No description available.

No description available.

In this thesis, we demonstrate how presheaves of labelled transition systems (LTS) acquire a very natural form of spatially induced independence on their actions when we allow a minimal amount of gluing on selected transitions within such systems. This gluing condition is characterized in the new model of LTS-adapted presheaf, and we also make use of the new model of asynchronous labelled transition system with equivalence (ALTSE) to characterize independence on actions. As such, our main result, the Theorem of Spatially Induced Independence, establishes functors from the categories of LTS-adapted presheaves to the categories of ALTSE-valued presheaves; it is a result that extends a proposition of Malcolm [SSTS] in the context of LTS-valued sheaves on complete Heyting algebras.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第18771号 / 理博第4029号 / 新制||理||1580(附属図書館) / 31722 / 京都大学大学院理学研究科数学・数理解析専攻 / (主査)教授 長谷川 真人, 教授 玉川 安騎男, 准教授 照井 一成 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DFAM

Real-time systems such as medical devices, surgical robots, and microprocessors are safety- critical applications that have hard timing constraint. The correctness of real-time systems is important as the failure may result in severe consequences such as loss of money, time and human life. These real-time systems have software to control their behavior. Typically, these software have source code which is converted to object code and then executed in safety-critical embedded devices. Therefore, it is important to ensure that both source code and object code are error-free. When dealing with safety-critical systems, formal verification techniques have laid the foundation for ensuring software correctness. Refinement based technique in formal verification can be used for the verification of real- time interrupt-driven object code. This dissertation presents an automated tool that verifies the functional and timing correctness of real-time interrupt-driven object code programs. The tool has been developed in three stages. In the first stage, a novel timed refinement procedure that checks for timing properties has been developed and applied on six case studies. The required model and an abstraction technique were generated manually. The results indicate that the proposed abstraction technique reduces the size of the implementation model by at least four orders of magnitude. In the second stage, the proposed abstraction technique has been automated. This technique has been applied to thirty different case studies. The results indicate that the automated abstraction technique can easily reduce the model size, which would in turn significantly reduce the verification time. In the final stage, two new automated algorithms are proposed which would check the functional properties through safety and liveness. These algorithms were applied to the same thirty case studies. The results indicate that the functional verification can be performed in less than a second for the reduced model. The benefits of automating the verification process for real-time interrupt-driven object code include: 1) the overall size of the implementation model has reduced significantly; 2) the verification is within a reasonable time; 3) can be applied multiple times in the system development process. / Several parts of this dissertation was funded by a grant from the United States Government and the generous support of the American people through the United States Department of State and the United States Agency for International Development (USAID) under the Pakistan – U.S. Science & Technology Cooperation Program. The contents do not necessarily reflect the views of the United States Government.

Thesis (MSc)--University of Stellenbosch, 2003. / ENGLISH ABSTRACT: Model checking is a computer-aided verification technique that is used to verify properties about the formal description of a system automatically. This technique has been applied successfully to detect subtle errors in reactive systems. Such errors are extremely difficult to detect by using traditional testing techniques. The conventional method of applying model checking is to construct a model manually either before or after the implementation of a system. Constructing such a model requires time, skill and experience. An alternative method is to derive a model from an implementation automatically. In this thesis two techniques of applying model checking to reactive systems are compared, both of which have problems as well as advantages. Two specific strategies are compared in the area of protocol development: 1. Structuring a protocol as a transition system, modelling the system, and then deriving an implementation from the model. 2. Automatically translating implementation code to a verifiable model. Structuring a reactive system as a transition system makes it possible to verify the control flow of the system at implementation level-as opposed to verifying the control flow at abstract level. The result is a closer correspondence between implementation and specification (model). At the same time testing, which is restricted to small, independent code fragments that manipulate data, is simplified significantly. The construction of a model often takes too long; therefore, verification results may no longer be applicable when they become available. To address this problem, the technique of automated model extraction was suggested. This technique aims to reduce the time required to construct a model by minimising manual input during model construction. A transition system is a low-level formalism and direct execution through interpretation is feasible. However, the overhead of interpretation is the major disadvantage of this technique. With automated model extraction there are disadvantages too. For example, differences between the implementation and specification languages-such as constructs present in the implementation language that cannot be expressed in the modelling language-make the development of an automated model extraction tool extremely difficult. In conclusion, the two techniques are compared against a set of software development considerations. Since a specific technique is not always preferable, guidelines are proposed to help select the best approach in different circumstances. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Modeltoetsing is 'n rekenaargebaseerde verifikasietegniek wat gebruik word om eienskappe rakende 'n formele spesifikasie van 'n stelsel te verifieer. Die tegniek is al suksesvol toegepas om subtiele foute in reaktiewe stelsels op te spoor. Sulke foute word uiters moeilik opgespoor as tradisionele toetsings tegnieke gebruik word. Tradisioneel word modeltoetsing toegepas deur 'n model te bou voor of na die implementasie van 'n stelsel. Om'n model te bou verg tyd, vernuf en ervaring. 'n Alternatiewe metode is om outomaties 'n model van 'n implementasie af te lei. In hierdie tesis word twee toepassingstegnieke van modeltoetsing vergelyk, waar beide tegnieke beskik oor voordele sowel as nadele. Twee strategieë word vergelyk in die gebied van protokol ontwikkeling: 1. Om 'n protokol as 'n oorgangsstelsel te struktureer, dit te moduleer en dan 'n implementasie van die model af te lei. 2. Om outomaties 'n verifieerbare model van 'n implementasie af te lei. Om 'n reaktiewe stelsel as 'n oorgangsstelsel te struktureer maak dit moontlik om die kontrolevloei op implementasie vlak te verifieer-in teenstelling met verifikasie van kontrolevloei op 'n abstrakte vlak. Die resultaat is 'n nouer band wat bestaan tussen die implementasie en die spesifikasie. Terselfdetyd word toetsing, wat beperk word tot klein, onafhanklike kodesegmente wat data manupileer, beduidend vereenvoudig. Die konstruksie van 'n model neem soms te lank; gevolglik, wanneer die verifikasieresultate beskikbaar word, is dit dalk nie meer toepaslik op die huidige weergawe van 'n implementasie nie. Om die probleem aan te spreek is 'n tegniek om modelle outomaties van implementasies af te lei, voorgestel. Die doel van die tegniek is om die tyd wat dit neem om 'n model te bou te verminder deur handtoevoer tot 'n minimum te beperk. 'n Oorgangsstelsel is 'n laevlak formalisme en direkte uitvoering deur interpretasie is wesenlik. Die oorhoofse koste van die interpreteerder is egter die grootste nadeel van die tegniek. Daar is ook nadele wat oorweeg moet word rakende die tegniek om outomaties modelle van implementasies af te lei. Byvoorbeeld, verskille tussen die implementasietaal en spesifikasietaal=-soos byvoorbleed konstrukte wat in die implementasietaal gebruik word wat nie in die modeleringstaal voorgestel kan word nie-vrnaak die ontwikkeling van 'n modelafieier uiters moeilik. As gevolg word die twee tegnieke vergelyk teen 'n stel van programatuurontwikkelingsoorwegings. Omdat 'n spesifieke tegniek nie altyd voorkeur kan geniet nie, word riglyne voorgestel om te help met die keuse om die beste tegniek te kies in verskillende omstandighede.

Ces cinquante dernières annéees, les ordinateurs ont occupé une place toujours plus importante dans notre vie quotidienne. On les retrouve aujourd’hui présents dans de nombreuses applications, sous forme de systèmes enfouis. Ces applications sont parfois critiques, dans la mesure où toute défaillance du système informatique peut avoir des conséquences catastrophiques, tant sur le plan humain que sur le plan économique. Nous pensons par exemple aux systèmes informatiques qui contrôlent les appareils médicaux ou certains systèmes vitaux (comme les freins) des véhicules automobiles. Afin d’assurer la correction de ces systèmes informatiques, différentes techniques de vérification Assistée par Ordinateur ont été proposées, durant les trois dernières décennies principalement. Ces techniques reposent sur un principe commun: donner une description formelle tant du système que de la propriété qu’il doit respecter, et appliquer une méthode automatique pour prouver que le système respecte la propriété. Parmi les principaux modèles aptes à décrire formellement des systèmes informatiques, la classe des systèmes de transition bien structurés [ACJT96, FS01] occupe une place importante, et ce, pour deux raisons essentielles. Tout d’abord, cette classe généralise plusieurs autres classes bien étudiées et utiles de modèles à espace d’états infini, comme les réseaux de Petri [Pet62](et leurs extensions monotones [Cia94, FGRVB06]) ou les systèmes communiquant par canaux FIFO avec pertes [AJ93]. Ensuite, des problèmes intéressants peuvent être résolus algorithmiquement sur cette classe. Parmi ces problèmes, on trouve le probléme de couverture, auquel certaines propriétés intéressantes de sûreté peuvent être réduites. Dans la première partie de cette thèse, nous nous intéressons au problème de couverture. Jusqu’à présent, le seul algorithme général (c’est-à-dire applicable à n’importe quel système bien structuré) pour résoudre ce problème était un algorithme dit en arrière [ACJT96] car il calcule itérativement tous les états potentiellement non-sûrs et vérifie si l’état initial du système en fait partie. Nous proposons Expand, Enlarge and Check, le premier algorithme en avant pour résoudre le problème de couverture, qui calcule les états potentiellement accessibles du système et vérifie si certains d’entre eux sont non-sûrs. Cette approche est plus efficace en pratique, comme le montrent nos expériences. Nous présentons également des techniques permettant d’accroître l’efficacité de notre méthode dans le cas où nous analysons des réseaux de Petri (ou une de leurs extensions monotones), ou bien des systèmes communiquant par canaux FIFO avec pertes. Enfin, nous nous intéressons au calcul de l’ensemble de couverture pour les réseaux de Petri, un objet mathématique permettant notamment de résoudre le problème de couverture. Nous étudions l’algorithme de Karp & Miller [KM69], une solution classique pour calculer cet ensemble. Nous montrons qu’une optimisation de cet algorithme présenté dans [Fin91] est fausse, et nous proposons une autre solution totalement neuve, et plus efficace que la solution de Karp & Miller. Dans la seconde partie de la thèse, nous nous intéressons aux pouvoirs d’expression des systèmes bien structurés, tant en terme de mots infinis que de mots finis. Le pouvoir d’expression d’une classe de systèmes est, en quelque sorte, une mesure de la diversité des comportements que les modèles de cette classe peuvent représenter. En ce qui concerne les mots infinis, nous étudions les pouvoirs d’expression des réseaux de Petri et de deux de leurs extensions (les réseaux de Petri avec arcs non-bloquants et les réseaux de Petri avec arcs de transfert). Nous montrons qu’il existe une hiérarchie stricte entre ces différents pouvoirs d’expression. Nous obtenons également des résultats partiels concernant le pouvoir d’expression des réseaux de Petri avec arcs de réinitialisation. En ce qui concerne les mots finis, nous introduisons la classe des langages bien structurés, qui sont des langages acceptés par des systèmes de transition bien structurés étiquettés, où l’ensemble des états accepteurs est clos par le haut. Nous prouvons trois lemmes de pompage concernant ces langages. Ceux-ci nous permettent de réobtenir facilement des résultats classiques de la littérature, ainsi que plusieurs nouveaux résultats. En particulier, nous prouvons, comme dans le cas des mots infinis, qu’il existe une hiérarchie stricte entre les pouvoirs d’expression des extensions des réseaux de Petri considérées.

L’analyse syntaxique consiste à prédire la représentation syntaxique de phrases en langue naturelle sous la forme d’arbres syntaxiques. Cette tâche pose des problèmes particuliers pour les langues non-configurationnelles ou qui ont une morphologie flexionnelle plus riche que celle de l’anglais. En particulier, ces langues manifestent une dispersion lexicale problématique, des variations d’ordre des mots plus fréquentes et nécessitent de prendre en compte la structure interne des mots-formes pour permettre une analyse syntaxique de qualité satisfaisante. Dans cette thèse, nous nous plaçons dans le cadre de l’analyse syntaxique robuste en constituants par transitions. Dans un premier temps, nous étudions comment intégrer l’analyse morphologique à l’analyse syntaxique, à l’aide d’une architecture de réseaux de neurones basée sur l’apprentissage multitâches. Dans un second temps, nous proposons un système de transitions qui permet de prédire des structures générées par des grammaires légèrement sensibles au contexte telles que les LCFRS. Enfin, nous étudions la question de la lexicalisation de l’analyse syntaxique. Les analyseurs syntaxiques en constituants lexicalisés font l’hypothèse que les constituants s’organisent autour d’une tête lexicale et que la modélisation des relations bilexicales est cruciale pour désambiguïser. Nous proposons un système de transition non lexicalisé pour l’analyse en constituants discontinus et un modèle de scorage basé sur les frontières de constituants et montrons que ce système, plus simple que des systèmes lexicalisés, obtient de meilleurs résultats que ces derniers. / Syntactic parsing consists in assigning syntactic trees to sentences in natural language. Syntactic parsing of non-configurational languages, or languages with a rich inflectional morphology, raises specific problems. These languages suffer more from lexical data sparsity and exhibit word order variation phenomena more frequently. For these languages, exploiting information about the internal structure of word forms is crucial for accurate parsing. This dissertation investigates transition-based methods for robust discontinuous constituency parsing. First of all, we propose a multitask learning neural architecture that performs joint parsing and morphological analysis. Then, we introduce a new transition system that is able to predict discontinuous constituency trees, i.e.\ syntactic structures that can be seen as derivations of mildly context-sensitive grammars, such as LCFRS. Finally, we investigate the question of lexicalization in syntactic parsing. Some syntactic parsers are based on the hypothesis that constituent are organized around a lexical head and that modelling bilexical dependencies is essential to solve ambiguities. We introduce an unlexicalized transition system for discontinuous constituency parsing and a scoring model based on constituent boundaries. The resulting parser is simpler than lexicalized parser and achieves better results in both discontinuous and projective constituency parsing.

Service-oriented engineering is an emerging software development paradigm for distributed collaborative applications. Such an application is made up of several entities abstracted as services, each of them being for example a Web application, a Web service, or even a human. The services can be developed independently and are composed to achieve common requirements through interactions among them. Service choreographies define such requirements from a global perspective, based on interactions among a set of participants. This thesis aims to formalize the problems and attempts to develop a framework by which service choreographies can be developed correctly for both top-down and bottom-up approaches. It consists in analyzing the relation between a choreography specification and a choreography implementation at both model level and real implementation level. Particularly, it concerns the composition/decomposition service design, the verification, and the testing of choreography implementation. The first key point of our framework is to support value-passing among services by using symbolic technique and SMT solver. It overcomes false negatives or state space explosion issues due by abstracting or limiting the data domain of value-passing in existing approaches. The second key point is the black-box passive testing of choreography implementation. It does not require neither to access to source codes nor to make the implementation unavailable during the testing process. Our framework is fully implemented in our toolchains, which can be downloaded or used online at address: http://schora.lri.fr.

Computational learning theory is a branch of theoretical computer science that re-imagines the role of an algorithm from an agent of computation to an agent of learning. The operations of computers become those of the human mind; an important step towards illuminating the limitations of artificial intelligence. The central difference between a learning algorithm and a traditional algorithm is that the learner has access to an oracle who, in constant time, can answer queries about that to be learned. Normally an algorithm would have to discover such information on its own accord. This subtle change in how we model problem solving results in changes in the computational complexity of some classic problems; allowing us to re-examine them in a new light. Specifically two known result are examined: one positive, one negative. It is know that one can efficiently learn Deterministic Finite Automatons with queries, not so of Non-Deterministic Finite Automatons. We generalize these Automatons into Labeled Transition Systems and attempt to learn them using a stronger query.