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内容简介

　　形式化方法以数学为基础，其目标是建立精确的、无二义性的语义，对系统开发的各个阶段进行有效地描述，使系统的结构具有先天的合理性、正确性和良好的维护性，能较好地满足用户需求。《工业关键系统的形式化方法：应用综述》记录和展示了作者关于形式化方法如何在工业关键系统中进行应用的研究成果。　　《工业关键系统的形式化方法：应用综述》分为6部分。第1部分是概述；第2部分致力于介绍建模范例；第3部分介绍了包括形式化方法和相关工具的使用以及应用程序在实际系统领域的发展；第4部分则向读者展示了形式化方法在通信系统中的发展和成果；第5部分则介绍了形式化方法在互联网和在线服务方面的应用；而在第6部分则介绍了实时应用程序的形式化方法。　　《工业关键系统的形式化方法：应用综述》可用作高等院校计算机科学、自动化相关专业本科生、研究生以及教师的参考用书，也可作为业内专业人士的参考书。

目录

译者序
原书序
原书前言
第一部分 前言和发展现状
第一章 形式化方法：应用{逻辑关系，理论}的计算机科学
1.1前言和发展现状
1.2未来发展方向
致谢
参考文献

第二部分 建模范式
第二章一种正在应用的同步语言：LUSTRE的发展
2.1前言
2.2同步语言风格
2.3 LUSTR和SCADE的设计和开发
2.3.1 工业发展
2.3.2 研究阶段
2.4 工业应用案例
2.4.1预期成果
2.4.2意外功能和需求
2.5 现状
第三章群智能方法形式化集成要求
3.1 前言
3.2 群体技术
3.2.1ANTS任务概述
3.2.2 ANTS规范和验证
3.3 美国宇航局（NASA）FAST项目
3.4群体形式化集成方法
3.4.1 CSP简述
3.4.2WSCCS 简述
3.4.3X-机
3.4.4unity逻辑
3.5 结论
致谢
参考文献

第三部分 交通运输系统
第四章形式化方法在铁路交通信号中的应用趋势
4.1 前言
4.2 CENELEC准则
4.3 铁路信号系统软件采购
4.3.1系统分类
4.3.2需求分析和规范
4.4 成功案例：B方法
4.5 铁路信号设备分类
4.5.1列车控制系统
4.5.2联锁系统
4.5.3 EURIS语言
4.6 结论
参考文献
第五章航空电子设备的符号模型校验
5.1前言
5.2 飞行跑道安全监控应用
5.2.1RSM的作用
5.2.2RSM的设计
5.2.3RSM的形式化验证
5.2.4符号模型校验结构
5.2.5符号状态空间生成饱和算法
5.2.6基于饱和算法的模型校验
5.2.7随机模型校验可靠性和定时分析工具(SmArT)
5.3 RSM的离散模型
5.3.1整型变量和实型变量抽象化
5.3.2RSM的SMART模型
5.3.3RSM模型校验
5.4 探讨80
5.4.1 经验教训
5.4.2 投入程度
5.4.3 故障容错
5.4.4 面临挑战
参考文献

第四部分 电信系统
第六章形式化方法在有源网络电信服务中的应用
6.1概述
6.2 有源网络
6.3 Capsule法
6.4 有源网络的之前分析方法
6.4.1Maude
6.4.2 ACTIVESPEC
6.4.3 Unity
6.4.4Verisim法
6.5 SPIN有源网络模型校验
6.5.1 PROMELA中的有源网络模型
6.5.2实例：验证主动协议
6.5.3在SPIN中更实际的代码建模
6.6结论
参考文献
第七章通信协议概率模型校验的实际应用
7.1前言
7.2 PTAs
7.3概率模型校验
7.3.1概率模型校验技术
7.3.2概率模型校验工具
7.4案例分析:CSMA / CD
7.4.1协议
7.4.2PTA模型
7.4.3模型分析
7.5讨论和结论
致谢
参考文献

第五部分 互联网与在线服务
第八章可验证性设计：在线会议系统案例分析
8.1前言
8.2 用户模型
8.3模型与框架
8.4模型校验
8.5通过自动机学习的应急全局行为验证
8.5.1学习设置
8.5.2学习行为模型
8.5.3便于领域知识的自动机学习
8.6相关工作
8.6.1基于特征的系统
8.6.2在线会议系统
8.6.3 政策
8.7 结论和展望
参考文献
第九章随机模型校验在工业中的应用: 用户中心建模和THINKTEAM中的合作分析
9.1 前言
9.2 THINKTEAM
9.2.1 技术特点
9.2.2thinkteam 的工作过程
9.3 thinkteam日志文件分析
9.4 具有复制仓库的thinkteam
9.4.1 thinkteam的随机模型
9.4.2 随机模型分析
9.5 经验教训
9.6 总结
致谢
参考文献

第六部分 运行时：测试和模型学习
第十章 测试和测试控制符号TTCN-3及其应用
10.1前言
10.2 TTCN-3概念
10.2.1模块
10.2.2测试系统
10.2.3测试案例和测试判决
10.2.4备选方案和快照
10.2.5 缺省处理
10.2.6 通信操作
10.2.7 测试数据规范
10.3 入门示例
10.4 TTCN-3语义及其应用
10.5 TTCN-3的分布式测试平台
10.6 案例分析I：开放式服务架构（OSA）/增值服务测试
10.7 案例分析II：IP多媒体子系统（IMS）装置测试
10.8 结论
参考文献
第十一章 主动自动机学习的实际应用
11.1 前言
11.2 常规外推法
11.2.1 充分行为建模
11.3 常规外推法的挑战
11.3.1 等价查询注释
11.4 与实际系统交互
11.4.1测试驱动程序设计示例
11.5 隶属度查询
11.5.1 冗余度
11.5.2前缀闭包
11.5.3 行为独立性
11.5.4 确定性输入
11.5.5 对称性
11.5.6 滤波器示例
11.6 重置
11.6.1 重置示例
11.7 参数和值域
11.7.1 参数化示例
11.8 NGLL
11.8.1 基本技术
11.8.2 建模学习设置
11.9 总结和展望
参考文献

精彩书摘

　　形式化方法以数学为基础，对系统开发的各个阶段进行有效的描述，是有效验证系统设计和开发正确性的重要手段之一。让已经被普遍应用于测试方法复杂，且对安全性有很高要求的控制系统的形式化方法更好地融入工业中并使得他们在那里可以发挥最大的作用。这也是译者翻译这本书的初衷。　　本书作者是Stefania Gnesi和Tiziana Margaria。其中，Stefania Gnesi之前在佛罗伦萨大学任教，主讲针对软件系统分析和规范的方法和工具，现在是意大利比萨ISTI-CNR的一位形式化方法和工具实验室的领导。而Tiziana Margaria则是波茨坦大学数学和自然科学学院的一位正教授，在那里她负责信息学院的服务和软件工程学科，也曾在德国哥廷根大学、 多特蒙德工业大学、帕绍大学以及瑞典和意大利的大学游历过。应该说，作者在形式化方法在工业关键系统应用方面是有很深研究的。　　本书分为六个部分。第一部分是介绍性章节；第二部分致力于介绍建模范例；第三部分介绍了包括形式化方法和相关工具的使用以及应用程序在实际系统领域的发展；第四部分则向读者展示了形式化方法在通信系统的发展和成果；第五部分则介绍了形式化方法在互联网和在线服务方面的应用；而在第六部分则介绍了实时应用程序的形式化方法。　　本书第1~3章由靳添絮翻译，第4~7章由连晓峰翻译，第8章由董美华、胡冰川、班岚和金成学翻译，第9章由胡波、周锐、王佩荣和潘媛翻译，第10章由苑昆、郑舒阳、贾琦和毋冬翻译，第11章由陆亚灵、郭晓钰和王炜伊翻译。全书由靳添絮审校整理，并对原书中的错误进行修正。　　本书可用于高等院校计算机科学相关专业本科生、研究生以及教师的参考用书，也可作为业内专业人士的优秀参考书。　　限于译者的经验和水平，书中难免存在缺点和错误，敬请广大读者批评指正。 正如我们所知，作为许多信用先驱动机的第一台计算机是整个19世纪航运业的一个重大问题。在此期间出现的对数表，对该行业至关重要，通常包含造成船只、货物和生命损失的简单但显著的错误。一般认为Babbage差动机可体现计算机系统许多概念标准（包括存储、程序、甚至类似于现代激光打印机工作原理的打印机设计）。目的是实现自动打印航运业常用的表格并降低不准确性。　　取决于计算位置的数据正确性对航运业尤为关键。“正确性”的概念自从计算机科学真正成立以来就一直受到困惑。在第一条实用电脑（正如现在所知）出现之前，图灵就一直关注着20世纪30年代出现的问题。计算机先驱，如Zuse和Wilkes，早就意识到正确性将是需要解决的重要问题。　　60年来或自从具有现代电子计算机以来，可靠性和可信性等相关问题就一直受到安全、保护、性能以及许多其他问题的高度关注。提出形式化方法（先于现代计算机本身的一个术语）来解决软件系统和硬件系统中的正确性问题以及涉及到的其他相关问题。　　对于确认“形式方法学”的学者，这是一个极大进步。并欣慰地看到在该领域取得显著进展以及形式化方法对关键应用领域的极大贡献。然而，在现实中，形式化方法仍没有在实践中得到所期望的广泛应用，许多人认为该方法并未形成规模，成本高，且难以理解和应用。形式化方法研究人员认为主要关注于教学，开发更多有用符号以及更好（集成）的支持工具，强调系统的某一方面而不是整个系统（即所谓的形式化方法作用），建立用户社区，并鼓励在现实生活中应用形式化方法。在关键的工业领域，形式化方法已得到广泛应用。值得注意的是，“关键”的定义已发生变化，意味着不仅仅是生命或财产损失，或违反安全以及故障所产生的后果，而且在商业意义上，还意味着金融损失，丧失竞争力或声誉受损。　　工业关键系统中的形式化方法（FMICS）是从1992年运行至今的运行时间最长的欧洲信息与数学研究联盟工作组（ERCIM）。该工作组由超过12个ERCIM合作伙伴，以及欧洲其他几十个相关研究组组成。致力于提高基于形式化方法的技术，并鼓励通过技术转让激励形式化方法在关键工业中的应用。　　本书汇集了该工作组优秀研究成果以及在关键工业中的应用实例，如航空、航天、铁路信号（已成为形式化方法技术的一个主要驱动行业）等领域。尽管本书从规范到实现和校验等各个方面讨论了形式化方法，但重点在于模型校验，反映过去十年左右时间内在工业应用中的显著进步与成功应用。　　应用结果表明形式化方法在工业关键系统中的正确性。各位作者都是各自领域的专家，但不应该低估在将形式化方法引入行业中的极大困难，这种信息非常简单：对于特定应用领域和特定关键工业，形式化方法会将继续存在。原书前言　　目前，形式化方法的必要性已作为设计过程中不可缺少的环节，在工业安全关键系统中得到广泛认可。 在更通用的定义中，“形式化方法”一词包括了所有具有精确数学语义以及以形式化方式描述系统行为的相关分析方法的符号。　　在过去十几年内，出现了许多形式化方法：声明法、并发和移动系统的过程演算法以及相关语言等其他方法。尽管这些形式化方法的优点不可否认，但实践经验表明，每个方法都特别适用于处理系统某些方面。因此，设计一个理想的复杂工业系统需要多个形式化方法的专家以从不同角度来描述和分析系统。　　本书的目的主要是提供一种目前工业关键系统设计中主流形式化方法的全面介绍。本书有三个目标：减轻形式化方法的学习负担，这也是在工业应用中的一个主要缺点；帮助设计人员选择采用最适合其系统的形式化方法；并介绍关键系统分析的先进技术和工具。　　本书分为六个部分。第一部分为绪论。第二部分专门介绍建模范式。第2章是关于同步数据流语言Lustre及其在SCADE工具集中的产业转移。第3章介绍了群智能的基本概念，这在各种不同应用领域如医疗、生物信息学、军事/防御、监控、甚至互联网电视广播中得到广泛应用。讨论了适用于基于群智能的系统中形式化方法的具体要求。　　第三部分包括有关在实际系统中形式化方法的应用及其相关工具的开发应用。第4章主要是关于交通运输系统，其中介绍了在当前工业应用中铁路信号形式化方法的综述。第5章介绍了模型校验技术在航空电子领域中的应用。　　第四部分是电信系统。首先在第6章中阐述了如何应用形式化方法来提高主动服务的可靠性，尤其是重点关注代码移植、路由信息、高度重配置、服务间交互或安全策略等方面，包括互联网和在线服务。第7章中介绍了概率模型校验的应用，特别是利用概率定时自动机进行通信协议，并重点进行了工业相关的IEEE802.3（CSMA/CD）案例分析。　　第五部分涵盖了互联网和在线服务。其中第8章介绍了如何利用模型首先描述和验证在线分布式决策系统中的单变量，设计为一个大型协作模型的集合。自动机学习用于确定实现后实际系统的集体应急行为。第9章描述了利用模型校验来验证具有发布/订阅通知服务的群件系统中的用户意识。　　第六部分介绍了运行时形式化方法的应用。第10章中，介绍了测试和测试控制表示版本3（TTCN-3），并应用于Web服务测试。第11章对实际中自动机学习以及其面临的主要挑战、改进以及可能的解决方案进行综述，并进行案例分析，以表明理论研究主动学习技术可得到强大应用，从而成为实际系统开发中的重要工具。　　尽管意识到本书不能详尽全面地介绍形式化方法在工业中的应用，但相信并希望读者能从中体会到该方法可能在实践应用不断提高和促进。　　……

前言/序言

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