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IntervalTree+结构的函数式建模、机械化验证及其应用
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作者 左正康 张晗庆 +1 位作者 王昌晶 游珍 《电子学报》 北大核心 2025年第2期474-482,共9页
区间树(IntervalTree)是一种对动态集合进行维护的搜索树,可用于高效地存储和搜索区间集合.当前实现了IntervalTree在Isabelle/HOL的建模与验证,其区间信息是在二叉搜索树上进行扩充的,IntervalTree结构支持的基本操作时间复杂度较高.为... 区间树(IntervalTree)是一种对动态集合进行维护的搜索树,可用于高效地存储和搜索区间集合.当前实现了IntervalTree在Isabelle/HOL的建模与验证,其区间信息是在二叉搜索树上进行扩充的,IntervalTree结构支持的基本操作时间复杂度较高.为此,本文对IntervalTree结构的节点附加额外颜色信息且保证树的平衡,提出了IntervalTree+结构,相较于IntervalTree结构的实现,插入和删除等操作最坏时间复杂度O(n)改进到O(log n).然后使用Isabelle定理证明器对IntervalTree+结构及其操作函数进行了函数式建模,对其不变量进行了机械化验证,保证了IntervalTree+结构操作函数的正确性和可靠性.进一步,首次提出一种区域匹配算法的通用验证规约,旨在解决一系列的区域匹配算法正确性验证问题.提出的IntervalTree+结构通过严格的机械化验证,且操作最坏时间复杂度相较于IntervalTree结构由O(n)优化到O(log n),可应用于区域匹配、视觉日志和评估模型等相关算法优化. 展开更多
关键词 区间树 IntervalTree+ 函数式建模 机械化验证 区域匹配算法 Isabelle定理证明器
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LLRB算法的函数式建模及其机械化验证 被引量:2
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作者 左正康 黄志鹏 +4 位作者 黄箐 孙欢 曾志城 胡颖 王昌晶 《软件学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第11期5016-5039,共24页
基于机器定理证明的形式化验证技术不受状态空间限制,是保证软件正确性、避免因潜在软件缺陷带来严重损失的重要方法.LLRB(left-leaning red-black trees)是一种二叉搜索树变体,其结构比传统的红黑树添加了额外的左倾约束条件,在验证时... 基于机器定理证明的形式化验证技术不受状态空间限制,是保证软件正确性、避免因潜在软件缺陷带来严重损失的重要方法.LLRB(left-leaning red-black trees)是一种二叉搜索树变体,其结构比传统的红黑树添加了额外的左倾约束条件,在验证时无法使用常规的证明策略,需要更多的人工干预和努力,其正确性验证是一个公认的难题.为此,基于二叉搜索树类算法Isabelle验证框架,对其附加性质部分进行细化,并给出具体化的验证方案.在Isabelle中对LLRB插入和删除操作进行函数式建模,对其不变量进行模块化处理,并验证函数的正确性.这是首次在Isabelle中对函数式LLRB插入和删除算法进行机械化验证,相较于目前LLRB算法的Dafny验证,定理数由158减少至84,且无需构造中间断言,减轻了验证的负担;同时,为复杂树结构算法的函数式建模及验证提供了一定的参考价值. 展开更多
关键词 LLRB 函数式建模 机械化验证 Isabelle定理证明器 二叉搜索树
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Trie+结构函数式建模、机械化验证及其应用 被引量:3
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作者 左正康 柯雨含 +3 位作者 黄箐 王玥坤 曾志城 王昌晶 《软件学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第9期4242-4264,共23页
Trie结构是一种使用搜索关键字来组织信息的搜索树,可用于高效地存储和搜索字符串集合.Nipkow等人给出了实现Trie的Isabelle建模与验证,然而其Trie在存储和操作时存在大量的冗余,导致空间利用率不高,且仅考虑英文单模式下查找.为此,基... Trie结构是一种使用搜索关键字来组织信息的搜索树,可用于高效地存储和搜索字符串集合.Nipkow等人给出了实现Trie的Isabelle建模与验证,然而其Trie在存储和操作时存在大量的冗余,导致空间利用率不高,且仅考虑英文单模式下查找.为此,基于索引即键值的思想提出了Trie+结构,相较于传统的索引与键值分开存储的结构能减少50%的存储空间,大大提高了空间利用率.并且,对Trie+结构的查找、插入、删除等操作给出了函数式建模及其严格的机械化验证,保证操作的正确性和可靠性.进一步,提出一种匹配算法的通用验证规约,旨在解决一系列的匹配算法正确性验证问题.最后,基于Trie+结构与匹配算法通用验证规约,建模和验证了函数式中英文混合多模式匹配算法,发现并解决了现有研究中的基于完全哈希Trie的多模式匹配算法的模式串前缀终止的Bug.该Trie+结构以及验证规约在提高Trie结构空间利用率和验证匹配算法中,有一定的理论和应用价值. 展开更多
关键词 Trie+ 函数式建模 机械化验证 多模式匹配算法
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命令式动态规划类算法程序推导及机械化验证
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作者 左正康 孙欢 +3 位作者 王昌晶 游珍 黄箐 王唱唱 《软件学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第9期4218-4241,共24页
动态规划是一种递归求解问题最优解的方法,主要通过求解子问题的解并组合这些解来求解原问题.由于其子问题之间存在大量依赖关系和约束条件,所以验证过程繁琐,尤其对命令式动态规划类算法程序正确性验证是一个难点.基于动态规划类算法Is... 动态规划是一种递归求解问题最优解的方法,主要通过求解子问题的解并组合这些解来求解原问题.由于其子问题之间存在大量依赖关系和约束条件,所以验证过程繁琐,尤其对命令式动态规划类算法程序正确性验证是一个难点.基于动态规划类算法Isabelle/HOL函数式建模与验证,通过证明命令式动态规划类算法程序与其的等价性,避免证明正确性时处理复杂的依赖关系和约束条件,提出命令式动态规划类算法程序设计框架及其机械化验证.首先,根据动态规划类算法的优化方法(备忘录方法)和性质(最优子结构性质和子问题重叠性质)描述问题规约、归纳递推关系式和形式化构造出循环不变式,并且基于递推关系式生成IMP(minimalistic imperative programming language)代码;其次,将问题规约、循环不变式和生成的IMP代码输入VCG(verification condition generator),自动生成正确性的验证条件;然后,在Isabelle/HOL定理证明器中对验证条件进行机械化验证.算法首先设计为命令式动态规划类算法的一般形式,并进一步实例化得到具体算法.最后,例证所提框架的有效性,为动态规划类算法的自动化推导和验证提供参考价值. 展开更多
关键词 Isabelle/HOL 机械化验证 动态规划 命令式 VCG
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基于关系闭集的模糊互模拟算法函数式建模及其机械化验证
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作者 吴嘉伟 游珍 +2 位作者 左正康 张晗庆 程着 《江西师范大学学报(自然科学版)》 北大核心 2024年第6期640-645,共6页
该文在基于关系提升的模糊互模拟算法基础上,设计了一种基于关系闭集的模糊互模拟函数式算法,并使用Isabelle/HOL定理证明器对算法的终止性和正确性进行了机械化证明,为模糊互模拟算法的形式化和自动化验证提供了参考.
关键词 模糊互模拟算法 不确定型模糊迁移系统 函数式建模 机械化验证
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机械化验证一个高效的迭代数据流求解算法 被引量:1
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作者 江南 汪吕蒙 +1 位作者 张晓瞳 何炎祥 《软件学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第6期2115-2126,共12页
迭代计算数据流等式的解,是数据流分析的常用方法.计算支配节点,从而识别自然循环,是许多现代编译器优化分析的重要组成部分.机械化验证高效的求解支配节点的算法通常是获得一个实际的“验证编译器”不可或缺的一部分.为了形式化证明一... 迭代计算数据流等式的解,是数据流分析的常用方法.计算支配节点,从而识别自然循环,是许多现代编译器优化分析的重要组成部分.机械化验证高效的求解支配节点的算法通常是获得一个实际的“验证编译器”不可或缺的一部分.为了形式化证明一个高效的迭代求解严格支配节点的算法(CHK),首先建立了值域是逆序列表集合的半格结构,逆序列表中的元素是控制流图中节点的逆后序遍历次序,并证明了它是一个半格,其偏序满足上升链条件.然后使用半格结构,实现了一个基于工作表的Kildall迭代算法,计算严格支配节点.接下来,首先给出了控制流图中支配节点的定义性规范和相关性质定理,然后构造并证明了迭代求解算法所满足的重要性质.利用这些性质定理,相对于定义性规范,证明了该迭代求解算法的正确性和完备性.最后进行总结,并讨论未来工作.整个形式化开发使用的是定理证明助手Isabelle/HOL. 展开更多
关键词 机械化验证 高效迭代算法 支配节点
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多维区域匹配算法的通用验证方法
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作者 张晗庆 游珍 +2 位作者 左正康 吴嘉伟 程着 《江西师范大学学报(自然科学版)》 北大核心 2024年第6期646-651,共6页
区域匹配算法通常用于多维数据空间中快速匹配特定区域或数据集,被广泛应用于数据库系统、数据分发管理系统等.目前大多数区域匹配算法的实现方法效率较低且未得到正确性验证.因此,该文提出了一种多维区域匹配算法的通用验证规约,以威... 区域匹配算法通常用于多维数据空间中快速匹配特定区域或数据集,被广泛应用于数据库系统、数据分发管理系统等.目前大多数区域匹配算法的实现方法效率较低且未得到正确性验证.因此,该文提出了一种多维区域匹配算法的通用验证规约,以威胁辐射源匹配算法作为实例,使用Isabelle/HOL定理证明器对其进行函数式建模.将该文实现的通用验证规约通过区域解释应用于威胁辐射源匹配算法,通过严格的机械化验证,确保了威胁辐射源匹配算法的正确性,进而验证了该方法的有效性和可扩展性. 展开更多
关键词 多维区域匹配算法 威胁辐射源匹配算法 函数式建模 机械化验证
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