基于k阶秩函数的线性赋值循环程序的终止性分析

循环程序的终止性是确保循环程序完全正确的必要条件。 如果给定的线性赋值循环程序不存在传统定义的线性秩函数,那么基于传统定义的秩函数终止性证明方法将失效。基于Aⁿx的精确计算,对传统的秩函数概念进行了扩展,提出了k阶秩函数的概念。使用RegularChains软件包给出了合成k阶秩函数的具体方法。实验结果表明,相比于传统定义的线性秩函数,k阶秩函数的适应范围更广。对于 不能用传统定义的秩函数证明其终止性的部分循环程序,可以基于k阶秩函数来证明,从而体现了所提方法的优越性。     

单分支线性约束循环程序的终止性分析

秩函数法是循环终止性分析的主要方法,秩函数的存在表明了循环程序是可终止的.针对单分支线性约束循环程序,提出一种方法对此类循环的终止性进行分析.基于增函数法向空间的计算,该方法将原程序空间上的秩函数计算问题归结为其子空间上的秩函数计算问题.实验结果表明,该方法能有效验证现有文献中大部分循环程序的终止性.     

循环程序的界函数合成

作为循环程序终止性分析的主流方法,当前的秩函数方法大多局限于线性或多项式秩函数的求解.针对循环程序若不存在对应的线性或多项式秩函数,现有秩函数方法就无法证明其终止性的问题,提出一个新的方法来合成给定循环程序对应的界函数.对于给定的循环程序,倘若能找到其界函数,则表明该循环程序是可终止的.首先将界函数的求解问题转化为一个...     

基于迭代轨迹划分的单分支循环程序终止性分析

秩函数作为循环程序终止性分析的重要方法已得到广泛研究。文中着重研究了单分支循环的终止性。首先提出了双向迭代循环概念，将单分支循环分为双向迭代循环和非双向迭代循环。其次，针对双向迭代循环程序，建立了一种划分思路，提出了三段式秩函数的概念，并证明了若该双向迭代循环存在三段式秩函数，则其是终止的。而对非双向迭代循环，引用增函数的划分思路，即利用增函数将原程序空间划分为更小的空间，并通过计算更小空间上的秩函数来证明原程序的终止性。最后，将三段式秩函数的计算问题归结为SVM分类问题，并利用工具Z3或bottema对由SVM所得的候选秩函数进行验证。     

基于SVM的多项式循环程序秩函数生成

程序终止性问题是自动程序验证领域中的一个研究热点.秩函数探测是进行终止性分析的主要方法.针对单重无条件分支的多项式循环程序,将其秩函数计算问题归结为二分类问题,从而可利用支持向量机（SVM）算法来计算程序的秩函数.与基于量词消去技术的秩函数计算方法不同,该方法能在可接受的时间范围内探测到更为复杂的秩函数.     

多项式循环程序的秩函数探测

秩函数法是循环程序终止性分析的主流方法.针对一类多分支多项式循环程序,这类程序的秩函数计算问题被证明可归结为单形上正定多项式的探测问题,从而便于利用线性规划工具Simplex去计算这类程序的秩函数.不同于现有基于柱形代数分解的量词消去算法,该方法能够在可接受的时间内计算更为复杂的多项式秩函数.     

基于深度学习和反例制导的循环程序秩函数生成

程序终止性判定是程序分析与验证领域中的一个研究热点. 针对非线性循环程序, 提出了一种基于反例制导的神经网络型秩函数的构造方法. 该方法采用学习组件和验证组件交互的迭代框架, 其中学习组件利用程序轨迹作为训练集合构造一个候选秩函数, 验证组件运用可满足性模理论(Satisfiability Modulo Theories, SMT)确保候选秩函数的有效性, 而由SMT返回的反例则进一步用于扩展学习组件中的训练集合以对候选秩函数进行精化.实验结果表明, 所提出的方法比已有的机器学习方法在秩函数的构造效率和构造能力上具有优势.     

基于Dixon结式和逐次差分代换的多项式秩函数探测方法

秩函数探测是循环程序终止性分析的重要方法，目前，已有很多研究者致力于为线性循环程序探测对应的线性秩函数，然而，针对具有多项式循环条件和多项式赋值的多项式型的循环，现有的秩函数探测方法还有所不足，解决方案大多是不完备的、或者具有较高的时间复杂度。针对现有工作对于多项式秩函数探测方法不足的问题，基于扩展Dixon结式（KSY方法）和逐次差分代换（SDS）方法，提出一种为多项式循环程序探测多项式型秩函数的方法。首先，将待探测的秩函数模板看作带参数系数的多项式，将秩函数的探测转换为寻找满足条件的参数系数的问题；然后，进一步将问题转换为判定相应的方程组是否有解的问题，至此，利用KSY方法中的扩展的Dixon结式，将问题更进一步简化为带参系数多项式（即结式）严格为正的判定问题；最后，利用SDS方法，找到一个充分条件，使得得到的结式严格为正，此时，可以获取满足条件的参数系数的取值，从而找到一个满足条件的秩函数，通过实验验证该秩函数探测方法的有效性。实验结果表明，利用该方法，可以有效地为多项式循环程序找到多项式秩函数，包括深度为d的多阶段多项式秩函数，与已有方法相比，该方法能够更高效地找到多项式秩函数，对于基于柱形代数分解（CAD）方法的探测方法因时间复杂度问题无法而应对的一些循环，利用所提方法能够在几秒内为这些循环找到秩函数。     

命令式程序终止性验证方法综述

作为软件完全正确性的重要组成部分,程序终止性受到越来越多的关注。旨在跟踪国内外针对命令式程序的终止性验证方法,调研该领域的最新研究成果,同时提出解决该问题的建议性方法框架,对命令式程序终止性研究提供有意义的帮助。给出了程序终止性问题的定义,介绍了已有的数值程序、堆操作程序终止性验证方法,并分别进行了分析与对比。总结了当前研究中存在的难点与热点问题,给出了一种基于模型检验的C程序终止性验证框架,该框架可以作为研究命令式程序终止性的基本框架。     

脉动阵列的自动综合—FP方法

本文将FP代数,重写理论与脉动阵列(Systolic Arrays)的设计结合起来,研究了脉动阵列的形式化设计和自动综合的问题。文章中提出的FP/B并发计算型,不但可表示某一类FP/B递归方程的展开式解,而且可以用来等价地对算法进行重新描述,从而开发了计算的并行性和流水线性,获得一个规整高效的计算结构。文章形式地用FP/B定义了脉动式,并根据FP/B代数,建立了具有终止性和保持正确性的脉动阵列重写系统,它能将用户FP/B程序自动转换为等价的脉动式,再根据FP/B并发计算型及一些函数的几何语义可较为直接地获得一个脉动阵列的硬件描述。文末给出一个例子加以说明。     

Recent advances in program verification through computer algebra

In this paper, we summarize the results on program verification through semi-algebraic systemsSASs solving that we have obtained, including automatic discovery of invariants and ranking functions, symbolic decision procedure for the termination of a class of linear loops, termination analysis of nonlinear systems, and so on.     

Ranking function synthesis for bit-vector relations

Ranking function synthesis is a key component of modern termination provers for imperative programs. While it is well-known how to generate linear ranking functions for relations over (mathematical) integers or rationals, efficient synthesis of ranking functions for machine-level integers (bit-vectors) is an open problem. This is particularly relevant for the verification of low-level code. We propose several novel algorithms to generate ranking functions for relations over machine integers: a complete method based on a reduction to Presburger arithmetic, and a template-matching approach for predefined classes of ranking functions based on reduction to SAT- and QBF-solving. The utility of our algorithms is demonstrated on examples drawn from Windows device drivers.     

Recent advances in program verification through computer algebra

In this paper, we summarize the results on program verification through semi-algebraic systems (SASs) solving that we have obtained, including automatic discovery of invariants and ranking functions, symbolic decision procedure for the termination of a class of linear loops, termination analysis of nonlinear systems, and so on.     

Novel numerical methods for reliability analysis and optimization in engineering fuzzy heat conduction problem

Engineering fuzzy heat conduction problem with subjective uncertainties in input parameters constitutes a significant challenge. Based on fuzzy and interval theory, this paper presents novel numerical methods to efficiently identify the effect of fuzzy uncertainty on the system reliability analysis and optimization design. Firstly using the interval ranking strategy, the interval safety possibility in the transition state can be precisely quantified, and the eventual fuzzy safety possibility is calculated by integral operation. Then a fuzzy reliability-based optimization model is established with considerable computational cost caused by the two-layer nested loop. In order to improve the computational efficiency, a subinterval perturbation method based on the first-order Taylor series is presented to replace the inner loop. Comparing numerical results with traditional reliability model, two numerical examples are provided to evidence the superiority of proposed model and method for fuzzy reliability analysis and optimization in practical engineering.