自のアルゴリズムですが、動き的にはReteと同等です。

(注2) なお、OpenRulesにはそのために制約プログラミングをベースとした Rule Solver というもうひとつのルールエンジンがあり、上記にあげたルールベース的な動きではありませんが、宣言的なプログラミングができるようになっています。

(注3) 余談ですが、最近では Java も流行の関数型のパラダイム (上にも書きましたが宣言型のパラダイムの一つ) を取り入れるようになってきています。ルールベース的な宣言とは、ちょっと違うのですが、個人的には、関数型は関数型で結構好きだったりもします。

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