Automaty v rozhodovacích procedurách a výkonnostní analýze
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta informačních technologií
Abstract
Tato práce se věnuje vylepšení současného stavu formalní analýzy a verifikace založené na automatech a zaměřené na systémy s nekonečnými stavovými prostory. V první části se práce zabývá dvěma rozhodovacími procedurami pro logiku WS1S, které jsou založené na korespondenci mezi formulemi logiky WS1S a konečnými automaty. První metoda je založena na tzv. antiřetězcích, ale, je limitována pouze na formule v prenexním normálním tvaru. Následně je tento přístup zobecněn na libovolné formule, jsou zavedeny tzv. jazykové termy a na jejich základě je navržena nová procedura, která pracuje za běhu a zpracovává tyto termy "líným" způsobem. Abychom získali efektivní rozhodovací proceduru, je dále navržena sada optimalizací (přičemž některé nejsou limitovány pouze pro naše přístupy). Obě metody jsou srovnány s ostatními nástroji implementujícími různé známé rozhodovací procedury. Získané výsledky jsou povzbuzující a ukazují, že použitelnost logiky WS1S je možno rozšířit na širší třídu formulí. V druhé části se práce zabývá analýzou mezí zdrojů programů manipulujících s haldou. Je zde navržena nová třída tzv. tvarových norem založených na délkách cest mezi význačnými místy na haldě, které jsou automaticky odvozovány z analyzovaného programu. Na základě této třídy norem je dále navržen kalkul, který je schopen přesně odvodit změny odvozených normů a použít je k vygenerování odpovídající celočíselné reprezentace vstupního programu, která je následně využita pro následovanou dedikovanou analýzou mezí zdrojů. Tato metoda byla implementována nad analýzou tvaru založenou na tzv. lesních automatech, implementovanou v nástroji Forester, a dále byl použit dobře zavedený analyzátor mezí zdrojů, implementovaný v nástroji Loopus. V experimentální evaluaci bylo ukázáno, že je opravdu takto získán silný analyzátor, který je schopen odvodit meze programů, které ještě nikdy plně automatizovaně odvozené nebyly.
This thesis focuses on improving the state of the art of automata-based formal analysis and verification techniques for systems with an infinite state space. In the first part of the thesis, we develop two efficient decision procedures for the WS1S logic, both of them exploiting the correspondence between formulae of WS1S logic and finite automata. We start by proposing a novel antichain-based decision procedure which is, however, limited to formulae in the prenex normal form. Later, we generalize the approach to arbitrary formulae by defining the so-called language terms and constructing an on-the-fly procedure dealing with the terms using lazy techniques. In order to achieve an efficient implementation, we propose numerous optimizations (some of these optimization are not limited to our approaches only). We evaluated both our methods with other recent state-of-the art tools. The achieved results are encouraging and show we can extend the usage of WS1S to wider classes of formulae. The second part of the thesis focuses on resource bounds analysis of heap-manipulating programs. We propose a new class of shape norms based on lengths of paths between distinct points in the heap, which we derive automatically from the analysed program. For this class of norms, we introduce a calculus capable of precisely inferring changes of the analysed norms and use it to generate a corresponding integer representation of an input program followed by dedicated state-of-the art resource bounds analysis. We implemented our approach over the shape analysis based on forest-automata, implemented in the Forester tool, and using a well-established resource bounds analyser, implemented in the Loopus tool. In our experimental evaluation, we show that we indeed obtained a powerful analyser that is able to handle some showcase examples that were never analysed fully automatically before.
This thesis focuses on improving the state of the art of automata-based formal analysis and verification techniques for systems with an infinite state space. In the first part of the thesis, we develop two efficient decision procedures for the WS1S logic, both of them exploiting the correspondence between formulae of WS1S logic and finite automata. We start by proposing a novel antichain-based decision procedure which is, however, limited to formulae in the prenex normal form. Later, we generalize the approach to arbitrary formulae by defining the so-called language terms and constructing an on-the-fly procedure dealing with the terms using lazy techniques. In order to achieve an efficient implementation, we propose numerous optimizations (some of these optimization are not limited to our approaches only). We evaluated both our methods with other recent state-of-the art tools. The achieved results are encouraging and show we can extend the usage of WS1S to wider classes of formulae. The second part of the thesis focuses on resource bounds analysis of heap-manipulating programs. We propose a new class of shape norms based on lengths of paths between distinct points in the heap, which we derive automatically from the analysed program. For this class of norms, we introduce a calculus capable of precisely inferring changes of the analysed norms and use it to generate a corresponding integer representation of an input program followed by dedicated state-of-the art resource bounds analysis. We implemented our approach over the shape analysis based on forest-automata, implemented in the Forester tool, and using a well-established resource bounds analyser, implemented in the Loopus tool. In our experimental evaluation, we show that we indeed obtained a powerful analyser that is able to handle some showcase examples that were never analysed fully automatically before.
Description
Keywords
Analýza mezí zdrojů, analýza tvaru, antiřetězce, amortizovaná složitost, binární rozhodovací diagramy, formální analyza, konečné automaty, logika druhého řádu, lesní automaty, monadická logika, programy manipulující s haldou, nedeterminismus, statická analýza, stromové automaty, tvarové normy, ws1s., Antichains, amortized complexity, binary decision diagrams, finite automata, forest automata, formal verification, heap-manipulating programs, monadic logic, non-determinism, resource bounds analysis, second-order logic, shape analysis, shape norms, static analysis, tree automata, ws1s.
Citation
FIEDOR, T. Automaty v rozhodovacích procedurách a výkonnostní analýze [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta informačních technologií. .
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Výpočetní technika a informatika
Comittee
Date of acceptance
Defence
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení