模糊Büchi自动机的等价刻画

模糊语言的研究是形式语言研究的焦点之一,然而如何对模糊语言进行刻画甚至更好地分类是其中一个重要研究方向.文章在模糊ω-语言的研究基础上,从模糊逻辑角度研究了模糊ω-正则语言的等价刻画.首先借助广义子集构造方法,证明了任一模糊Büchi自动机与具有分明初始状态和状态转移函数且具有模糊终状态的模糊Büchi自动机是等价的,藉此研究了模糊ω-正则语言的代数刻画和层次刻画,讨论了模糊ω-正则语言关于正则运算的封闭性;其次引入单体二阶(L)ukasiewicz逻辑的概念,给出模糊Büchi自动机识别语言的等价逻辑刻画;最后通过引入ω-星自由和ω-非周期模糊ω-语言,利用“层次化”处理技巧得到了多值逻辑意义下的分类定理,对模糊ω-正则语言给出了一种分类方法.     

基于EHA模型检验Statecharts

模型检验是一种重要的形式化自动验证技术。Statecharts是一种用以规约复杂反应式系统行为的可视化语言。为了验证Statecharts模型是否满足所期望的性质,该文给出了一种基于EHA模型检验Statecharts的方法,首先把Statecharts转换为EHA,通过其操作语义得到Büchi自动机,然后与LTL公式所得的Büchi自动机相乘,最后检查该乘积自动机所能接受的语言是否为空,来判断是否满足所期望的性质。     

基于标记Büchi自动机的时态描述逻辑ALC-LTL模型检测

时态描述逻辑将描述逻辑的刻画能力引入到命题时态逻辑中,适合于在语义Web环境下对相关系统的时态性质进行刻画.为了对这些时态性质进行高效的验证,在ALC-LTL的基础上研究了时态描述逻辑的模型检测问题.一方面,使用时态描述逻辑ALC-LTL公式来表示待验证的时态规范;另一方面,在对系统建模时借助描述逻辑ALC对领域知识进行刻画.针对上述扩展后得到的模型检测问题,提出了基于自动机的ALC-LTL模型检测算法.模型检测算法由3个阶段组成:首先将时态规范的否定形式和系统模型分别构造成标记büchi自动机;接下来构造这两个自动机的乘积自动机,并将关于ALC的推理机制融入到乘积自动机的构造过程中;最后对该乘积自动机进行判空检测.与LTL模型检测相比,时态描述逻辑ALC-LTL的模型检测引入了描述逻辑的刻画和推理机制,可以在语义Web环境下对语义Web服务等复杂系统的时态性质进行刻画和验证.     

一种有效的基于LTL和Petri网的模型检测方法

模型检测的一个主要方法是构建线性与时序逻辑（LTL）公式φ的否定形式等价的Büchi自动机Aφ和系统模型M的正交积，并检测正交积的可接受语言是否为空。通过对Generalized Büchi自动机进行化简，可以减小自动机的状态空间，从而提高模型检测的效率。根据所提出的方法设计并实现的基于LTL和Petri网进行模型检测的工具包，可以有效地对基于Petri网表示的系统模型进行模型检测。     

Büchi自动机的优化综述

对Büchi自动机进行优化是提高基于自动机的模型检测效率的重要手段.对直接模拟关系、延迟模拟关系和公平模拟关系的概念,进行了比较,并探讨了基于这些模拟关系的自动机优化方法.基于左右语言的优化是完全基于自动机理论的优化方法,于是深入探讨了利用左右语言对Büchi自动机的优化绍方法.最后对未来的研究方向作了简要的介绍.     

基于线性时态逻辑的Petri网模型检测研究

线性时态逻辑Petri网结合了Petri网和时序逻辑的优点,清晰简洁的描述并发系统事件间的时序和因果关系,包括系统的活性和安全性.其中自动机的体积是模型检验的一个关键性问题,为了得到尽可能小体积的自动机,在LTL公式转换为Büchi自动机之前,对LTL公式进行预处理来减少冗余,然后通过布尔技术优化自动机.     

Büchi自动机确定化分析工具

无限字自动机的确定化是理论计算机研究重要的一部分,在形式化验证,时序逻辑,模型检测等方面有重要应用.自Büchi自动机提出半个世纪以来,其自动机的确定化算法始终是其中的基础.有别于当初只是在理论上对其大小上下界的探索,利用日新月异的高性能计算机技术不失为一种有效的辅助手段.为了深入研究非确定性Büchi自动机确定化算法的实现过程,我们希望重点研究确定化过程中的索引能否继续被优化的问题,实现了确定化研究工具NB2DR.可以对非确定性Büchi自动机进行高效的确定化,并通过工具提供的分析其确定化过程来达到对其确定化算法改进的目的.通过对生成的确定性无限字自动机的索引的深入分析来探索相关索引的理论.该工具还实现了可以根据需要的Büchi自动机的大小与字母表参数,生成确定化的Rabin自动机族,亦可以反向根据需要的指定索引的大小来生成全部Büchi自动机族,测试生成无限字自动机的等价性等功能.     

一种基于Büchi自动机的LTL程序模型检测方法

时序逻辑程序的形式化验证对提高程序的正确性具有重要意义。基于自动机的理论,用标签转移系统（S）表示程序的行为,用时序逻辑公式（F）描述程序的性质,构建相应的Büchi自动机,从而证明形式化公式SF是否可满足。     

一种基于自动机理论的LTL检验符号优化方法

模型检验是一种重要的形式化自动验证技术。检验一个模型是否满足LTL公式,可以把LTL公式转换为一个表示相同无穷状态序列的ω自动机,通过转换后的ω自动机与系统自动机的乘积判空来进行模型检验。由于自动机的体积是模型检验的一个关键性问题,为了得到尽可能小的自动机,在LTL公式转换为ω自动机之前,对LTL公式进行预处理来减少冗余,然后基于ROBDD,通过布尔技术优化自动机。     

面向参数化LTL的预测监控器构造技术

介绍了一种基于自动机理论的参数化LTL(parameterized LTL(linear temporal logic),简称P_ALTL)公式运行时预测监控器构造方法.一方面研究P_ALTL公式的语法、预测语义、赋值提取以及赋值绑定等重要概念,从语法层面保证公式中参数化变量的正确绑定(binding)和使用(using);另一方面给出参数化预测监控器的概念.它由静态和动态两部分组成,静态部分由参数化Büchi自动机表示,动态部分为当前状态处的变量赋值.在系统运行过程中,预测监控器基于静态部分的参数化Büchi自动机,以on-the-fly的方式在当前状态处动态地提取和绑定变量赋值,递进地验证当前程序运行是否满足指定的参数化性质规约.在该过程中,参数化监控器能够精确地识别被验证性质的最小好/坏前缀.     

基于启发式NDFS的模型检测新算法

以带有多个可接受条件的广义Büchi自动机为研究对象,提出基于启发式NDFS的模型检测新算法.该算法结合on-the-fly算法与启发式NDFS算法,能较快地判断出广义Büchi自动机非空性,通过理论证明和实验验证了算法的正确性和可行性.与已有算法相比,在广义Büchi自动机非空的情况下,该算法减少了系统状态空间的搜索,提高了检测效率,且能形成相应反例,为缓解形式化验证中的状态空间爆炸问题提供了有效的解决途径,为安全苛求系统的安全性保障提供了有力支撑,丰富了基于模型的软件形式化开发方法.     

LTL公式到自动机的转换

在LTL公式和自动机理论的基础上,给出了一种从LTL公式到自动机的转换算法.该算法先简化LTL公式,然后再对简化的LTL公式转换,形成选择Buchi自动机.此算法与其他算法相比,具有可扩展性的优点,可以在此基础上形成属性描述语言PSL向自动机的转换.     

一种利用非确定规划的LTL合成方法

LTL合成(Linear Temporal Logic synthesis)是程序合成(program synthesis)的一类重要子问题, 旨在自动构建一个控制器(controller), 且要求该控制器和环境(environment)的行为交互满足给定的LTL公式.一般来说, 可以将LTL合成定义为二人博弈(two-player game)问题, 博弈的双方是环境和控制器, 该问题的解称为合成策略.近年来, 有研究从理论角度讨论了LTL合成与非确定规划(non-deterministic planning)的相关性.基于此, 本文提出了一种新的利用非确定规划求解LTL合成问题的方法, 并证明了方法的正确性和完备性.具体而言, 首先获得LTL公式对应的Büchi自动机, 结合二人博弈定义, 将LTL合成问题转换为完全可观测的非确定规划模型, 然后交由高效规划器求解.通过实验结果说明, 与其他LTL合成方法相比, 本文提出的基于规划的合成方法在解质量方面具有较大的优势, 能够获得规模较小的合成策略.     

构建度量区时序逻辑的时间自动机

在实时系统的形式验证中,为了直接验证带有明显时间约束的性质,选用了一种被广泛接受的(线性时间)实时时序逻辑——度量区时序逻辑来描述待验证的性质;提出了基于迁移的扩展时间B chi自动机;构建了度量区时序逻辑的基于迁移的扩展时间B chi自动机。这样扩展了已有实时系统模型检测工具的性质规范语言的表达能力,使其能直接处理和验证带有明显时间约束的性质。实现的工具表明,该算法有效且可行,并且显著地减少了结果自动机节点和迁移的数量,从而降低了结果自动机的大小,有利于进一步的模型检测过程。     

基于SCC空性检测中状态空间的缩减方法

对Couvreur提出的基于强连通图的空性检测算法进行改进,使基于嵌套的深度优先搜索与基于强连通图搜索算法的优势结合起来,在对基于迁移的扩展(具有多个可接受条件)Büchi自动机进行空性检测过程中,使用一个布尔变量标识一个状态,不仅节省了内存消耗,而且一般情况下的性能明显优于已有的算法,最坏情况等同于Couvreur的算法.同时反例寻找过程等同于基于强连通图的检测算法.     

UML Statecharts的模型检验方法

统一建模语言UML已广泛应用于软件开发中,验证UML模型是否满足某些关键性质成为一个重要问题.提出了对UML Statecharts进行模型检验的方法.首先用扩展层次自动机结构化地表示UML Statecharts,然后给出其操作语义,通过寻找最大无冲突迁移集可以保证语义的正确性.对于具有无穷运行的系统,该操作语义可以映射到一个Büchi自动机.使用基于自动机理论的模型检验方法来验证UML Statecharts的线性时态逻辑性质,并给出方法验证由Statecharts和协同图建模的复杂多对象系统.     

APTL公式的可满足性检查工具

交替投影时序逻辑（Alternating Projection Temporal Logic,简称APTL）公式简单易懂,表达能力强;不仅可以描述经典时序逻辑LTL可以描述的性质,而且可以描述与区间相关的顺序和循环性质以及开放系统和多智能体系统中与博弈相关的性质.在验证系统是否满足所给的APTL公式所描述的性质之前需要检查公式的可满足性.本文根据检查APTL公式的可满足性的方法^[1],开发实现了工具APTL2BCG.具体细节如下：首先,利用公式P的范式构造P的标记范式图（Labeled Normal Form Graph,简称LNFG）;然后,将LNFG转化为广义的基于并发博弈结构的交替Büchi自动机（Generalized alternating Büchi automaton over Concurrent Game structure,简称GBCG）;最后,将GBCG转化为基于并发博弈结构的交替Büchi自动机（alternating Büchi automaton over Concurrent Game structure,简称BCG）并且化为最简形式并检查公式P的可满足性.     

联锁逻辑形式化模型检验的研究

利用自动机理论模型检验算法，检验车站联锁逻辑的有色Petri网模型是否满足预期的性能。通过采用带标签的广义Büchi自动机(LGBA)构建线性时态逻辑，有效地解决了模型检验中的状态空间爆炸问题。该方法的研究增强了有色Petri网的分析和验证能力，利用该方法对车站联锁逻辑的实际问题进行了性能验证。     

PSL构造双向交换自动机及非确定自动机的方法

PSL(property specification language)是一种用于描述并行系统的属性规约语言,包括线性时序逻辑FL(foundation language)和分支时序逻辑OBE(optional branching extension)两部分.由于OBE就是CTL(computation tree logic),并且具有时钟声明的公式很容易改写成非时钟公式,因此重点研究了非时钟FL逻辑.为便于进行模型检验,每个FL公式必须转化成为一种可验证形式,通常是自动机(非确定自动机).构造非确定自动机的过程主要是通过中间构建交换自动机来实现.详细给出了由非时钟FL构造双向交换自动机的构造规则.构造规则的核心逻辑不仅仅局限于是在LTL(linear temporal logic)基础上的正规表达式,而且全面而充分地考虑了各种FL操作算子的可能性.并且给出了将双向交换自动机转化为非确定自动机的一种方法.最后,编写了将PSL转化为上述自动机的实现工具.FL双向交换自动机的构造规则计算复杂度仅是FL公式长度的线性表达式,验证了构造规则的正确性.在此基础上,证明了双向交换自动机与其转化的等价的非确定自动机接受的语言相同.上述工作对解决复杂并行系统建模和模型验证问题具有重要的理论意义和应用价值.     

量子Müller自动机与单体二阶量子逻辑

给出量子Müller自动机（简称LVMA）的概念,通过引入量子有限步可识别语言和量子状态构造方法,证明了在量子逻辑意义下4类量子Müller自动机彼此相互等价.利用该等价性,建立了量子无穷正则语言的代数刻画和层次刻画,籍此研究了量子无穷正则语言关于无穷正则运算的封闭性.同时,给出了量子Müller自动机所识别语言的单体二阶逻辑描述,深化和推广了量子逻辑意义下的Büchi基本定理.