MoBvaBon Symme mmetric Queries as as a Bui a Build lding - PDF document

6/2/15 ¡ MoBvaBon ¡ Symme mmetric ¡ ¡Queries ¡ ¡� as as ¡a ¡Bui ¡a ¡Build lding ¡Blo ng ¡Block ¡� ck ¡� • What’s ¡unique ¡in ¡data ¡access ¡paGerns ¡ for ¡Ef8icient for ¡ f8icient ¡ ¡Pa Para rallel el ¡ ¡Query ¡ ery ¡Eva valuation� ion� in ¡data-­‑intensive ¡applicaBons? ¡ ¡ • While ¡such ¡unique ¡data ¡access ¡ paGerns ¡demands ¡special ¡buffer ¡ Yuqing ¡Melanie ¡Wu ¡ management ¡in ¡tradiBonal ¡DB ¡ Pomona ¡College ¡ ¡ ¡ ¡Indiana ¡University ¡ engines, ¡how ¡about ¡in ¡parallel ¡ Claremont, ¡CA ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Bloomington, ¡IN ¡ environment? ¡ ¡ ¡ MoBvaBon ¡ Open ¡QuesBons ¡ • Same ¡query, ¡different ¡complexity ¡ • Is ¡there ¡any ¡summery ¡info ¡or ¡techniques ¡that ¡ – B: ¡Boolean ¡ A: ¡Aggregated ¡value ¡ can ¡help ¡speed ¡up ¡queries ¡that ¡usually ¡ – – I ¡: ¡Object ¡incidence ¡ demands ¡large ¡number ¡of ¡(self) ¡joins? ¡ • Example ¡applicaBons: ¡ ¡ ¡ • For ¡queries ¡whose ¡complexity ¡is ¡between ¡ Q 1 . ¡parts ¡that ¡are ¡supplied ¡by ¡at ¡least ¡three ¡suppliers ¡ the ¡groups, ¡to ¡what ¡degree ¡are ¡their ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Q 1 B : ¡Does ¡there ¡exist ¡a ¡part ¡that ¡is ¡supplied ¡by ¡at ¡least ¡three ¡suppliers? ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Q 1 A : ¡How ¡many ¡parts ¡are ¡supplied ¡by ¡at ¡least ¡three ¡suppliers? ¡ ¡ evaluaBon ¡parallelizable? ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Q 1 I ¡ : ¡Find ¡all ¡parts ¡that ¡are ¡supplied ¡by ¡at ¡least ¡three ¡suppliers. ¡ Q 2 . ¡parts ¡that ¡are ¡supplied ¡by ¡all ¡suppliers ¡ • If ¡some ¡of ¡these ¡queries ¡are ¡not ¡naturally ¡ Q 3 . ¡a ¡set ¡of ¡more ¡than ¡one ¡part ¡that ¡is ¡supplied ¡by ¡the ¡same ¡set ¡of ¡suppliers ¡ Q 4 . ¡pairs ¡of ¡parts ¡such ¡that ¡if ¡a ¡supplier ¡supplies ¡the ¡first ¡one, ¡it ¡must ¡supply ¡the ¡second ¡one ¡ parallelizable, ¡can ¡we ¡find ¡sub-­‑queries ¡that ¡ Q 5 . ¡pairs ¡of ¡parts ¡such ¡that ¡there ¡is ¡at ¡least ¡one ¡supplier ¡that ¡supplies ¡both ¡ Q 6 . ¡pairs ¡of ¡parts ¡such ¡that ¡there ¡is ¡no ¡supplier ¡that ¡supplies ¡both ¡ are? ¡ ¡ Q 7 . ¡pairs ¡of ¡parts ¡such ¡that ¡there ¡are ¡exactly ¡two-­‑hundred ¡suppliers ¡that ¡supply ¡both ¡ Broader ¡QuesBons ¡ Symmetric ¡Queries ¡ • What ¡are ¡the ¡language ¡whose ¡queries ¡are ¡ • Why ¡symmetric? ¡ naturally ¡parallelizable? ¡ ¡ • Symmetric ¡queries ¡we ¡idenBfied ¡? ¡ • How ¡can ¡we ¡idenBfy ¡parallelizable ¡ – QuineCALC ¡ components ¡in ¡a ¡generic ¡query? ¡ ¡ ¡ ¡ • How ¡can ¡we ¡evaluate ¡a ¡generic ¡query ¡ – SyCALC ¡ efficiently ¡in ¡a ¡parallel ¡environment? ¡ ¡ 1 ¡

6/2/15 ¡ ProperBes ¡ Findings ¡ ¡ • QuineCALC ¡ • All ¡QuineCALC ¡queries ¡are ¡counBng ¡only. ¡ ¡ – A ¡restricted ¡first-­‑order ¡logic ¡ • For ¡every ¡SyCALC ¡query ¡q, ¡for ¡every ¡natural ¡ – A ¡generalizaBon ¡of ¡symmetric ¡n-­‑ary ¡Boolean ¡ number ¡n, ¡there ¡exist ¡a ¡symmetric ¡funcBon ¡that ¡ funcBon ¡ is ¡n-­‑equivalent ¡to ¡q. ¡ ¡ • SyCALC ¡ • For ¡all ¡natural ¡number ¡m,n ¡and ¡for ¡every ¡ – Extension ¡of ¡QuineCALC, ¡accommodaBng ¡ symmetric ¡relaBonal ¡funcBon ¡on ¡sequence ¡ projecBon ¡and ¡Cartesian ¡product. ¡ of ¡n ¡sets ¡that ¡return ¡m-­‑ary ¡relaBons, ¡there ¡ exist ¡an ¡equivalent ¡SyCALC ¡query. ¡ ¡ Language ¡Classes ¡ ¡ Findings ¡(cont.) ¡ • A ¡SyCALC ¡query ¡is ¡counBng-­‑only ¡only ¡if ¡it ¡ is ¡equvalent ¡to ¡a ¡quanBfied ¡Boolean ¡ combinaBon ¡of ¡QuineCALC ¡query. ¡ • It ¡is ¡undecidable ¡whether ¡a ¡SyCALC ¡query ¡ is ¡counBng-­‑only. ¡ ¡ • It ¡is ¡decidable ¡whether ¡a ¡SyCALC ¡query ¡is ¡ counBng-­‑only. ¡ Next ¡Steps ¡ EducaBon ¡ ¡ This ¡is ¡not ¡a ¡second ¡thought ¡ • ApplicaBons ¡– ¡What’s ¡new/unique ¡about ¡the ¡ queries ¡in ¡ ¡ • The ¡whole ¡industry ¡expect ¡CS ¡majors ¡to ¡ – Graph ¡DB ¡ be ¡familiar ¡with ¡the ¡parallel ¡compuBng ¡ – Complex ¡systems ¡ environment. ¡ ¡ ¡ – Sensor ¡network ¡ – Bio-­‑info ¡ • Another ¡push ¡like ¡OO ¡or ¡more? ¡ ¡ – …… ¡ ¡ • ImplemenBng ¡QuineCALC ¡and ¡SyCALC ¡ • Query ¡decomposiBon ¡ 2 ¡

6/2/15 ¡ IU ¡undergrad ¡curriculum ¡ Pomona ¡undergrad ¡curriculum ¡ Core: ¡ ¡intro ¡to ¡CS ¡ Intro ¡courses: ¡ ¡intro ¡to ¡CS ¡ ¡ ¡intro ¡to ¡ ¡sogware ¡systems ¡ ¡ ¡ ¡fundamentals ¡of ¡CS ¡ ¡ ¡discrete ¡structures ¡for ¡CS ¡ ¡ ¡ ¡discrete ¡math ¡ ¡ ¡data ¡structure ¡ ¡ ¡ ¡ ¡data ¡structure ¡ ¡ ¡ ¡ ¡computability ¡and ¡logic ¡ SpecializaBon: ¡ ¡foundaBon ¡ ¡ ¡ ¡ ¡intelligent ¡systems ¡ core: ¡programming ¡language ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Programming ¡languages ¡ ¡ ¡algorithms ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Systems ¡ ¡ ¡systems ¡ elecBve: ¡ ¡fundamentals ¡of ¡compuBng ¡theory ¡ ¡DB ¡concepts ¡ elecBve: ¡ ¡sogware ¡engineering ¡ ¡ ¡database ¡ ¡ ¡algorithm ¡design ¡and ¡analysis ¡ ¡ ¡ ¡roboBc ¡ ¡ ¡user ¡interface ¡design ¡ ¡ ¡roboBc ¡ ¡ ¡programming ¡languages ¡ ¡ ¡ ¡ ¡intro ¡to ¡verificaBon ¡ ¡ ¡compiler ¡design ¡ ¡ ¡ ¡computer ¡architecture ¡ ¡ ¡compiler ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡digital ¡design ¡ ¡ ¡natural ¡language ¡processing ¡ ¡operaBng ¡systems ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡computer ¡structures ¡ ¡ ¡ ¡ ¡distributed ¡systems ¡ ¡ ¡computer ¡vision ¡ ¡ ¡ ¡computer ¡graphics ¡ ¡ ¡intro ¡to ¡OS ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡quantum ¡compuBng ¡ ¡ ¡arBficial ¡intelligence ¡ ¡ ¡parallel ¡and ¡real-­‑Bme ¡compuBng ¡ ¡ ¡intro ¡to ¡AI ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡cryptography ¡ ¡ ¡computer ¡network ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡……. ¡ ¡ ¡intro ¡to ¡network ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡……. ¡ EducaBon ¡ ¡ • What ¡has ¡been ¡pushed ¡into ¡ Thank ¡you ¡ undergraduate ¡educaBon? ¡ ¡ ¡ • Are ¡they ¡in ¡the ¡correct ¡courses? ¡ ¡ Please ¡contact ¡me ¡at ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ • What ¡are ¡the ¡core ¡concepts ¡of ¡ ¡Melanie.Wu@pomona.edu ¡ parallelism? ¡ ¡ ¡ 3 ¡