基于时序逻辑软件构架形式化方法研究

随着软件系统的规模和复杂性日益增加,人们已经超越传统的“算法+数据结构=程序”的软件设计模式,软件系统的整体结构,即软件构架(Software Architecture)成为软件设计的重心和难点。运用形式化方法描述大规模、复杂软件系统的构架,能够阐明软件系统的真实内涵,有助于系统设计人员和相关人员更准确地了解系统,达成共识,避免误解。但更重要的是,形式化描述软件构架奠定了利用数学方法对软件构     

一种面向可理解性的可复用软件开发方法

本文介绍一种支持软件理解和复用的程序设计方法,以及实现该方法的实验性系统URS—1。     

基于可拓学的自适应软件形式化方法

可拓学的核心是建立灵活变通地应对不确定变化和灵感涌现的适应性模型。讨论引入可拓理论去描述、分析和评价软件系统的自适应性质、范围和程度的可能性。用基元描述软件实体,将软件系统构造成基元网,利用拓展分析、可拓变换和优度评价等定性与定量相结合的方法揭示了自适应软件系统的动态性质,并形成了一种自适应软件形式化方法。     

软件可理解性结构及其模糊度量方法

为了得到软件可理解性度量的单一表示,提出了基于软件呵理解性结构的模糊度量方法。通过对软件可理解性组成部分的分析,得出了软件可理解性的层次结构,在此基础上建立了可理解性各个组成部分的模糊隶属度函数,最后通过算例介绍了计算软件可理解性的模糊度量方法。     

面向对象的软件可重用性分析

目前,软件开发所面临的主要问题之一是如何提高软件的生产率。从软件工程的角度看,提高软件生产率需要从软件开发和软件维护两个方面去考虑。近几年来产生的一些软件开发方法,都不能明显地解决这两个方面的问题,对软件生产率的提高都不明显。软件可重用技术可以显著地解决这两个方面的问题,提高软件的生产率。本文着重讨论面向对象程序设计技术中软件可重用性的几个问题。 一、软件可重用的技术     

OOP对软件可测试性的影响的研究

分析了面向对象软件测试的特点,重点讨论了类的不变式、前置条件和后置条件对测试的影响。提出了软件内建自测试的解决方案,并举例说明了观察型测试点的插装过程。     

一种软件特征模型扩展和演化分析方法

特征模型是面向特征的软件开发过程的重要概念和制品,该模型以特征为单位,刻画了领域产品的共性和可变性.在日趋频繁的软件演化过程中,保持特征模型的一致演化,对于支持高效的复用开发和按需配置至关重要.目前,大多数的研究是在需求层面进行共性和可变性分析,对特征模型的研究则集中在对共性和可变性的建模上.但是,由于特征变更在建模过程中存在"涟漪"效应,会导致新的共性和可变性演化.现有的分析方法还无法解决这个问题,会导致丢失一些潜在的产品共性,从而影响复用的效率.提出了一种特征模型扩展和演化分析方法.通过扩展特征关联关系和模型演化元操作,实现对特征变更"涟漪"效应的分析.发现潜在的产品共性,提出重构策略和半自动化的共性提取和特征重构支持方法.该方法还针对典型的配置冲突提出了冲突消解规则和策略.最后,通过案例分析验证了该方法的可用性和有效性.     

二维逻辑PPTLSL的可满足性检查

由于指针的灵活性以及别名现象的存在,程序的运行可能会出现悬空指针引用、内存泄漏等诸多问题.PPTLSL是一种二维(时间和空间)时序逻辑,它结合了分离逻辑(Separation Logic)与命题投影时序逻辑PPTL(Propositional Projection Temporal Logic),能够描述和验证操作链表的指针程序的时序性质.本文简要回顾了PPTLSL的相关理论,并详细介绍工具SAT-PPTLSL的工作原理.该工具主要利用PPTLSL与PPTL之间构建起来的“同构”关系进行PPTLSL公式的可满足性检查.此外,本文结合一些实例展示了SAT-PPTLSL的执行过程,并通过实验分析了关键参数对SAT-PPTLSL执行效率的影响.     

一种软件自适应UML建模及其形式化验证方法

软件自适应的建模和形式化验证是提高自适应软件开发效率、保证自适应软件可靠性的基础,现有研究中软件自适应可视化建模与形式化建模相隔离,一定程度上阻碍了自适应软件的开发.为此,提出MV4SAS的方法,将可视化的UML与严格化的时间自动机相结合,用于软件自适应的建模和形式化验证.首先,应用UML扩展机制引入新的构造型、标记值和约束条件,定义软件自适应建模设施,在此基础上构造软件自适应结构模型和行为模型;然后,根据定义好的转换算法将软件自适应行为模型转换为时间自动机网络,建立软件自适应形式化模型;最后,定义一组软件自适应形式化验证性质,并利用模型检测工具UPPAAL验证软件自适应模型的可靠性.案例研究表明,该方法可有效降低软件自适应建模和验证的复杂度,提高软件自适应的建模效率和模型可靠性.     

考虑历史数据的软件可信演化分析方法

针对软件可信演化中对软件可信性相关属性的需求,提出一种考虑历史数据的软件可信演化分析方法。通过收集软件演化的历史数据,提取软件可信演化相关属性并进行量化,建立软件可信演化着色原则,构建软件可信演化分析图。实验结果表明,通过对软件可信演化分析图中演化单元的观察,可实时、有效、直观地得到内嵌在演化数据中的隐藏信息,以此分析出软件演化是否为可信演化,从而为演化数据的分析提供支持。     

通用的软件产品线领域与应用特征模型演化同步框架

软件产品线领域特征模型和应用特征模型都会发生独立的演化,在产品线的整体演化过程中必须使其始终保持一致,然而,分别为基于不同描述方式的特征模型创建同步设施往往费时、容易出错。因此,提出一个通用的软件产品线领域与应用特征模型的演化同步框架,该框架提供一套统一的特征模型元模型描述方式,并且基于该元模型提出了演化同步规则。 不同的软件产品线开发组织使用该框架时仅需定义特定的特征描述与通用描述方式之间的转换。最后,通过一个实例对框架的可用性进行了验证。     

Efficient reduction of finite state model checking to reachability analysis

Two types of temporal properties are usually distinguished: safety and liveness. Recently we have shown how to verify liveness properties of finite state systems using safety checking. In this article we extend the translation scheme to typical combinations of temporal operators. We discuss optimizations that limit the overhead of our translation. Using the notions of predicated diameter and radius we obtain revised bounds for our translation scheme. These notions also give a tight bound on the minimal completeness bound for simple liveness properties. Experimental results show the feasibility of the approach for complex examples. For one example, even an exponential speedup can be observed.     

采用形式化技术的软件再工程

形式化技术为软件再工程提供了完备的理论基础,该文对基于软件再工程的形式化方法进行了探讨,提出了一个统一的面向软件再工程的形式化方法。     

基于LDA的软件演化确认建模

演化是软件生命周期中一个重要的部分。现在有大量软件已经演化了数个版本,而如何确认演化后的软件与演化目的相符合,成为了一个需要解决的问题。由于目前还没有一个系统的方法来处理此类问题,提出了采用LDA主题模型的方法对演化确认进行建模分析。用LDA方法对软件源代码中的某些特征进行建模,通过模型能够分析出源代码内潜在的主题。将提取分析出来的主题与软件演化发布的相关报告做对比,找出它们之间的区别,以此确认演化后的软件是否符合演化目的。     

黑箱条件下的软件测试充分性与揭错能力分析

在白箱条件下,软件的测试充分性可通过语句覆盖、判定覆盖、条件覆盖、判定／条件覆盖和路径覆盖等方法进行度量。但在黑箱情况下,这些基于程序的覆盖度量方法不再实用,为此提出了基于程序外部特性的测试充分性,即基于功能覆盖的软件测试充分性概念。然而对于一个较复杂的安全性关键软件仅仅满足功能覆盖的软件测试充分性是不够的,应增加安全性扩充测试。经过对黑箱条件下的软件测试技术揭错能力的分析,得出了基于第3方的软件安全性测试技术在理论上有条件发现所有的软件危害故障的结论。     

支持软件并行工程过程建模的一种形式化方法

为了支持软件并行工程中的过程建模,以Petri网为基础,提出了一种过程建模的形式化方法——X-Petri网。同时给出了X-Petri网的详细主义及模型映射规则。最后通过一个软件并行工程中的过程实例来说明如何建立相应的X-Petri网模型。     

一种结合线性时序逻辑和故障树的软件安全验证方法

嵌入式软件在安全关键领域的广泛应用使得保障软件的安全性成为学界的研究热点。故障树技术是工业界常用的传统的安全分析方法之一。然而,传统的故障树无法精确描述安全关键系统中具有时序特征的系统故障。针对此问题,给出了一种结合线性时序逻辑和故障树的安全验证方法。该方法运用线性时序逻辑对故障树进行形式化规约,从中抽取出软件安全属性并用时序逻辑公式进行描述,用以支持对安全关键软件的模型检验。最后,以某机载控制系统软件数据处理故障模块的模型检验为例,来说明该方法的有效性和可行性。     

基于3D动画的软件演化信息可视化

可视化是软件维护和演化研究的一个重要组成部分。一个交互式的3D可视化方案能够将软件演化过程更形象地展示给用户。将软件的演化历史比拟成一座城市的发展过程,用户可以自由地在城市中移动,在把握系统宏观变化趋势的同时,很好地掌控其细节的发展情况。在已有相关工作的基础上,利用unity3D实现了一个原型工具,基本实现了预期目标,能为软件管理者提供方便的可视化信息。