SRLtoRadl生成系统及其范畴论语义

形式化软件规约技术是保证软件质量和提高软件生产率非常有用和重要的手段,但是形式化软件规约的获取是需求工程中一项相当困难的任务.本文针对问题需求自动化转换为形式化规约这个重要问题,研究从结构化需求语言SRL到形式化规约语言Radl自动生成系统及其高可靠性理论.为此,设计了一种受控自然语言-结构化需求语言SRL来描述问题需求;使用基于规则的方法,将结构化需求语言SRL通过分析-转换-综合三阶段生成为形式化软件规约Radl;在该方法的指导下,设计并实现了从结构化需求语言SRL到形式化软件规约Radl的生成系统SRLtoRadl;进一步,使用范畴论框架建立了SRLtoRadl生成系统生成过程的语义模型.实际效果表明该系统能有效的生成高质量形式化软件规约Radl.

基于PAR的算法形式化开发

形式化方法是构建可信软件的重要途径.基于对算法问题的分析,针对形式化方法PAR开发算法的特征,刻划了问题分划、递推关系构造方面的规律.从一类问题的形式化功能规约出发,可机械地完成问题的分划及规约的变换,自然地揭示出求解问题的算法思想,在相关工具的支持下自动生成算法程序.研究结果将算法设计中尽可能多的创造性劳动转化为非创造性劳动,降低了形式化求解算法问题的难度,提高了算法程序的可靠性和形式化开发效率.

后序遍历二叉树非递归算法的推导及形式化证明

开发涉及非线性数据结构算法程序的循环不变式一直是形式化方法的难点。本文使用PAR方法开发循环不变式的新策略,对后序遍历二叉树问题循环不变式的开发使用递归定义技术,得到了该问题循环不变式的简单精确的表达形式,简化了算法程序的推导和证明过程;利用PAR平台提供的抽象程序设计语言Ap1a中的数据抽象机制,使所得的算法程序结构简洁清晰且易于证明;最后,使用Dijkstra-Gries标准程序证明法形式证明了该问题的核心算法程序(只有4行代码),并使用PAR平台将Apla程序转换成正确的C++代码。实例的成功进一步说明PAR方法提供的循环不变式的开发技术对推导和证明非线性数据结构算法程序的有效性。

Apla语言中并发分布式机制的研究

从并发分布式程序设计的角度,对现有的并发分布式语言进行分析比较,选取Jayadev Misra教授近几年提出的全新结构化并发分布式语言Orc作为研究对象。通过深入分析Orc语言的基本原理和语言特征,提出了一个能够适合Apla抽象程序设计语言的并发分布式机制,设计了并发算子、并发语句、进程定义、进程通信和进程同步,并通过实例探讨了该设计方案的可行性和实用性,最后阐述了Apla语言中并发分布式机制具有通用性强、抽象层次高、简单易懂、便于并发分布式程序的开发等优点。

基于Isabelle定理证明器算法程序的形式化验证

形式化验证对保证软件的正确性和可靠性具有十分重要的意义。定理机械证明是形式化验证的一个重要研究领域,Isabelle系统是一个被广泛运用的定理证明辅助工具。本文在分析Dijkstra最弱前置谓词理论的基础上,根据PAR方法开发的算法程序循环不变式,提出了一种使用Isabelle定理证明器对算法程序进行机械验证的方法。该方法既克服了传统手工验证过程的繁琐性和易错性等缺点,又达到"提高验证效率和保证算法程序高可信"的目标,具有很好的实用价值。

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.

形式化方法在高中算法教学中的应用研究

国家教育部制定的高中新课程标准将算法初步作为高中数学课程的必修内容,算法与程序设计也首次纳入到选修课之列。全国大部分普通高中均按新课标开展教学实验,不少省份还把算法内容纳入高考。同时现有算法初步和算法与程序设计教材在介绍算法与算法设计方法时,无法说清楚算法设计的过程;在教学实践中,这一问题更加突出。这给高中生学习、理解及掌握算法和算法设计方法带来很大的困难。本文从新课程实验教材中及数学高考题中选取两个问题,用支持算法程序形式化开发的PAR(Partition And Recur)方法与PAR平台,从待求解问题的精确功能描述出发,经过一系列等价数学变换,最后得到正确的算法和程序。实践说明PAR方法与PAR平台可以在高中算法教学及学生能力评测中发挥建设性作用。

一组基于PAR的高可靠查找算法程序开发

使用形式化方法PAR,从查找问题的形式化规约出发,使用量词的性质等作为规则,分别施行不同的等价规约变换,开发了一组查找算法程序,并借助PAR平台进一步将其转换成可执行程序,这清晰展示了各算法程序间存在的关系,保证了结果程序的正确性和可靠性,使得算法程序的设计效率得到提高.

三个经典数学问题的形式化开发

计算机科学最高奖图灵奖获得者Knuth指出,算法是计算机科学的核心。算法的设计和理解对开发高效、正确的软件至关重要。本文选取平方数问题、几何级数求和问题和多项式求值这3个经典数学问题,使用支持算法程序形式化的PAR方法和PAR平台,从待求解问题的精确功能描述出发,使用PAR方法和PAR平台的推理和变换规则,经过一系列等价变换,最后得到正确的算法程序。这一系列形式化推演的过程揭示了这3个经典数学问题的奥妙,事实说明PAR方法和PAR平台在算法程序设计过程中可以发挥更大的作用。

一种基于规约精化的货物分发问题求解方案分析

介绍了美国Kestrel研究所的一种基于问题理论、算法理论和程序理论的规约精化思想,以及Kestrel如何应用这种思想渐进地形式化构造货物分发问题(GDP)的规约精化。现实生活中存在许多像货物分发问题这样需求可被规范化描述的仿真实际问题,我们认为这种规约精化思想对于解决和设计此类仿真实际问题是非常适用和有效的。

基于可重用数据查询构件的手持医护信息系统的研究

基于一种新型可重用数据访问构件,本文将其运用于手持医护信息系统中,取得了良好效果。该系统可以运行在Windows CE嵌入式操作系统之上,采用SQL Server CE嵌入式移动数据库并用一种新型可重用数据访问构件实现对数据库的各项操作,可以使医护人员方便地查阅和记录患者的各种临床症状,使医护人员减轻负担,提高工作效率。