|
|
Congruences for Tree Automata
Žufan, Petr ; Janků, Petr (referee) ; Holík, Lukáš (advisor)
This thesis discusses testing of tree automata (TA) equivalence. We propose a new algorithm based on Bonchi Pouse's algorithm of word automata. The new algortihm combines bisimulation and determinization on the fly. Using an optimalization based on congruence closure, we try to avoid extreme expansion of state space. From this point of view, the new algorithm is better than others.
|
|
|
Automata in Infinite-state Formal Verification
Lengál, Ondřej ; Jančar, Petr (referee) ; Veith, Helmut (referee) ; Esparza, Javier (referee) ; Vojnar, Tomáš (advisor)
Tato práce se zaměřuje na konečné automaty nad konečnými slovy a konečnými stromy, a použití těchto automatů při formální verifikaci nekonečně stavových systémů. Práce se nejdříve věnuje rozšíření existujícího přístupu pro verifikaci programů které manipulují s haldou (konkrétně programů s dynamickými datovými strukturami), jenž je založen na stromových automatech. V práci je navrženo několik rozšíření tohoto přístupu, jako například jeho plná automatizace či jeho rozšíření o podporu uspořádaných dat. V práci jsou popsány nové rozhodovací procedury pro dvě logiky, které jsou často používány ve formální verifikaci: pro separační logiku a pro slabou monadickou druhořádovou logiku s následníkem. Obě tyto rozhodovací procedury jsou založeny na převodu jejich problému do automatové domény a následné manipulaci v této cílové doméně. Posledním přínosem této práce je vývoj nových algoritmů k efektivní manipulaci se stromovými automaty, s důrazem na testování inkluze jazyků těchto automatů a manipulaci s automaty s velkými abecedami, a implementace těchto algoritmů v knihovně pro obecné použití. Tyto vyvinuté algoritmy jsou použity jako klíčová technologie, která umožňuje použití výše uvedených technik v praxi.
|
|
|
Efficient Algorithms for Finite Automata
Hruška, Martin ; Rogalewicz, Adam (referee) ; Lengál, Ondřej (advisor)
Nondeterministic finite automata are used in many areas of computer science, including, but not limited to, formal verification, the design of digital circuits or for the representation of a regular language. Their advantages over deterministic finite automata is that they may represent a language in even exponentially conciser way. However, this advantage may be lost if a naive approach to some operations is taken, in particular for checking language inclusion of a pair of automata, the naive implementation of which performs an explicit determinization of one of the automata. Recently, several new techniques for this operation that avoid explicit determinization (using the so-called antichains or bisimulation up to congruence) have been proposed. The main goal of the presented work is to efficiently implement these techniques as a new extension of the VATA library. The implementation has been evaluated and is superior to other implementations in over 90% of tested cases by the factor of 2 to 100.
|
|
|
Efficient Algorithms for Tree Automata
Valeš, Ondřej ; Hruška, Martin (referee) ; Lengál, Ondřej (advisor)
In this work a novel algorithm for testing language equivalence and inclusion on tree automata is proposed and implemented as a module in the VATA library. First, existing approaches to equivalence and inclusion testing on both word and tree automata are examined. These existing approaches are then modified to create bisimulation up-to congruence algorithm for tree automata and a formal proof of the soundness of the new algorithm is provided. Efficiency of this new approach is compared with existing language equivalence and inclusion testing methods for tree automata, showing the performance of our algorithm on hard cases is often superior.
|
|
|
Simulace a protiřetězce pro efektivní práci s konečnými automaty
Holík, Lukáš ; Černá, Ivana (referee) ; Jančar, Petr (referee) ; Vojnar, Tomáš (advisor)
Cílem této práce je vývoj technik umožňujících praktické využití nedeterministických konečných automatů, zejména nedeterministických stromových automatů. Jde zvláště o techniky pro redukci velikosti a testování jazykové inkluze, jež hrají zásadní roli v mnoha oblastech aplikace konečných automatů. V oblasti redukce velikosti vycházíme z dobře známých metod pro slovní automaty které jsou založeny na relacích simulace. Navrhli jsme efektivní algoritmy pro výpočet stromových variant simulačních relací a identifikovali jsme nový typ relace založený na kombinaci takzvaných horních a dolních simulací nad stromovými automaty. Tyto kombinované relace jsou zvláště vhodné pro redukci velikosti automatů slučováním stavů. Navržený princip kombinace relací simulace je relevantní i pro slovní automaty. Náš přínos v oblasti testování jazykové inkluze je dvojí. Nejprve jsme zobecnili na stromové automaty takzvané protiřetězcové algoritmy, které byly původně navrženy pro slovními automaty. Dále se nám podařilo použitím simulačních relací výrazně zefektivnit protiřetězcové algoritmy pro testování jazykové inkluze jak pro slovní, tak pro stromové automaty. Relevanci našich technik pro praxi jsme demonstrovali jejich nasazením v rámci regulárního stromového model checkingu, což je verifikační metoda založená na stromových automatech. Použití našich algoritmů zde vedlo k výraznému zrychlení a zvětšení škálovatelnosti celé metody. Základní myšlenky našich algoritmů pro redukci velikosti automatů a testování jazykové inkluze jsou aplikovatelné i na jiné typy automatů. Příkladem jsou naše redukční techniky pro alternující Büchiho automaty prezentované v poslední části práce.
|
|
|
Efficient Algorithms for Büchi Automata
Laščák, Tomáš ; Holík, Lukáš (referee) ; Lengál, Ondřej (advisor)
The main goal of this work is to extend the existing library VATA with a module for working with Büchi automata, which are finite state automata over infinite words. These automata are used in many areas of computer science, among others in formal verifications, namely in LTL model checking. LTL model checking is typically carried out using the operation of testing language inclusion between two Büchi automata. Because testing language inclusion can be computationally very demanding, several optimized algorithms have been created for testing language inclusion such as the Ramsey-based approach. This work is focused on the mentioned approach, the implementation of which is added to the newly created extension of the VATA library. Apart from that, the new extension adds additional useful operations over Büchi automata such as union, intersection or a reduction in the number of states.
|
|
|
Harnessing Forest Automata for Verification of Heap Manipulating Programs
Šimáček, Jiří ; Abdulla, Parosh (referee) ; Křetínský, Mojmír (referee) ; Vojnar, Tomáš (advisor)
Tato práce se zabývá verifikací nekonečně stavových systémů, konkrétně, verifikací programů využívajích složité dynamicky propojované datové struktury. V minulosti se k řešení tohoto problému objevilo mnoho různých přístupů, avšak žádný z nich doposud nebyl natolik robustní, aby fungoval ve všech případech, se kterými se lze v praxi setkat. Ve snaze poskytnout vyšší úroveň automatizace a současně umožnit verifikaci programů se složitějšími datovými strukturami v této práci navrhujeme nový přístup, který je založen zejména na použití stromových automatů, ale je také částečně inspirován některými myšlenkami, které jsou převzaty z metod založených na separační logice. Mimo to také představujeme několik vylepšení v oblasti implementace operací nad stromovými automaty, které jsou klíčové pro praktickou využitelnost navrhované verifikační metody. Konkrétně uvádíme optimalizovaný algoritmus pro výpočet simulací pro přechodový systém s návěštími, pomocí kterého lze efektivněji počítat simulace pro stromové automaty. Dále uvádíme nový algoritmus pro testování inkluze stromových automatů společně s experimenty, které ukazují, že tento algoritmus překonává jiné existující přístupy.
|
|
|
Efficient Algorithms for Büchi Automata
Laščák, Tomáš ; Holík, Lukáš (referee) ; Lengál, Ondřej (advisor)
The main goal of this work is to extend the existing library VATA with a module for working with Büchi automata, which are finite state automata over infinite words. These automata are used in many areas of computer science, among others in formal verifications, namely in LTL model checking. LTL model checking is typically carried out using the operation of testing language inclusion between two Büchi automata. Because testing language inclusion can be computationally very demanding, several optimized algorithms have been created for testing language inclusion such as the Ramsey-based approach. This work is focused on the mentioned approach, the implementation of which is added to the newly created extension of the VATA library. Apart from that, the new extension adds additional useful operations over Büchi automata such as union, intersection or a reduction in the number of states.
|
|
|
Efficient Algorithms for Tree Automata
Valeš, Ondřej ; Hruška, Martin (referee) ; Lengál, Ondřej (advisor)
In this work a novel algorithm for testing language equivalence and inclusion on tree automata is proposed and implemented as a module in the VATA library. First, existing approaches to equivalence and inclusion testing on both word and tree automata are examined. These existing approaches are then modified to create bisimulation up-to congruence algorithm for tree automata and a formal proof of the soundness of the new algorithm is provided. Efficiency of this new approach is compared with existing language equivalence and inclusion testing methods for tree automata, showing the performance of our algorithm on hard cases is often superior.
|
|
|
Congruences for Tree Automata
Žufan, Petr ; Janků, Petr (referee) ; Holík, Lukáš (advisor)
This thesis discusses testing of tree automata (TA) equivalence. We propose a new algorithm based on Bonchi Pouse's algorithm of word automata. The new algortihm combines bisimulation and determinization on the fly. Using an optimalization based on congruence closure, we try to avoid extreme expansion of state space. From this point of view, the new algorithm is better than others.
|
guest ::
