基于自動(dòng)機(jī)理論的高效模型檢驗(yàn)算法研究的中期報(bào)告

基于自動(dòng)機(jī)理論的高效模型檢驗(yàn)算法研究的中期報(bào)告本文內(nèi)容主要是對(duì)基于自動(dòng)機(jī)理論的高效模型檢驗(yàn)算法的中期研究報(bào)告。首先對(duì)研究背景及相關(guān)工作進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，然后詳細(xì)闡述了所采用的算法框架及方法，接著給出了算法的實(shí)現(xiàn)流程，最后對(duì)算法的中期實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行了分析和總結(jié)。一、研究背景及相關(guān)工作模型檢驗(yàn)是軟件工程領(lǐng)域中一個(gè)非常重要的問(wèn)題，基于自動(dòng)機(jī)的模型檢驗(yàn)方法具有自動(dòng)化、形式化和精準(zhǔn)化的優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為一種主要的模型檢驗(yàn)方法。但是，傳統(tǒng)的模型檢驗(yàn)算法在面對(duì)大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)的時(shí)候往往會(huì)遭遇狀態(tài)爆炸問(wèn)題，算法效率降低，因此研究能夠高效檢驗(yàn)大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)的自動(dòng)機(jī)模型檢驗(yàn)算法變得尤為重要。目前在基于自動(dòng)機(jī)理論的高效模型檢驗(yàn)算法方面，已經(jīng)存在一些研究工作。例如，基于虛擬合并技術(shù)的模型檢驗(yàn)算法、基于狀態(tài)壓縮和符號(hào)迭代的模型檢驗(yàn)算法等。這些算法在小到中等規(guī)模模型的性能表現(xiàn)上已經(jīng)有了一定的突破，但在處理大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)時(shí)仍然存在著一些問(wèn)題。二、算法框架及方法本研究采用了一種基于狀態(tài)壓縮和分治思想的模型檢驗(yàn)算法，其主要思想是將模型的狀態(tài)空間劃分成若干個(gè)子空間，對(duì)每個(gè)子空間進(jìn)行壓縮及檢驗(yàn)，最后對(duì)所有子空間的檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行合并，從而得到整個(gè)模型的檢驗(yàn)結(jié)果。具體來(lái)說(shuō)，本算法主要包含以下幾個(gè)步驟：1.狀態(tài)壓縮為了避免狀態(tài)爆炸問(wèn)題，本算法采用狀態(tài)壓縮技術(shù)，將每個(gè)狀態(tài)表示成一個(gè)整數(shù)。該狀態(tài)壓縮方法是基于二進(jìn)制編碼方法的改進(jìn)，通過(guò)二進(jìn)制數(shù)的最高位來(lái)表示是否為原來(lái)的狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)狀態(tài)的壓縮。2.分治策略為了進(jìn)一步提高算法效率，本算法采用分治策略，將整個(gè)狀態(tài)空間劃分成若干個(gè)子空間。本文中采用的是均等分割策略，即將整個(gè)狀態(tài)空間等分成若干個(gè)子空間。3.子空間檢驗(yàn)對(duì)于每個(gè)子空間，本算法采用傳統(tǒng)的模型檢驗(yàn)算法進(jìn)行檢驗(yàn)。由于子空間規(guī)模較小，因此算法效率得到了保證。4.結(jié)果合并對(duì)于所有子空間的檢驗(yàn)結(jié)果，本算法采用邏輯運(yùn)算對(duì)其進(jìn)行合并。為了提高效率，可以采用位運(yùn)算進(jìn)行處理。三、算法實(shí)現(xiàn)流程本算法主要分為三個(gè)流程：預(yù)處理、狀態(tài)壓縮以及模型檢驗(yàn)。1.預(yù)處理在預(yù)處理階段，首先需要將模型進(jìn)行自動(dòng)化轉(zhuǎn)換，從而得到滿(mǎn)足自動(dòng)機(jī)的形式，方便后續(xù)處理。然后需要對(duì)模型進(jìn)行一些初始化操作，例如初始化狀態(tài)壓縮表、初始化分治子空間等。2.狀態(tài)壓縮狀態(tài)壓縮是算法的核心部分之一。對(duì)于每個(gè)狀態(tài)，需要將其用整數(shù)表示，并將其存儲(chǔ)在狀態(tài)壓縮表中，以方便后續(xù)處理。3.模型檢驗(yàn)在模型檢驗(yàn)階段，需要將整個(gè)狀態(tài)空間劃分為若干個(gè)子空間，并對(duì)每個(gè)子空間進(jìn)行模型檢驗(yàn)。對(duì)于每個(gè)子空間，可以采用傳統(tǒng)的模型檢驗(yàn)算法進(jìn)行處理。最后將所有子空間的檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行合并即可得到整個(gè)模型的檢驗(yàn)結(jié)果。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與總結(jié)本研究目前已經(jīng)完成了算法框架及方法的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了中期實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本算法相比傳統(tǒng)的模型檢驗(yàn)算法，在大規(guī)模復(fù)雜