一个Object-Z规格说明的证明责任产生器

定理证明是一种形式化验证技术,也是形式化方法的重要组成部分,它能从形式规格说明中推理出应具备的性质与属性,从而可以对规格说明进行形式验证。Object-Z是形式规格说明语言Z的面向对象扩充,基于集合论与数理逻辑,具有严密的逻辑性,适合于精确地描述大型软件系统,并且可以对其形式规格说明进行推理。设计一个证明责任产生器,从Object-Z形式规格说明出发,按照相关规则自动抽取相应的证明责任,这些证明责任可以直接输入到已有的定理证明器Z/EVES中进行证明之。证明责任产生器起着Object-Z规格说明编辑器与证明器Z/EVES之间的桥梁作用,方便于Object-Z形式规格说明的验证。     

基于Object-Z多态推理

Object-Z是形式规格说明语言Z的面向对象扩充,基于严格的集合论与数理逻辑,具有面向对象的特点：类、对象、继承、封装与多态等。用它可以精确描述大型软件需求规格说明,且能够进行严密的逻辑推理与验证。本文主要探讨了它的多态性推理,给出了相应的推理规则与方法,可以推理出Object-Z的多态行为,并着重体现推理的重用。     

产生证明责任验证Object—Z规格说明的行为子类型继承

Object-Z是形式规格说明语言Z的面向对象扩充,具有面向对象特点,适合描述大型面向对象软件规格说明.行为子类型继承是一种子类型继承,子类型对象拥有其超类对象的行为与属性,如果行为子类型对象替代其超类型对象时,运行时不会出错,经过验证过的形式规格说明不必再验证.本文对Object-Z定义了行为子类型继承,尤其我们系统地提出一个实现行为子类型继承和对规格说明产生相关证明责任的方法,其中这些证明责任可以判定形式规格说明是否按照其行为子类型方法进行开发的.最后,充分利用定理证明器Z/EVES来分析与验证所产生的证明责任.     

使用Object-Z获取形式需求

针对软件需求描述中用UML描述的模型与形式需求说明相比不利于推理和验证的问题,使用统一过程建立用UML描述的需求模型并对其进行形式化,获得用Object-Z描述形式需求说明的方法和步骤,并结合实例进行论述. 提出利用形式方法验证和确认非形式需求规格说明的过程. 该研究为验证和确认非形式规格说明提供1种有效方法.     

GJK算法的一种特殊情形的形式化验证和应用

计算几何算法经常用于机器人避碰运动规划等安全攸关领域,对这些算法进行正确性证明非常重要.用形式化方法对算法进行验证是一种十分有效的手段,尤其是定理证明的方法用严格的数学公理和定理推理证明逻辑模型的性质,对所验证的性质而言是完备的.基于GJK算法设计了计算空间两条线段间距离的算法,用定理证明器HOL4对其相关的定义和定理进行形式化定义和证明,进而基于霍尔逻辑完成形式化表示和证明,对该算法的正确性实现了形式化验证.最后,给出了这一经过验证的算法在双臂机器人无碰撞运动规划中的应用.     

SpaceWire译码电路在HOL4中的形式化验证

SpaceWire是在苛刻环境下的高速通信总线协议,译码电路是其接收端的关键电路,对该电路进行形式化验证具有重要的现实意义.形式化验证方法中的定理证明将需要分析的电路进行形式化建模,结合定理证明器,对模型的性质进行严格推理从而完成验证.本文运用定理证明的方法,在高阶逻辑证明工具HOL4中对SpaceWire总线的译码电路进行形式化验证.首先根据SpaceWire标准规范抽取相关性质,用高阶逻辑语言形式化描述;然后分析电路设计中的VHDL代码,依据代码实现的功能用相应的逻辑谓词建模;最后在HOL4中证明了译码电路设计的模型能满足所提取的性质.本文同时给出了形式化建模的方法和验证过程.     

Web应用中数据库交互行为验证

采用定理证明和逆向工程的方法,对Web应用中的数据库交互行为进行验证。使用Z规格说明描述需求模型,根据数据库交互的源代码和转换规则得到实现模型。从实现模型中获取Web应用的相关性质,通过Z/EVES定理证明器验证这些性质是否在需求模型的 Z规格说明中得到满足。在此基础上,设计该方法的验证框架,并开发相应的原型系统。通过图书馆数据库管理系统实例证明该方法的有 效性。     

Radl 形式规格说明相对正确性研究

在形式规格说明的获取任务中,一个重要问题是验证获取得到的形式规格说明的正确性.即给定一个问题需求P,往往可以获取多种不同形式的规格说明,如何验证这些不同形式的规格说明均正确?问题需求的非(半)形式化与形式规格说明的形式化两者之间差异的本性,使得该问题成为软件需求工程中一个具有挑战性的问题.提出一种基于形式化推导的方法来验证同一问题不同形式规格说明的相对正确性,通过证明不同形式规格说明与问题需求某个最为直截明了的形式规格说明Si等价来实现,而Si使用PAR方法和PAR平台转换为可执行程序,通过测试已经得到确认.为了支持该方法,进一步提出了扩展的逻辑系统和辅助证明算法.使用Radl语言作为形式规格说明语言,通过排序搜索、组合优化领域的两个典型实例对该方法进行了详细的阐述.实际使用效果表明,该方法不仅能够有效地验证Radl形式规格说明的正确性,还具备良好的可扩充性.该方法在规格说明的正确性验证、算法优化、程序等价性证明等研究领域具有潜在的理论意义与应用价值.     

基于Z规格的UML模型形式化转换及验证

统一建模语言(UML)所建立的模型的正确性无法通过其本身进行形式化验证,为解决这个问题,根据UML模型的静态性质和动态模块行为两个方面提出结合形式化规格说明语言的模型形式化方案,以此为基础提出将UML目标模型转化为Z规格说明的形式化方法,并用Z-EVES工具形式化检测Z规格描述的正确性.通过实例分析验证了该方法的可行性.     

一种水下群机器人路径规划算法的形式化研究

为了增强基于遗传算法的水下群机器人路径规划算法正确性的说服力,使用定理证明对其进行形式化研究,给出算法在定理证明器HOL4中的形式化模型。基于算法形式化的一般步骤,首先对算法的设计进行了详细的分析,指出算法设计的核心步骤与建模难点。在此基础上建立了总体形式化建模框架,然后对其进行化简,得到种群初始化、选择、交叉三个核心模块。接着给出模型中要用到的基本数据类型的形式化描述,并分别对三个模块进行形式化描述,最终得到算法的形式化模型。通过证明与模型相关的97条性质,说明了模型的合理性及有效性,在此模型的基础上,可以完成对算法的形式化验证,同时还能拓展HOL4的应用范围。     

一种从Object—Z到CSP规格说明的转化方法

面向对象形式规格说明语言Object-Z与进程代数CSP相结合是当今的一个热点,它既可以表示复杂的模块化数据与算法,又可以表示系统的行为,但求精与验证对它们结合后的规格说明需要分别进行处理。本文提出了一个方法,把Object-Z规格说明转化为CSP规格说明,可以方便地处理结合后的规格说明,因此求精与推理对结合后的规格说明可以按CSP规则与方法一致来进行处理。此外,转化后的Object-Z规格说明可以按照CSP方法进行模型检查。     

带OCL约束条件的类图到Object-Z规格说明的转换

如何提高软件的可靠性是目前软件研究领域的一个热点。将形式化方法和主流的软件开发方法相结合是一个可行的方法。本文研究UML语言和Object-Z语言相结合的方法,为主流的软件开发人员所使用的图形化规格说明技术与形式方法提供的精确的分析和验证技术架起了一座桥梁。本文定义如何将带0CL约束条件的类图转换到Object-Z规格说明的方法。这样不仅可以通过支持Object-Z语言的工具采对UML语言描述的系统性质进行验证和确认,而且能够帮助规格说明人员方便地构造Object-Z规格说明。     

用带时钟变量的线性时态逻辑扩充Object-Z*

Object-Z是形式规格说明语言Z的面向对象扩充,适合描述大型面向对象软件规格说明,但它不能很好地描述连续性实时变量和时间限制。线性时态逻辑能够描述实时系统,但不能很好地处理连续时间关系,也不能很好地模块化描述形式规格说明。首先用时钟变量扩充线性时态逻辑,接着提出了一个方法——用带时钟变量的时态逻辑(LTLC)来扩充Object-Z。用LTLC扩充的Object-Z是一个模块化规格说明语言,是Object-Z语法和语义的最小扩充,其最大优点在于它能方便地描述和验证复杂的实时软件规格说明。     

Object-Z: A specification language advocated for the description of standards

The importance of formalising the specification of standards has been recognised for a number of years. This paper advocates the use of the formal specification language Object-Z in the definition of standards. Object-Z is an extension to the Z language specifically to facilitate specification in an object-oriented style. First, the syntax and semantics of Object-Z are described informally. Then the use of Object-Z in formalising standards is demonstrated by presenting a case study based on the ODP Trader. Finally, a formal semantics is introduced that suggests an approach to the standardisation of Object-Z itself. Because standards are typically large complex systems, the extra structuring afforded by the Object-Z class construct and operation expressions enables the various hierarchical relationships and the communication between objects in a system to be succinctly specified.     

Database Management System Verification with Separation Logics

Programming and Computer Software - Program verification consists in finding a formal proof that the program satisfies a given specification. This specification can be described as assertions about...     

Object-Z 规格说明测试用例的自动生成器

对Object-Z形式规格说明构造测试用例的研究,目前主要集中在理论研究阶段,测试用例的自动生成几乎没有相应的工具支持.Object-Z是基于数学和逻辑的语言,并大量使用了模式复合和简写形式,这给计算机提取完整语义用以自动产生测试用例造成了困难.通过展开Object-Z规格说明中的模式定义,改进Object-Z的文法结构,给出了提取Object-Z规格说明语义的方法,研究了从Object-Z规格说明产生测试用例的自动化过程.这一过程主要包含3个阶段:Object-Z语言的自动解析、语义自动抽取和测试用例自动产生.通过介绍的工具原型,可以很容易得到规格说明中的各种语义;基于某些测试准则,能够方便自动产生可视化的抽象测试用例.