рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Раздел Философия
/
Вид работы: Лекции
/
Анализ языков формальной спецификации программ

Реферат Курсовая Конспект

Выберите учебное заведение

Анализ языков формальной спецификации программ

Анализ языков формальной спецификации программ - Лекция, раздел Философия, Конспект лекций по дисциплине Надежность систем В данной лекции систематически изложены следующие взаимосвязанные аспекты инженерии ПО Языки Спецификаций, Используемые Для Формального Описания Свойств Программ...

Языки спецификаций, используемые для формального описания свойств программ, более высокого уровня, чем ЯП. Их можно классифицировать по таким категориям: универсальные языки с общематематической основой (например, RAISE, Z, API, VDM и др.) [6.6-6.10]; языки спецификации проблемных областей (например, ЯП, языки спецификаций ПрО или доменов - DSL и др.) [6.11-6.14]; специализированные языки спецификации (например, языки таблиц, логики, равенств и подстановок и др.) [6.5]; языки, ориентированные на спецификацию параллельных процессов (например, CIP-L, Ada-68 Concurrent Pascal и др.) [6.11] (рис. 6.1).

Спецификация программы - это точное, однозначное и недвусмысленное описание программы с помощью математических понятий, терминов, правил синтаксиса и семантики языка спецификации. В языке спецификаций могут быть понятия и конструкции, которые нельзя выполнить на компьютере, они представляются последовательностью операций, функций, понятных для интерпретации.

Описание задачи в языке спецификации включает в себя описание общего контекста всех понятий, через которые определяются понятия, участвующие в формулировке задачи или в описании модели ПрО (домена).

Описание задачи дается в виде аксиом, утверждений, пред- и постусловий, требующих для их реализации не систем программирования, а специального аппарата для доказательства или верификации описания задач, в частности интерпретаторов или метасистем.

увеличить изображение
Рис. 6.1.Категории языков спецификации

Универсальные языки спецификации (VDM, Z, RAISE и др.) имеют общематематическую основу и следующие виды средств:

· логики первого порядка, включая кванторы;

· арифметические операции;

· средства образования множеств с помощью логических формул и операций над множествами;

· средства описания конечных последовательностей (кортежей, списков) и операции над ними;

· средства описания конечных функций и операции над ними;

· средства описания древовидных структур;

· средства построения областей или множества объектов, включая произведения, объединения и рекурсивные определения;

· определение функций с помощью выражений и равенств, включая рекурсивные определения;

· процедурные средства ЯП (операторы присваивания, цикла, выбора, выхода);

· операции композиции, аргументами и результатами которых могут быть функции, выражения, операторы.

В VDM и RAISE нет средств описания графовых структур, управления и параллелизма, однако имеется механизм конструирования новых структур данных.

Языки спецификации областейвключают в себя следующие языки:

· спецификации доменов;

· описания взаимодействий;

· спецификации ЯП и трансляторов;

· спецификации БД и знаний;

· спецификации пакетов прикладных программ и др.

Каждый из этих языков имеет специализированные средства, отображающие специфические особенности соответствующей области.

Язык спецификации доменов DSL (Domain Specific Language) представляет некоторое подмножество языка программирования и специально средства для описания специальных проблем домена [6.14]. Он подразделяется на внешние и внутренние языки.Внешние языки (типа Unix, XML и др.) по уровню выше языка описания приложения. Описание в нем сводится к языку DSLспециальными генераторами или текстовыми редакторами, трансформирующими абстрактные понятия домена к понятиям языкаDSL. Внутренние языки (С, С++), а также языки Java, Smalltalk ограничены синтаксисом и семантикой основного базового языка программирования приложений.

Языки описания взаимодействий и параллельного выполнения в отличие от ЯП позволяют специфицировать процессы управления вычислениями, передачей сообщений и взаимодействием объектов в распределенных системах.

Метаязыки позволяют специфицировать контекстные зависимости синтаксиса ЯП, лексический и синтаксический анализтрансляторов с помощью регулярных выражений КС-грамматик в форме Бэкуса-Наура. Для спецификации семантики языков используется формализм равенств. Техника описания ЯП основывается на атрибутных грамматиках и абстрактных типах данных. Задача описания ЯП для перевода решаются путем использования денотационных, алгебраических и атрибутных подходов, а также логических терминов, ориентированных на верификацию [6.11-6.16].

Языки описания средств программированиявключают в себя языки, основанные на равенствах и подстановках с операционной семантикой (Лисп, Рефал); логические языки; языки операций (АPL) над последовательностями и матрицами; табличные языки; сети, графы [6.5, 6.11]. Язык логики предикатов с набором базисных функций используется для записи пред- и постусловий, инвариантов.

Отдельные операции логики предикатов используются также в языках логического программирования (например, Пролог).

Основой описания математических объектов являются равенства и подстановки. Для определения семантики равенства используется денотационное, операционное и аксиоматическое описание. Операционная семантика связана с подстановками (замена, продукция) и определяется в терминах операций, приводящих к вычислениям алгоритмов. При этом фиксируется порядок и динамика выполнения операций. Денотационный подход к семантике предпочитает статическое описание в терминах математических свойств объектов, а аксиоматической - специфицирует свойства объектов в рамках некоторой логической системы, содержащей правила вывода формул и/или интерпретаций.

Продукция или правила подстановки общего вида - это , где и - произвольные слова в фиксированном алфавите. Нормальный алгоритм Маркова [6.1] представляет собой упорядоченный набор правил, некоторые из них отмечены как завершающие. Применение правила к слову состоит в подстановке слова вместо самого левого слова в . Вычисление заканчивается, когда применяется завершающее правило, состоящее в порождении одного слова.

Языки спецификации программ или универсальные языки (Z, VDM, RAISE [6.5, 6.7-6.10]) базируются на аппарате математической логики и теории множеств и требуют от пользователей математической подготовки при применении их в трудно формализуемых областях -описание трансляторов с ЯП, системы реального времени, где правильность и точность программ основополагающие. На формальную спецификацию, разработку аксиом и теорем требуется несоизмеримо больше времени, чем в обычных языках программирования. Кроме того, формальные спецификации программ более громоздкие и требуют много времени при прокручивании таких программ за столом и интерпретации их на редких инструментальных средствах математического доказательства.

Эти особенности языков формальной спецификации препятствовали практическому их использованию. Их фактически отодвинул более конструктивный и наглядный стиль представления программ на языке UML, предоставив пользователям аппарат мышления объектами реального мира, диаграммным представлением их взаимодействия и многочисленными инструментами. В настоящее время интерес к формальным методам доказательства программ на основе спецификаций снова возник [6.15, 6.16], и поэтому студентам с математическим мышлением будет интересно познакомиться с особенностями техник спецификации и формального доказательства программ.

Развернуть

Открыть в широком формате

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Конспект лекций по дисциплине Надежность систем В данной лекции систематически изложены следующие взаимосвязанные аспекты инженерии ПО

Тема... В данной лекции систематически изложены следующие взаимосвязанные аспекты... теоретический и интеллектуальный базис методы принципы средства и методологии и др проектирования...

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Анализ языков формальной спецификации программ

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Анализ и характеристика областей знаний SWEBOK
Ядро знаний SWEBOK является основополагающим научно-техническим документом, который отображает мнение многих зарубежных и отечественных специалистов в области программной инженерии [1.3-1.12

Требования к ПО (Software Requirements)
Требования - это свойства, которыми должно обладать ПО для адекватного определения функций, условий и ограничений выполнения ПО, а также объемов данных, технического обеспечения и среды функциониро

Проектирование ПО (Software design)
Проектирование ПО - это процесс определения архитектуры, компонентов, интерфейсов, других характеристик системы и конечного состава программного продукта. Область знаний "Прое

Конструирование ПО (Software Construction)
Конструирование ПО - создание работающего ПО с привлечением методов верификации, кодирования и тестирования компонентов. К инструментам конструирования ПО отнесены языки программирования и конструи

Тестирование ПО (Software Testing)
Тестирование ПО - это процесс проверки готовой программы в статике (просмотры, инспекции, отладки исходного кода) и в динамике путем прогона конечного набора тестовых данных, проверяющих разные пут

Сопровождение ПО (Software maintenance)
Сопровождение ПО - совокупность действий по обеспечению работы ПО, а также по внесению изменений в случае обнаружения ошибок в процессе эксплуатации, по адаптации ПО к новой среде функционирования,

Управление конфигурацией ПО
Управление конфигурацией (Software Configuration Management - SCM) состоит в идентификации компонентов системы, определении функциональных и физических характеристик аппаратного и программно

Управление инженерией ПО
Управление инженерией ПО (Software Engineering Management) - руководство работами команды разработчиков ПО в процессе выполнения плана проекта, определение критериев эффективности работы ком

Процесс инженерии ПО (Software Engineering Process)
В некотором смысле это метауровень, который связан с определением, реализацией, оценкой, измерением, управлением изменениями и совершенствованием самого процесса. Однако такой процесс не явл

Методы и инструменты инженерии ПО
Методы обеспечивают проектирование, реализацию и выполнение ПО. Они накладывают некоторые ограничения на инженерию ПО в связи с особенностями применения их нотаций и процедур, а также обеспечивают

Качество ПО (Software Quality)
Качество ПО - набор свойств продукта (сервис или службы), которые характеризуют его способность удовлетворить установленные или предполагаемые потребности заказчика. Понятие качества имеет разные и

Жизненный цикл ПС, связь с ядром знаний SWEBOK
Программная инженерия, как инженерная дисциплина, охватывает все аспекты создания ПС от начальной стадии разработки системных требований до реализации программного продукта и его использован

Каскадная модель ЖЦ
Одной из первых стала применяться каскадная модель, в которой каждая работа выполняется один раз и в том порядке, как это представлено в модели (рис. 2.4).

Инкрементная модель ЖЦ
Первая создаваемая промежуточная версия системы (выпуск 1) реализует часть требований, в последующую версию (выпуск 2) добавляют дополнительные требования и так до тех пор, пока не будут окончатель

Спиральная модель
увеличить изображение Рис. 2.6.Спиральная модель ЖЦ р

Эволюционная модель ЖЦ
В случае эволюционной модели система разрабатывается в виде последовательности блоков структур (конструкций). В отличие от инкрементной модели ЖЦ подразумевается, что требования устанавливаются час

Стандартизация модели ЖЦ
Типичный ЖЦ системы начинается с формулировки идеи или потребности, проходит все процессы разработки, производства, эксплуатации и сопровождения системы. Стандартный ЖЦ состоит из процессов, каждый

Характеристика областей знаний SWEBOK
В ядре знаний SWEBOK определено 10 областей знаний. Среди них выделим базовые области, методы и средства которых соответствуют процессам разработки ПС: 1. Разработка требований; 2

Процессы ЖЦ верификация и валидация программ
Верификация и валидация, как методы, обеспечивают соответственно проверку и анализ правильности выполнения заданных функций и соответствия ПО требованиям заказчика, а та

Тестирование программ
Тестированиеможно рассматривать, как процесс семантической отладки (проверки) программы, заключающийся в исполнении последовательности различных наборов контрольных тестов, для кот

Статические методы тестирования
Статические методы используются при проведении инспекций и рассмотрении спецификаций компонентов без их выполнения.Техника статического анализа заключается в методическом просмотре (или обзоре) и а

Динамические методы тестирования
Динамические методы тестирования используются в процессе выполнения программ. Они базируются на графе, связывающем причины ошибок с ожидаемыми реакциями на эти ошибки. В процессе тестирования накап

Функциональное тестирование
Цель функционального тестирования - обнаружение несоответствий между реальным поведением реализованных функций и ожидаемым поведением в соответствии со спецификацией и исходными требованиями

Инфраструктура процесса тестирования ПС
Под инфраструктурой процесса тестирования понимается: · выделение объектов тестирования; · проведение классификации ошибок для рассматриваемого класса тестируемых программ;

Методы поиска ошибок в программах
Международный стандарт ANSI/IEEE-729-83 разделяет все ошибки в разработке программ на следующие типы. Ошибка (error) - состояние программы, при котором выдаются неправильные результаты, пр

Служба тестирования ПС
За функциональные и исполнительные тесты несут ответственность разработчики заказчик, он больше влияет на составление тестов испытаний и инсталляции системы [7.6]. Для этих целей, как прав

Управление процессом тестирования
Все способы тестирования ПС объединяются базой данных, где помещаются результаты тестирования системы. В ней содержатся все компоненты, тестовые контрольные данные, результаты тестирования и информ

VDM-спецификация программ
Язык VDM (Vienna Development Method) разработан в венской лаборатории компании IBM для описания языков типа ПЛ/1, трансляторов и систем со сложными структурами данных [6.7, 6.8]. Главная его

Спецификация программ средствами RAISE
RAISE-метод и RSL-спецификация (RAISE Specification Language) [6.9, 6.10] были разработаны в 80-х годах как результат предварительного исследования формальных методов и их пополнения новыми

Спецификации задач концепторным языком
Для постановки сложных математических задач (суммирование бесконечных рядов, теоретикомножественных операций с бесконечными множествами, гильбертов оператор и др.) и задач искусственного интеллекта

Методы доказательства правильности программ
Формальные методы тесно связаны с математическими техниками спецификаций, верификацией и доказательством правильности программ. Эти методы содержат математическую символику, формальную нотацию и ап

Характеристика формальных методов доказательства
Наиболее известными формальными методами доказательства программ являются метод рекурсивной индукции или утверждений Флойда, Наура, метод структурной индукции Хоара и др. [6.4, 6.5, 6.18, 6.19].

Валидация сценариев требований
Рассматривается подход к проверке требований, которые заданы в модели требований, построенной с использованием сценариев и акторов, как внешней сущности по отношению к разрабатываемой систем

Методы анализа структур программ
Методы анализа структуры программ относятся к доказательству правильности программ [6.20] и состоят в их инспекции независимыми экспертами с участием самих разработчиков. Они проверяют полноту, цел

Верификация и валидация программ
Верификация и валидация - это методы анализа, проверки спецификаций и правильности выполнения программ в соответствии с заданными требованиями и формальным описанием программы [6.19,

Подходы к верификации моделей
Объектная модель и модель распределенного приложения отражают специфику предметной области и принципы взаимодействияобъектов со средой функционирования. Их верификации посвящен ряд работ, в том чис

Метод верификации композиции правильных компонентов
Метод верификации композиции компонентов базируется на спецификации функций и временных (temporal) свойствах готовых проверенных компонентов (типа reuse) [6.23]. Свойства составного компонен

Перспективные направления верификации программ
По данным, опубликованным в [6.15], ежегодно ошибки в ПО США обходятся в 60 млрд. долларов. Для преодоления этих проблем американские специалисты и специалисты из европейских стран по формальным ме