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# GC切り替え可能な意味論的等価性 - 研究提案
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作成日: 2025-08-27
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## 研究テーマ
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プログラミング言語において、ガベージコレクション（GC）の有効/無効を切り替えても、プログラムの動作が完全に同一となる「意味論的等価性」を保証する言語設計の研究。
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## 研究背景
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従来、プログラミング言語は以下の2つのカテゴリに分類される：
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1. **GCあり言語**: Java, Go, Python等
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- 自動メモリ管理により開発が容易
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- 実行時オーバーヘッドが不可避
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2. **GCなし言語**: C++, Rust等
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- 手動メモリ管理により高性能
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- 開発の複雑性が高い
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この二分法を超えて、**同一のコードでGCあり/なしを切り替え可能**な第三の道を探求する。
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## 研究目的
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1. GC切り替え可能な言語の理論的基盤を確立
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2. 意味論的等価性を保証する制約条件を明確化
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3. 実用的な実装方法を提示
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4. 開発効率と実行性能の両立を実証
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## 主要概念
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### 所有権森（Ownership Forest）
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定義: オブジェクトグラフが以下の条件を満たすとき、所有権森と呼ぶ
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1. 循環参照が存在しない（DAG性）
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2. 各ノードが唯一の所有者を持つ（単一所有）
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3. 解放順序が決定的である（決定性）
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### 意味論的等価性
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定義: プログラムPについて、以下が成立するとき意味論的等価という
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∀input. execute_with_gc(P, input) = execute_without_gc(P, input)
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## 研究計画
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### Phase 1: 理論構築（3ヶ月）
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- 形式的な言語モデルの定義
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- 所有権森の数学的定式化
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- 等価性証明の枠組み構築
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### Phase 2: 実装（6ヶ月）
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- Nyash言語での実装
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- GC切り替え機構の開発
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- リーク検出システムの構築
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### Phase 3: 評価（3ヶ月）
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- ベンチマークスイートの作成
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- 性能評価実験
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- 開発効率の測定
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## 期待される成果
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1. **学術的貢献**
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- 新しいメモリ管理パラダイムの提示
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- GCの役割に関する新しい視点
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- 形式的な等価性証明
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2. **実用的貢献**
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- 開発時と本番時で異なる実行モード
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- メモリリークの早期発見
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- 性能とのトレードオフ解消
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## 関連研究
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- Region-based memory management
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- Linear types and ownership
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- Compile-time garbage collection
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- Rust's ownership system
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## 研究チーム
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- 主研究者: [TBD]
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- 共同研究者: Nyashプロジェクトチーム
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- アドバイザー: [TBD]
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*この研究提案は随時更新されます*
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