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正则表达式与有穷自动机等价性在Isabelle/HOL中的形式化 被引量:2
1
作者 吴春寒 张兴元 贺汛 《解放军理工大学学报(自然科学版)》 EI 北大核心 2010年第4期403-407,共5页
针对正则表达式和有穷自动机,在机器辅助定理证明系统Isabelle/HOL中进行了形式化描述。通过对语言、正则表达式、确定和不确定有穷自动机在Isabelle/HOL中建立模型,定义了它们之间的相互转换函数并证明了这些函数的正确性,从而验证了... 针对正则表达式和有穷自动机,在机器辅助定理证明系统Isabelle/HOL中进行了形式化描述。通过对语言、正则表达式、确定和不确定有穷自动机在Isabelle/HOL中建立模型,定义了它们之间的相互转换函数并证明了这些函数的正确性,从而验证了正则表达式和有穷自动机在描述能力上的等价性,即:在同一有限字母表下,对任意正则表达式,都存在一个有穷自动机,使得二者描述的语言相同;反之亦然。通过分析与证明,表明采用机器辅助定理证明系统,对计算理论传统核心领域之一的自动机理论进行分析和证明是可行的。 展开更多
关键词 正则表达式 有穷自动机 形式化验证 isabelle/HOL
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文件比较算法fcomp在Isabelle/HOL中的验证 被引量:1
2
作者 宋丽华 王海涛 +1 位作者 季晓君 张兴元 《软件学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第2期203-215,共13页
基于机器定理证明的形式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.文件比较算法(file comparison algorithm)是一类成员众多,应用极为广泛,跨越生物信息学、情报检索、网络安全等多个应... 基于机器定理证明的形式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.文件比较算法(file comparison algorithm)是一类成员众多,应用极为广泛,跨越生物信息学、情报检索、网络安全等多个应用领域的基础算法.在交互式定理证明器Isabelle/HOL中对Miller和Myers在1985年提出的基于行的文件比较算法fcomp做了形式化,改正了算法关于边界变量迭代的一个小错误,证明了改正后算法的可终止性和正确性;对算法时间复杂性做了完全形式化的分析,印证了算法的非形式化分析结论,为今后更多文件比较算法的形式验证提供了可供借鉴的经验. 展开更多
关键词 文件比较算法 fcomp 交互式定理证明 isabelle/HOL
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SAODV协议在Isabelle/HOL中的正确性验证
3
作者 王金双 杨华兵 +2 位作者 张兴元 王元元 张毓森 《解放军理工大学学报(自然科学版)》 EI 2008年第5期450-454,共5页
将SAODV(secure Ad-hoc on-demand distance vector routing)协议的正确性性质划分为安全性性质和活动性性质。前者是指SAODV发现的路由具有某些期望的性质,如无环路等;后者是指节点一定能够找到合适的路由,并利用其成功传送数据。很多... 将SAODV(secure Ad-hoc on-demand distance vector routing)协议的正确性性质划分为安全性性质和活动性性质。前者是指SAODV发现的路由具有某些期望的性质,如无环路等;后者是指节点一定能够找到合适的路由,并利用其成功传送数据。很多移动自组网路由协议的形式化验证工作关注安全性性质,而活动性性质却被忽略了。利用Paulson归纳法来描述SAODV协议并验证其安全性性质,扩展Paulson归纳法描述和验证SAODV的活动性性质。所有定义和推理都是在机器辅助定理证明工具Isabelle/HOL/Isar中进行的。 展开更多
关键词 形式化验证 SAODV协议 活动性 isabelle/HOL/Isar
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电梯控制系统在Isabelle/HOL中的活动性证明
4
作者 王金双 杨华兵 +2 位作者 张兴元 王元元 张毓森 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2008年第27期216-218,共3页
电梯控制系统经常被用于展示形式化验证方法的有效性。将电梯控制系统看作一个并发系统,利用Paulson归纳法对其进行描述。在定理证明工具Isabelle/HOL/Isar中给出了电梯控制系统的活动性证明。该方法能够处理状态空间任意大的电梯控制... 电梯控制系统经常被用于展示形式化验证方法的有效性。将电梯控制系统看作一个并发系统,利用Paulson归纳法对其进行描述。在定理证明工具Isabelle/HOL/Isar中给出了电梯控制系统的活动性证明。该方法能够处理状态空间任意大的电梯控制系统。 展开更多
关键词 电梯控制系统 活动性 形式化验证 isabelle/HOL/Isar工具
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VSOS-HAM:基于Isabelle/HOL的OS内核硬件抽象模型和形式化验证方法研究
5
作者 钱振江 黄皓 宋方敏 《南京大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2017年第3期577-578,共2页
形式化方法是保证操作系统设计和实现的正确性的可靠方法.操作系统的形式化设计和验证过程仍然是一个极其复杂的过程.由于汇编语言过于底层,对其进行形式化验证的难度较大,如何有效地对汇编语言代码进行建模,便于对其语义和功效的正确... 形式化方法是保证操作系统设计和实现的正确性的可靠方法.操作系统的形式化设计和验证过程仍然是一个极其复杂的过程.由于汇编语言过于底层,对其进行形式化验证的难度较大,如何有效地对汇编语言代码进行建模,便于对其语义和功效的正确性进行验证成为操作系统形式化领域的研究热点.在汇编级提出对操作系统的设计和实现的正确性进行形式化验证的方法.通过建立操作系统内核硬件抽象模型,形式化地描述指令的操作语义,在此内核硬件抽象模型的基础上界定影响系统状态变化的数据对象,建立系统状态空间,结合指令的操作语义的定义来描述系统的状态转换函数.在Isabelle/HOL定理证明器环境中描述该内核硬件抽象模型,以实现的可信操作系统VSOS为例,在汇编级对系统设计和实现的正确性进行验证.结果表明,该方法是可行的和高效的. 展开更多
关键词 操作系统 内核硬件抽象模型 形式化验证 isabelle/HOL 定理证明
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命题演算形式系统在Isabelle/HOL中的形式化
6
作者 王俐莉 王元元 张兴元 《计算机工程与科学》 CSCD 2008年第10期67-68,89,共3页
本文针对命题演算形式系统,在机器辅助定理证明系统Isabelle/HOL中为其建立逻辑模型,并分别形式化验证了PC和ND的主要性质,以及完备性定理的证明。通过对PC和ND的分析和验证表明,采用机器辅助定理证明系统,对以数理逻辑为平台的各种形... 本文针对命题演算形式系统,在机器辅助定理证明系统Isabelle/HOL中为其建立逻辑模型,并分别形式化验证了PC和ND的主要性质,以及完备性定理的证明。通过对PC和ND的分析和验证表明,采用机器辅助定理证明系统,对以数理逻辑为平台的各种形式系统进行严格的分析和证明是可行的。 展开更多
关键词 命题演算形式系统 完备性定理 形式化验证 isabelle/HOL/Isar
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基于Isabelle/HOL的离散数学实验教学设计与实践
7
作者 钱振江 聂盼红 +5 位作者 肖乐 闫海英 严卫 殷旭东 靳勇 龚声蓉 《常熟理工学院学报》 2021年第5期110-115,共6页
传统的离散数学实验教学,通常使用C、C++等程序设计语言来完成相应的课程验证性实验.学生在花费大量的时间和精力完成程序设计后,依然对程序的正确性没有直观的认识.借助Isabelle/HOL交互式定理证明器工具和形式化方法,构建离散数学实... 传统的离散数学实验教学,通常使用C、C++等程序设计语言来完成相应的课程验证性实验.学生在花费大量的时间和精力完成程序设计后,依然对程序的正确性没有直观的认识.借助Isabelle/HOL交互式定理证明器工具和形式化方法,构建离散数学实验环境,解决离散数学课程实验教学的直观表达问题以及逻辑推理实验的设置.以二叉树这种离散结构的知识点学习为例,阐述如何使用Isabelle/HOL来完成“离散数学”课程的实验教学设计.通过这种实验教学,能使学生对逻辑演算和推理有清晰的认识,同时培养学生的数学和逻辑思维以及创新、应用能力. 展开更多
关键词 离散数学 实验教学 形式化方法 isabelle/HOL
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算法的形式化推导与基于Isabelle的自动化验证 被引量:2
8
作者 齐蕾蕾 杨庆红 游颖 《江西师范大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2018年第4期379-383,共5页
可信软件的不断发展进一步推动了形式化方法的深入研究.结合实际应用中的2个问题,采用基于递推关系的算法形式化方法,演示了算法的形式化推导过程,并运用Isabelle定理证明器结合Dijkstra最弱前置谓词方法,对得到的算法程序进行了自动化... 可信软件的不断发展进一步推动了形式化方法的深入研究.结合实际应用中的2个问题,采用基于递推关系的算法形式化方法,演示了算法的形式化推导过程,并运用Isabelle定理证明器结合Dijkstra最弱前置谓词方法,对得到的算法程序进行了自动化验证,避免了手工验证过程繁琐和易出错等问题.研究表明:基于递推关系的算法形式化方法不仅可以提高开发算法的效率,而且通过数学变换保证推导过程的正确性,从而有效保证了算法和程序的正确性. 展开更多
关键词 形式化方法 isabelle定理证明器 自动化验证 形式化推导
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Isabelle在分析安全操作系统状态机模型中的应用 被引量:2
9
作者 陈坤 贺也平 《计算机工程与设计》 CSCD 北大核心 2008年第3期580-582,730,共4页
为了解决已有的状态机模型的形式化框架在分析安全操作系统状态机模型时不够直观、简洁的问题,提出了一套使用Isabelle工具对安全操作系统模型状态中的类型、变量、常量、关系、映射、函数,以及模型中的安全不变量和状态迁移规则进行形... 为了解决已有的状态机模型的形式化框架在分析安全操作系统状态机模型时不够直观、简洁的问题,提出了一套使用Isabelle工具对安全操作系统模型状态中的类型、变量、常量、关系、映射、函数,以及模型中的安全不变量和状态迁移规则进行形式化描述的新方法。通过实际验证一种典型的安全操作系统状态机模型——可信进程模型,总结出了有效地使用Isabelle辅助形式化设计、分析、验证模型的策略。 展开更多
关键词 形式化 isabelle工具 状态机模型 安全操作系统 可信进程模型
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一种基于Isabelle/HOL的安全通信协议验证方法 被引量:2
10
作者 夏锐 钱振江 刘苇 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2021年第1期146-153,共8页
传统对称密钥加密协议的加密和解密速度较快,但用户无法进行身份认证,容易造成通信代理持有密钥过多导致管理困难的问题,而非对称密钥加密协议可实现用户的合法身份认证,但密钥复杂度高,使其在处理大容量消息时运行速度较慢。为解决上... 传统对称密钥加密协议的加密和解密速度较快,但用户无法进行身份认证,容易造成通信代理持有密钥过多导致管理困难的问题,而非对称密钥加密协议可实现用户的合法身份认证,但密钥复杂度高,使其在处理大容量消息时运行速度较慢。为解决上述问题,结合对称和非对称密钥加密方式,构建D_protocol混合密钥加密协议。使用Isabelle/HOL定理证明辅助工具对D_protocol协议建立通信代理和消息序列的形式化模型,采用形式化操作语义描述用户行为,通过归纳分析方式对通信协议消息交互过程涉及的相关定理展开验证,结果表明D_protocol协议在提高通信效率的同时具有较高的安全性,并且可在一定程度上抵抗外部攻击和中间人攻击。 展开更多
关键词 通信协议 混合密钥 形式化建模 形式化验证 isabelle/HOL定理证明辅助工具
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堆栈机器简单编译器在Isabelle/HOL中的验证
11
作者 陈飞扬 徐文涛 +2 位作者 孙绍山 朱浩 钱振江 《常熟理工学院学报》 2019年第5期43-46,共4页
堆栈机器(stack machine)作为一种计算模型,不仅执行部分高级语言的效率很高,而且其编译器也简单、快速.在形式化领域,目前已有不少定理证明器用来验证模型的正确性.本文对堆栈机器的简单编译器进行介绍,对布尔表达式和算术表达式、机... 堆栈机器(stack machine)作为一种计算模型,不仅执行部分高级语言的效率很高,而且其编译器也简单、快速.在形式化领域,目前已有不少定理证明器用来验证模型的正确性.本文对堆栈机器的简单编译器进行介绍,对布尔表达式和算术表达式、机器指令、编译器、机器运行行为在Isabelle/HOL中进行形式化,验证编译器的正确性. 展开更多
关键词 堆栈机器 编译器 定理证明器 形式化方法 isabelle/HOL
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基于Isabelle/HOL的安全操作系统形式化验证方法
12
作者 郭毅 杨维永 刘苇 《计算机与现代化》 2017年第4期99-104,共6页
操作系统作为信息时代的基石,其安全性不言而喻。常规的软件测试方法不足以保障操作系统的安全性,需使用更为严格的基于数理逻辑的形式化验证方法。本文提出一种软件形式化验证的新思路:通过在Isabelle中构造模拟运行环境,使汇编代码运... 操作系统作为信息时代的基石,其安全性不言而喻。常规的软件测试方法不足以保障操作系统的安全性,需使用更为严格的基于数理逻辑的形式化验证方法。本文提出一种软件形式化验证的新思路:通过在Isabelle中构造模拟运行环境,使汇编代码运行其中,并记录系统状态的变化,最终根据程序运行前后系统状态的变化情况判断程序的正确性和安全性。重点介绍了顺序、分支和循环等3种程序结构的证明方法,并通过一个程序实例证明,得到在任意前提条件下程序执行前后系统状态的变化情况。 展开更多
关键词 安全操作系统 形式化验证 isabelle/HOL 霍尔逻辑
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基于Isabelle的证明信息系统设计
13
作者 何成 铃木秀男 小林英恒 《计算机与信息技术》 2006年第12期21-23,共3页
Isabelle定理证明器中的证明步骤和证明状态是非常具有参考价值的证明信息。然而目前没有工具可以有效管理这些信息。本文给出一个基于Isabelle的信息系统设计方案。利用该系统的实现,用户可以提取、保存和搜索这两种证明信息。
关键词 定理证明 证明信息 isabelle 关系数据库
原文传递
L4虚拟内存子系统的形式化验证
14
作者 章乐平 赵永望 +2 位作者 王布阳 李悦欣 冯潇潇 《软件学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第8期3527-3548,共22页
第二代微内核L4在灵活度和性能方面极大地弥补了第一代微内核的不足,这引起学术界和工业界的关注.内核是实现操作系统的基础组件,一旦出现错误,可能导致整个系统瘫痪,进一步对用户造成损失.因此,提高内核的正确性和可靠性至关重要.虚拟... 第二代微内核L4在灵活度和性能方面极大地弥补了第一代微内核的不足,这引起学术界和工业界的关注.内核是实现操作系统的基础组件,一旦出现错误,可能导致整个系统瘫痪,进一步对用户造成损失.因此,提高内核的正确性和可靠性至关重要.虚拟内存子系统是实现L4内核的关键机制,聚焦于对该机制进行形式建模和验证.构建了L4虚拟内存子系统的形式模型,该模型涉及映射机制所有操作、地址空间所有管理操作以及带TLB的MMU行为等;形式化了功能正确性、功能安全和信息安全三方面的属性;通过部分正确性、不变式以及展开条件的推理,在定理证明器Isabelle/HOL中证明了提出的形式模型满足这些属性.在建模和验证过程中,发现源代码在功能正确性和信息安全方面共存在3点问题,给出了相应的解决方案或建议. 展开更多
关键词 L4 形式化验证 内存管理 映射 信息流安全 isabelle/HOL
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A measurable refinement method of design and verification for micro-kernel operating systems in communication network
15
作者 Zhenjiang Qian Rui Xia +2 位作者 Gaofei Sun Xiaoshuang Xing Kaijian Xia 《Digital Communications and Networks》 SCIE CSCD 2023年第5期1070-1079,共10页
A secure operating system in the communication network can provide the stable working environment,which ensures that the user information is not stolen.The micro-kernel operating system in the communication network re... A secure operating system in the communication network can provide the stable working environment,which ensures that the user information is not stolen.The micro-kernel operating system in the communication network retains the core functions in the kernel,and unnecessary tasks are implemented by calling external processes.Due to the small amount of code,the micro-kernel architecture has high reliability and scalability.Taking the microkernel operating system in the communication network prototype VSOS as an example,we employ the objdump tool to disassemble the system source code and get the assembly layer code.On this basis,we apply the Isabelle/HOL,a formal verification tool,to model the system prototype.By referring to the mathematical model of finite automata and taking the process scheduling module as an example,the security verification based on the assembly language layer is developed.Based on the Hoare logic theory,each assembly statement of the module is verified in turn.The verification results show that the scheduling module of VSOS has good functional security,and also show the feasibility of the refinement framework. 展开更多
关键词 Assembly-level verification Finite automaton Hoare logic isabelle/HOL Micro-kernel OS
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操作系统对象语义模型(OSOSM)及形式化验证 被引量:11
16
作者 钱振江 刘苇 黄皓 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 2012年第12期2702-2712,共11页
操作系统的复杂性使得其安全性问题日益突出.有不少的研究工作采用形式化的方式对现有的操作系统进行了正确性的验证,这些工作主要是采用程序形式逻辑验证代码级的功能实现性.从系统设计的角度,以高阶逻辑和类型论为基础,提出了操作系... 操作系统的复杂性使得其安全性问题日益突出.有不少的研究工作采用形式化的方式对现有的操作系统进行了正确性的验证,这些工作主要是采用程序形式逻辑验证代码级的功能实现性.从系统设计的角度,以高阶逻辑和类型论为基础,提出了操作系统对象语义模型(OSOSM).OSOSM采用分层结构,包括基本功效层、实现层和优化层.OSOSM将操作系统中的行为主体和资源抽象为操作系统对象,建立操作系统的论域,利用以操作系统对象变元集合为定义域到论域的映射表示操作系统的状态,描述操作系统系统调用等行为的语义,使用逻辑系统的谓词公式表达操作系统的安全属性,给出如何验证操作系统在运行过程中保持安全策略和属性的形式化描述方法.以实现并经过形式化验证的可信操作系统(VTOS)为例,阐述OSOSM的语义正确性.使用Isabelle定理证明工具验证设计和安全需求的一致性,以说明VTOS具有预期的安全属性. 展开更多
关键词 操作系统对象 语义模型 形式化设计 安全性验证 isabelle定理证明
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微内核架构文件系统的形式化设计与验证方法研究 被引量:4
17
作者 钱振江 唐洪英 +2 位作者 李康杰 黄皓 宋方敏 《小型微型计算机系统》 CSCD 北大核心 2013年第10期2261-2266,共6页
文件系统作为数据存储和管理的功能模块,其正确性是操作系统安全性的重要方面.采用形式化方法对微内核架构文件系统进行设计,使用操作系统对象语义模型(OSOSM)框架提出微内核架构文件系统的状态自动机模型,并依此描述系统调用的功能语... 文件系统作为数据存储和管理的功能模块,其正确性是操作系统安全性的重要方面.采用形式化方法对微内核架构文件系统进行设计,使用操作系统对象语义模型(OSOSM)框架提出微内核架构文件系统的状态自动机模型,并依此描述系统调用的功能语义和系统状态转换,分析和归纳文件系统的功能正确性断言.以实现的微内核安全操作系统(Verified Trusted Operating System,VTOS)为例,阐述在Isabelle/HOL定理证明器环境中构建状态自动机模型的方法,并对VTOS文件系统的形式化设计和功能正确性断言进行一致性验证,结果显示,VTOS文件系统的设计和实现符合预期的正确性规格说明. 展开更多
关键词 文件系统 微内核架构 形式化设计 形式化验证 正确性断言 isabelle HOL
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嵌入式操作系统的形式化验证研究 被引量:5
18
作者 陈丽蓉 李允 罗蕾 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2015年第8期203-214,共12页
描述了一个汽车电子嵌入式实时操作系统的分层形式模型:在低层,该操作系统的顺序内核承担基础设施的角色,实施任务、ISR和系统服务等并发执行体之间的切换;而在高层,该操作系统向用户提供可并发执行的系统服务。两个层次的模型具有不同... 描述了一个汽车电子嵌入式实时操作系统的分层形式模型:在低层,该操作系统的顺序内核承担基础设施的角色,实施任务、ISR和系统服务等并发执行体之间的切换;而在高层,该操作系统向用户提供可并发执行的系统服务。两个层次的模型具有不同的配置状态视图和操作粒度。作为最重要的安全相关特性,应用与OS之间的存储隔离保护机制在顺序内核的模型中得以体现。建立了操作系统的实现正确性定理,包括相应的仿真关系和实现不变量。根据该操作系统两个部分模型的特点及相应代码的实现语言情况,选择组合应用定理证明器Isabelle/HOL和程序验证工具VCC的方式,有效完成了该操作系统的形式化验证。 展开更多
关键词 嵌入式操作系统 形式化验证 建模 isabelle/HOL VCC
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HybridHP:一种轻型的内核完整性监控方案及其形式化验证 被引量:2
19
作者 钱振江 刘苇 黄皓 《计算机学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第7期1462-1474,共13页
虽然传统的虚拟化监控方法可以在一定程度上保障操作系统安全.然而,虚拟监控器VMM中管理域Domain0的存在以及操作系统级的切换所带来的性能损失是很多具有大型应用的操作系统所不能接受的.注重硬件虚拟化技术的监控能力而摒弃其不必要... 虽然传统的虚拟化监控方法可以在一定程度上保障操作系统安全.然而,虚拟监控器VMM中管理域Domain0的存在以及操作系统级的切换所带来的性能损失是很多具有大型应用的操作系统所不能接受的.注重硬件虚拟化技术的监控能力而摒弃其不必要的虚拟化能力,提出了一个新型的通用的虚拟化监控框架HybridHP,并实现其原型.HybridHP将管理域和虚拟机监控机制两者整合到被监控操作系统的地址空间,具有很好的获取被监控系统操作语义的能力.利用Isabelle/HOL形式化辅助证明工具验证HybridHP的隔离性、安全性和监控能力.最后对HybridHP进行了攻击实验和性能评估,结果显示HybridHP提供了和传统的虚拟化监控方案相同的安全保障,并具有很好的系统性能. 展开更多
关键词 硬件虚拟化 内核完整性 安全监控 安全攻击 isabelle形式化验证
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程序求精新策略及自动验证方法研究 被引量:2
20
作者 左正康 黄志鹏 +2 位作者 黄箐 王渊 王昌晶 《郑州大学学报(理学版)》 CAS 北大核心 2022年第5期1-7,共7页
传统的程序求精策略无法求精至可执行程序,且存在验证的可信度低和自动化程度不高的问题。针对上述问题,提出一种较完整的程序求精策略并给出自动验证方法。使用递归定义函数技术刻画问题规约,基于Morgan精化规则程序求精至IMP程序,并... 传统的程序求精策略无法求精至可执行程序,且存在验证的可信度低和自动化程度不高的问题。针对上述问题,提出一种较完整的程序求精策略并给出自动验证方法。使用递归定义函数技术刻画问题规约,基于Morgan精化规则程序求精至IMP程序,并使用验证条件生成器(verification condition generator,VCG)自动生成验证条件,通过Isabelle定理证明器验证IMP程序的正确性,最后利用开发平台自动生成C++可执行程序。以最长标志基因序列问题为实例进行程序求精和自动验证,检验了所提策略的有效性。该策略提高了算法程序开发的正确性,减轻了传统验证烦琐的工作量。 展开更多
关键词 程序求精 自动验证 isabelle定理证明器 Morgan精化规则
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