时态描述逻辑ALC-LTL的Tableau判定算法

时态描述逻辑ALC-LTL将描述逻辑ALC的描述能力与线性时态逻辑LTL的刻画能力结合起来,在具有较强描述能力的同时还使得可满足性问题保持在EXPTIME-完全这个级别。针对ALC-LTL缺少有效的判定算法的现状,将LTL的Tableau判定算法与描述逻辑ALC的推理机制有机地结合起来,给出了ALC-LTL的Tableau判定算法并证明了算法的可终止性、可靠性和完备性。该算法具有很好的可扩展性。当ALC-工`I'I、中的描述逻辑从ALC改变为任何一个具有可判定性特征的描述逻辑X时,只需要对算法进行简单修改,就可以得到相应的时态描述逻辑X-LTL的Tableau判定算法。     

多主体系统时态认知规范的"On the Fly"模型检测算法研究

时态认知逻辑已被广泛应用于分布式系统和协议的规范描述,模型检测时态认知规范已成为一个新的研究领域,因此着重研讨时态认知规范的“On the Fly”模型检测算法．在“On the Fly”模型检测时态逻辑描述规范的基础上,根据自动机理论、深度优先方法和知识的语义,提出了“On the Fly”模型检测时态认知规范的算法,该算法在模型检测带有知识算子的时态规范时,在找到一个反例之前,往往只需构造系统的部分甚至小部分状态空间,从而避免了时态认知规范的模型检测中内存不足和状态爆炸等问题,实现了“On the Fly”模型检测时态认知规范,并且算法的复杂性是多项式时间的．最后,通过该方法在验证TMN密码协议中的应用来作为一个例子说明该方法的有效性．     

基于Verics的组合Web服务有界模型检测

传统的模型检测技术无法描述系统的认知逻辑特性,而在分布式系统领域,系统和协议的规范适合用多智能体时态认知逻辑来描述.组合Web服务是典型的分布式系统.为了保证组合Web服务运行的正确性,把组合Web服务看成多智能体系统,将其建模成一组相互通信的时间自动机.采用时态认知逻辑模型检测工具Verics对该组合Web服务的可用性、可靠性和时效性的时态认知逻辑特性进行检测.本文以旅游预订系统组合Web服务为例,阐述了上述过程.     

描述逻辑μALCQO 的语义及推理

循环术语集是描述逻辑长期以来的研究难点,其最基本的问题即语义及推理问题没有得到合理的解决.基于混合分级μ-演算将不动点构造算子引入到含有枚举构造算子的描述逻辑ALCQO 中,提出了一种允许包含循环术语集的描述逻辑μALCQO.给出了μALCQO 的语法、语义和不动点构造算子的性质,证明了μALCQO 的可满足性推理等价于混合分级μ-演算的可满足性推理.基于混合分级μ-演算可满足性推理算法,并利用完全强化自动机给出了μALCQO的可满足性推理算法,以及给出了推理算法正确性证明和复杂性定理.μALCQO为进一步给出同时含有不动点构造算子和枚举构造算子的表达能力强的描述逻辑推理算法提供了理论基础.     

分支时态描述逻辑ALC-CTL及其可满足性判定

时态描述逻辑是将描述逻辑与时态逻辑相结合后得到的逻辑系统,具有较强的描述能力;但是大部分的时态描述逻辑都是将时态算子同时引入到概念和公式中,使得公式可满足性问题的计算复杂度过高。将描述逻辑ALC与分支时态逻辑CTL相结合,提出新的分支时态描述逻辑ALC-CTL。该逻辑没有将时态算子用于概念的构造过程,而是将时态算子引入到公式的构造中;从分支时态逻辑的角度看,相当于将CTL中的原子命题提升为描述逻辑中的个体断言。最终得到的逻辑系统不仅具有较强的刻画能力,还使得公式可满足性问题的复杂度保持在EXPTIME-完全这个级别。通过将CTL的Tableau判定算法与描述逻辑ALC的推理机制有机结合,给出了ALC-CTL的Tableau判定算法并证明了算法的可终止性、可靠性和完备性。     

基于时态逻辑的UML交互模型检测研究

该文详细介绍了统一建模语言和模型检测技术,在此基础上,该文研究了基于交互自动机和时态逻辑的UML交互模型性质检测方法,提出了模型检测所需的Marking算法。该算法通过对交互自动机全部状态的遍历,检测各状态的时态逻辑公式(CTL公式)的真值,以判断用户设计的UML交互模型是否符合计算机软件系统应满足的性质及规范。     

描述逻辑μALCIO的语义及推理

循环术语集是描述逻辑长期以来的研究难点,它的最基本的问题即语义及推理问题没有得到合理的解决.分析了描述逻辑循环术语集的研究现状和存在的问题,基于混合μ-演算将不动点构造算子引入到含有枚举构造算子的描述逻辑ALCIO中,提出了一种允许包含循环术语集的描述逻辑μALCIO.给出了μALCIO的语法和语义,证明了μALCIO的可满足性推理等价于混合μ-演算的可满足性推理,并利用树自动机理论给出了μALCIO的可满足性推理算法以及给出了推理算法正确性证明和复杂性定理.     

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.     

模糊交互时态逻辑的模型检测

交互时态逻辑已被广泛应用于开放系统的规范描述,交互时态逻辑的模型检测技术是一个比较重要的验证方法。为了形式化描述和验证具有模糊不确定性信息的开放系统的性质,提出了一种模糊交互时态逻辑,并讨论了它的模型检测问题。首先,引入了模糊交互时态逻辑的基于路径和基于不动点的两种语义,证明了其等价性。然后,基于其等价性,给出了模糊交互时态逻辑的模型检测算法和复杂性分析。     

描述逻辑FL-循环术语集的语义及推理

循环术语集是描述逻辑长期以来的研究难点,它的最基本的问题即语义及推理问题没有得到合理的解决.文中分析了描述逻辑循环术语集的研究现状和存在的问题,在Baader的基础上进一步研究了描述逻辑FL~-循环术语集的语义及推理问题.给出了FL~-循环术语集的语法、语义和不动点模型的构造方法.针对FL~-循环术语集的需要,提出了一种新的有限自动机,使用有限自动机给出了不动点语义和描述语义下FL~-循环术语集的可满足性和包含推理算法,证明了推理算法的正确性,并给出了推理算法的复杂性定理.     

基于模型检测的OpenFlow多交换机数据包转发协议的分析与验证

OpenFlow协议是SDN网络中控制平面与数据转发平面之间进行交互的规范与标准,其正确性将直接影响到整个网络功能的实现。通过模型检测技术实现一种验证OpenFlow协议正确性的形式化方法。首先提取OpenFlow协议的核心子协议,即OpenFlow多交换机数据包转发协议作为验证的实例;然后运用协议行为自动机对该子协议进行形式化建模,并且通过时态逻辑描述协议需要进行验证的性质;最后给出算法验证协议模型是否满足给定的性质要求,以此检测OpenFlow协议是否存在正确性漏洞,以便对其进行修正。     

Web服务编制的形式化模型研究

为支持对业务流程执行语言(BPEL)语言的形式化分析和验证,提出一种Web服务编制的形式化模型——μ-BPEL。介绍模型的语法规则和操作语义,在此基础上,建立从μ-BPEL到扩展时间自动机的映射,利用模型检查技术研究服务正确性检验和与时间相关的检验问题。研究结果表明,该模型符合Web服务编制流程,满足系统设定的时态逻辑性质。     

软件体系结构环境中的行为规范说明与验证

以实时线性时态逻辑作为逻辑框架，以时控自动机作为计算模型，扩展了软件体系结构环境Armani的行为规范说明与验证的能力。从而可以在体系结构描述的基础上从结构和行为两方面分析验证系统在体系结构层次上的重要性质，减少软件开发的风险；并且支持非完全规范说明，具有半形式化验证与组合验证的灵活性。     

一类扩展的动态描述逻辑

作为描述逻辑的扩展,动态描述逻辑为语义Web服务的建模和推理提供了一种有效途径.在将语义Web服务建模为动作之后,动态描述逻辑从动作执行结果的角度提供了丰富的推理机制,但对于动作的执行过程却不能加以处理.借鉴Pratt关于命题动态逻辑的相关研究,一方面,对动态描述逻辑中动作的语义重新进行定义,将每个动作解释为由关于可能世界的序列组成的集合;另一方面,在动态描述逻辑中引入动作过程断言,用来对动作的执行过程加以刻画.在此基础上提出一类扩展的动态描述逻辑EDDL(X),其中的X表示从ALC(attributive language with complements)到SHOIN(D)等具有不同描述能力的描述逻辑.以X为描述逻辑ALCQO(attributive language with complements,qualified number restrictions and nominals)的情况为例,给出了EDDL(ALCQO)的表判定算法,并证明了算法的可终止性、可靠性和完备性.EDDL(X)可以从动作执行过程和动作执行结果两个方面对动作进行全面的刻画和推理,为语义Web服务的建模和推理提供了进一步的逻辑支持.     

基于时态测试器的实时分支时态逻辑模型检测

基于自动机理论的模型检测技术在形式化验证领域处于核心地位, 然而传统自动机在时态算子上不具备可组合性, 导致各种时态逻辑的模型检测算法不能有机整合.本文为了实现集成限界时态算子的实时分支时态逻辑RTCTL*的高效模型检测, 提出一种RTCTL*正时态测试器构造方法, 以及相关符号化模型检测算法.证明了所提出的RTCTL*正时态测试器构造方法是完备的.也证明了该算法时间复杂度与被验证系统呈线性关系, 与公式长度呈指数关系.我们基于JavaBDD软件包成功开发了该算法的模型检测工具MCTK 2.0.0.我们完成了MCTK与著名的符号化模型检测工具nuXmv之间的实验对比分析工作, 结果表明MCTK虽然在内存消耗上要多于nuXmv, 但是MCTK的时间复杂度双指数级小于nuXmv, 使得利用MCTK验证大规模系统的实时时态性质成为可能.     

ALC中的Tableau算法及其性质

描述逻辑是一族知识表示的形式化语言,是一阶谓词逻辑的可判定子集,已成为语义Web的理论基础.描述逻辑中ALC是最小命题封闭的,是其它描述语言的基础,而可判定是描述逻辑的最重要的问题,在ALC中Tableau算法巧妙地解决了这一问题,掌握ALC中的Tableau算法是理解各种描述逻辑中可判定性的基础.对ALC中的Tableau算法进行详细阐述,并对其关键的几个性质: 可终止性、完备性和判定性给出了证明,为研究SHOIN(D)中的Tableau算法及性质奠定了基础.     

多智体系统时态认知规范的模型检测算法

模型检测技术一直以来主要是检验用时态逻辑描述的规范,人们很少注意认知逻辑的模型检测问题,而在分布式系统领域,系统和协议的规范已广泛地采用知识逻辑来描述.着重研讨了时态认知逻辑的模型检测算法.在SMV(symbolic model verifier)模型检测器的基础上,根据知识的语义和集合理论,提出了多种检验知识和公共知识的算法,从而使SMV的检测功能由时态逻辑扩充到时态认知逻辑.这些方法也适用于其他以状态集合作为输出的模型检测方法和工具的功能扩充.     

基于时态认知逻辑的Web服务模型检测

传统模型检测技术主要采用时态逻辑描述被验证的规范,人们较少注意多智能体认知逻辑的模型检测问题.而在分布式系统领域,系统和协议的规范很适合用认知逻辑来描述.Web服务是一个典型的分布式系统.把Web服务组合建模为多智能体系统,并成功采用我们实现的时态认知逻辑符号模型检测工具MCTK验证了SAS股票分析服务实例.同时采用WSAT,WS-Engineer和SPIN 3个模型检测工具在相同实验环境下验证了该实例,实验结果表明我们的Web服务模型检测方法不仅比这3个模型检测工具更高效,而且支持认知逻辑规范的验证,这是这3个模型检测工具所不具备的.     

基于Web应用的SCXML到自动机的转换

为了对Web应用进行验证,保证Web应用的可靠性和质量,提出了将Web应用的SCXML描述提取出通用状态机的算法.在对Web服务应用的语言SCXML的各构成要素进行深入分析的基础上,该算法实现了将SCXML描述转化为相应的自动机,为对Web应用进行模型检查打下基础.对Web应用游戏系统的SCXML文件转换得到了对应的自动机实例,实验结果表明了该算法的正确性和有效性.