Куайн (программирование)

Куайн (квайн, англ. quine) — компьютерная программа, которая выдаёт на выходе точную копию своего исходного текста. При этом программы, использующие внешние данные (чтение текста программы из файла, ввод его с клавиатуры и так далее), куайнами не считаются. Кроме того, не считается куайном «программа», не содержащая вообще никакого кода (вырожденный случай).

В книге «Этюды для программистов» Чарльза Уэзерелла сформулировано более строгое условие: программа не должна пользоваться приёмами, позволяющими получить доступ к своему исходному коду, хранящемуся в памяти загрузчика или интерпретатора. Поэтому куайны 10 LIST на бейсике и SOURCE TYPE на языке Форт — не совсем честные.

Термин получил название от имени американского логика и философа Уилларда Ван Ормана Куайна (1908—2000), который занимался углублённым изучением косвенной самореференции (англ. indirect self-reference).

История

Куайны возможны в любом тьюринг-полном языке программирования — как следствие теоремы Клини о рекурсии. Идея куайнов была впервые описана Полом Братли (англ. Bratley, Paul) и Жаном Милло (англ. Millo, Jean) в «Computer Recreations; Self-Reproducing Automata», Software — Practice & Experience, выпуск 2 (1972), с. 397—400. Братли заинтересовался саморепродуцированием программ после знакомства с первой такой программой, написанной на языке программирования Atlas Autocode в Эдинбурге в 1960-х годах преподавателем и исследователем Хэмишем Дюаром (англ. Hamish Dewar).

Вот исходный текст этой программы:

%BEGIN
!THIS IS A SELF-REPRODUCING PROGRAM
%ROUTINESPEC R
R
PRINT SYMBOL(39)
R
PRINT SYMBOL(39)
NEWLINE
%CAPTION %END~
%CAPTION %ENDOFPROGRAM~
%ROUTINE R
%PRINTTEXT '
%BEGIN
!THIS IS A SELF-REPRODUCING PROGRAM
%ROUTINESPEC R
R
PRINT SYMBOL(39)
R
PRINT SYMBOL(39)
NEWLINE
%CAPTION %END~
%CAPTION %ENDOFPROGRAM~
%ROUTINE R
%PRINTTEXT '
%END
%ENDOFPROGRAM

Вариации

Куайн n-го порядка

Куайном n-го порядка для $n>1$ называется программа, которая выводит на экран такой код $A_{1}$, что $\forall k:1<k<n$ запуск кода $A_{k-1}$ выводит на экран код $A_{k}$. При этом код $A_{n-1}$ выводит на экран код изначальной программы.

Цепной куайн

Цепным куайном для списка языков программирования $A_{1},...,A_{n}$ называется такой код на языке $A_{1}$, что при поочерёдном запуске всех кодов $\forall k<n$ код на языке $A_{k}$ выводит произвольный код на языке $A_{k+1}$. При этом сгенерированный в результате $n-1$ шагов код на языке $A_{n}$ выводит на экран изначальный код на языке $A_{1}$.

Японский программист Юсукэ Эндо в 2013 году создал цепной куайн для $n=50$ с началом на языке программирования Ruby (впрочем, согласно определению, благодаря цикличности алгоритма при наличии кодов на всех языках начинать исполнение цикла можно с любого из них). Языки программирования в куайне расположены в алфавитном порядке. К 2018 году он довёл число языков в этом куайне до 128.

Другие вариации

Юсукэ Эндо также создал псевдокуайн на Ruby, выводящий свой текст с помощью псевдоанимации (прорисовки новых комбинаций символов на консоли с заданным интервалом).

Также своеобразной математической вариацией куайна можно считать самореферентную формулу Таппера — неравенство, точки истинности которого в определённой области плоскости рисуют эту же формулу.

См. также

• HQ9+ — эзотерический язык программирования; позволяет с помощью одной команды вывести свой выполняющийся код.

Литература

• Ч. Уэзерелл, Этюды для программистов, М.: «Мир», 1982, с. 59.
• Хофштадтер, Дуглас: «Гедель, Эшер, Бах: эта бесконечная гирлянда». Издательство: Бахрах-М. ISBN 5-94648-001-4, 0-465-02656-7. 2001 г.