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程序的形式验证. 张文辉 http://lcs.ios.ac.cn/~zwh. 程序 正确性的重要性. 应用广泛 航空 航天 金融 设备的控制 日常生活 软件错误的可能后果 火箭 Ariane 5 Explosion (1997) 火星气候轨道器 NASA Mars Climate Orbiter (1999). 程序 正确性. 程序 软件系统 软件系统行为. 正确性. 符合行为规范. 程序 正确性. 软件系统行为. 行为规范. 测试.

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Presentation Transcript
slide1

程序的形式验证

张文辉

http://lcs.ios.ac.cn/~zwh

slide2
程序正确性的重要性
  • 应用广泛
    • 航空
    • 航天
    • 金融
    • 设备的控制
    • 日常生活
  • 软件错误的可能后果
    • 火箭 Ariane 5 Explosion (1997)
    • 火星气候轨道器 NASA Mars Climate Orbiter (1999)
slide3
程序正确性

程序

软件系统

软件系统行为

正确性

符合行为规范

slide4
程序正确性

软件系统行为

行为规范

测试

Program testing can be used to show the presence of bugs, but never to show their absence!

-- Edsger W. Dijkstra

slide5
程序正确性

软件系统行为

行为规范

形式验证?

slide6
程序正确性

软件系统行为

行为规范

形式模型

逻辑公式

形式验证

slide7
程序正确性

软件系统行为

行为规范

形式模型

逻辑公式

基于谓词逻辑的描述

基于显式状态的描述(有穷状态系统)

slide8
程序正确性

软件系统行为

行为规范

形式模型

逻辑公式

命题逻辑、谓词逻辑:状态描述

时序逻辑:行为描述

slide9
程序正确性

软件系统行为

行为规范

形式模型

逻辑公式

形式验证

程序推理

模型检测

slide10
课程主要内容

谓词逻辑模型

程序逻辑

显式状态模型

形式模型

逻辑公式

形式验证

程序推理

模型检测

slide11
预期目标

掌握并能够综合应用以下知识:

程序与

系统模型

程序逻辑

验证方法

基本原理

几类

简单的

几类

简单的

11

slide12

课程资料网页

http://lcs.ios.ac.cn/~zwh/pv

slide13
主要参考资料

软件系统行为与程序正确性。

http://lcs.ios.ac.cn/~zwh/pv/pv13.pdf

slide14
参考书
  • Jacques Loeckx and Kurt Sieber. The Foundation of Program Verification. John Wiley & Sons Ltd., 1984.
  • Gerard J. Holzmann. Design and Validation of Computer Protocols. Prentice Hall, 1990.
  • Nissim Francez. Program Verification. Addison-Wesley Publishing Company Inc., 1992.
  • Edmund Clark, Orna Grumberg and Doron Peled. Model Checking. MIT press, 1999.
  • Doron A. Peled.Software Reliability Methods. Springer-Verlag. 2001.
  • Christel Baier and Joost-Pieter Katoen. Principles of Model Checking. MIT Press. 2008.
  • Krzysztof R. Apt, Frank S. de Boer, Ernst-Rüdiger Olderog. Verification of Sequential and Concurrent Programs. Springer-Verlag. 2009.
slide16
课程主要内容

谓词逻辑模型

程序逻辑

显式状态模型

形式模型

逻辑公式

形式验证

程序推理

模型检测

slide17
课程主要内容(1)

谓词逻辑模型

卫式迁移模型

显式状态模型

流程图模型

结构化循环语句模型

形式模型

Petri Nets

Timed Automata

-Automata

Kripke Structures

slide18
课程主要内容(2)

程序逻辑

逻辑公式

-演算

计算树逻辑CTL/CTL*

线性时序逻辑LTL

slide19
课程主要内容(3,4)

流程图模型/前后断言

计算树逻辑CTL

卫式迁移模型/LTL

线性时序逻辑PLTL

形式验证

程序推理

模型检测

slide20
课程主要内容

谓词逻辑模型

程序逻辑

显式状态模型

形式模型

逻辑公式

形式验证

程序推理

模型检测

slide21
课程主要内容

谓词逻辑模型

程序逻辑

显式状态模型

形式模型

逻辑公式

描述问题

刻画行为

描述问题

刻画行为

形式验证

程序推理

模型检测

slide22
课程主要内容

谓词逻辑模型

程序逻辑

显式状态模型

形式模型

逻辑公式

方法/算法

原理及应用

方法/算法

原理及应用

形式验证

程序推理

模型检测