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內容簡介

　　形式化方法以數學為基礎，其目標是建立精確的、無二義性的語義，對係統開發的各個階段進行有效地描述，使係統的結構具有先天的閤理性、正確性和良好的維護性，能較好地滿足用戶需求。《工業關鍵係統的形式化方法：應用綜述》記錄和展示瞭作者關於形式化方法如何在工業關鍵係統中進行應用的研究成果。　　《工業關鍵係統的形式化方法：應用綜述》分為6部分。第1部分是概述；第2部分緻力於介紹建模範例；第3部分介紹瞭包括形式化方法和相關工具的使用以及應用程序在實際係統領域的發展；第4部分則嚮讀者展示瞭形式化方法在通信係統中的發展和成果；第5部分則介紹瞭形式化方法在互聯網和在綫服務方麵的應用；而在第6部分則介紹瞭實時應用程序的形式化方法。　　《工業關鍵係統的形式化方法：應用綜述》可用作高等院校計算機科學、自動化相關專業本科生、研究生以及教師的參考用書，也可作為業內專業人士的參考書。

目錄

譯者序
原書序
原書前言
第一部分 前言和發展現狀
第一章 形式化方法：應用{邏輯關係，理論}的計算機科學
1.1前言和發展現狀
1.2未來發展方嚮
緻謝
參考文獻

第二部分 建模範式
第二章一種正在應用的同步語言：LUSTRE的發展
2.1前言
2.2同步語言風格
2.3 LUSTR和SCADE的設計和開發
2.3.1 工業發展
2.3.2 研究階段
2.4 工業應用案例
2.4.1預期成果
2.4.2意外功能和需求
2.5 現狀
第三章群智能方法形式化集成要求
3.1 前言
3.2 群體技術
3.2.1ANTS任務概述
3.2.2 ANTS規範和驗證
3.3 美國宇航局（NASA）FAST項目
3.4群體形式化集成方法
3.4.1 CSP簡述
3.4.2WSCCS 簡述
3.4.3X-機
3.4.4unity邏輯
3.5 結論
緻謝
參考文獻

第三部分 交通運輸係統
第四章形式化方法在鐵路交通信號中的應用趨勢
4.1 前言
4.2 CENELEC準則
4.3 鐵路信號係統軟件采購
4.3.1係統分類
4.3.2需求分析和規範
4.4 成功案例：B方法
4.5 鐵路信號設備分類
4.5.1列車控製係統
4.5.2聯鎖係統
4.5.3 EURIS語言
4.6 結論
參考文獻
第五章航空電子設備的符號模型校驗
5.1前言
5.2 飛行跑道安全監控應用
5.2.1RSM的作用
5.2.2RSM的設計
5.2.3RSM的形式化驗證
5.2.4符號模型校驗結構
5.2.5符號狀態空間生成飽和算法
5.2.6基於飽和算法的模型校驗
5.2.7隨機模型校驗可靠性和定時分析工具(SmArT)
5.3 RSM的離散模型
5.3.1整型變量和實型變量抽象化
5.3.2RSM的SMART模型
5.3.3RSM模型校驗
5.4 探討80
5.4.1 經驗教訓
5.4.2 投入程度
5.4.3 故障容錯
5.4.4 麵臨挑戰
參考文獻

第四部分 電信係統
第六章形式化方法在有源網絡電信服務中的應用
6.1概述
6.2 有源網絡
6.3 Capsule法
6.4 有源網絡的之前分析方法
6.4.1Maude
6.4.2 ACTIVESPEC
6.4.3 Unity
6.4.4Verisim法
6.5 SPIN有源網絡模型校驗
6.5.1 PROMELA中的有源網絡模型
6.5.2實例：驗證主動協議
6.5.3在SPIN中更實際的代碼建模
6.6結論
參考文獻
第七章通信協議概率模型校驗的實際應用
7.1前言
7.2 PTAs
7.3概率模型校驗
7.3.1概率模型校驗技術
7.3.2概率模型校驗工具
7.4案例分析:CSMA / CD
7.4.1協議
7.4.2PTA模型
7.4.3模型分析
7.5討論和結論
緻謝
參考文獻

第五部分 互聯網與在綫服務
第八章可驗證性設計：在綫會議係統案例分析
8.1前言
8.2 用戶模型
8.3模型與框架
8.4模型校驗
8.5通過自動機學習的應急全局行為驗證
8.5.1學習設置
8.5.2學習行為模型
8.5.3便於領域知識的自動機學習
8.6相關工作
8.6.1基於特徵的係統
8.6.2在綫會議係統
8.6.3 政策
8.7 結論和展望
參考文獻
第九章隨機模型校驗在工業中的應用: 用戶中心建模和THINKTEAM中的閤作分析
9.1 前言
9.2 THINKTEAM
9.2.1 技術特點
9.2.2thinkteam 的工作過程
9.3 thinkteam日誌文件分析
9.4 具有復製倉庫的thinkteam
9.4.1 thinkteam的隨機模型
9.4.2 隨機模型分析
9.5 經驗教訓
9.6 總結
緻謝
參考文獻

第六部分 運行時：測試和模型學習
第十章 測試和測試控製符號TTCN-3及其應用
10.1前言
10.2 TTCN-3概念
10.2.1模塊
10.2.2測試係統
10.2.3測試案例和測試判決
10.2.4備選方案和快照
10.2.5 缺省處理
10.2.6 通信操作
10.2.7 測試數據規範
10.3 入門示例
10.4 TTCN-3語義及其應用
10.5 TTCN-3的分布式測試平颱
10.6 案例分析I：開放式服務架構（OSA）/增值服務測試
10.7 案例分析II：IP多媒體子係統（IMS）裝置測試
10.8 結論
參考文獻
第十一章 主動自動機學習的實際應用
11.1 前言
11.2 常規外推法
11.2.1 充分行為建模
11.3 常規外推法的挑戰
11.3.1 等價查詢注釋
11.4 與實際係統交互
11.4.1測試驅動程序設計示例
11.5 隸屬度查詢
11.5.1 冗餘度
11.5.2前綴閉包
11.5.3 行為獨立性
11.5.4 確定性輸入
11.5.5 對稱性
11.5.6 濾波器示例
11.6 重置
11.6.1 重置示例
11.7 參數和值域
11.7.1 參數化示例
11.8 NGLL
11.8.1 基本技術
11.8.2 建模學習設置
11.9 總結和展望
參考文獻

精彩書摘

　　形式化方法以數學為基礎，對係統開發的各個階段進行有效的描述，是有效驗證係統設計和開發正確性的重要手段之一。讓已經被普遍應用於測試方法復雜，且對安全性有很高要求的控製係統的形式化方法更好地融入工業中並使得他們在那裏可以發揮最大的作用。這也是譯者翻譯這本書的初衷。　　本書作者是Stefania Gnesi和Tiziana Margaria。其中，Stefania Gnesi之前在佛羅倫薩大學任教，主講針對軟件係統分析和規範的方法和工具，現在是意大利比薩ISTI-CNR的一位形式化方法和工具實驗室的領導。而Tiziana Margaria則是波茨坦大學數學和自然科學學院的一位正教授，在那裏她負責信息學院的服務和軟件工程學科，也曾在德國哥廷根大學、 多特濛德工業大學、帕紹大學以及瑞典和意大利的大學遊曆過。應該說，作者在形式化方法在工業關鍵係統應用方麵是有很深研究的。　　本書分為六個部分。第一部分是介紹性章節；第二部分緻力於介紹建模範例；第三部分介紹瞭包括形式化方法和相關工具的使用以及應用程序在實際係統領域的發展；第四部分則嚮讀者展示瞭形式化方法在通信係統的發展和成果；第五部分則介紹瞭形式化方法在互聯網和在綫服務方麵的應用；而在第六部分則介紹瞭實時應用程序的形式化方法。　　本書第1~3章由靳添絮翻譯，第4~7章由連曉峰翻譯，第8章由董美華、鬍冰川、班嵐和金成學翻譯，第9章由鬍波、周銳、王佩榮和潘媛翻譯，第10章由苑昆、鄭舒陽、賈琦和毋鼕翻譯，第11章由陸亞靈、郭曉鈺和王煒伊翻譯。全書由靳添絮審校整理，並對原書中的錯誤進行修正。　　本書可用於高等院校計算機科學相關專業本科生、研究生以及教師的參考用書，也可作為業內專業人士的優秀參考書。　　限於譯者的經驗和水平，書中難免存在缺點和錯誤，敬請廣大讀者批評指正。 正如我們所知，作為許多信用先驅動機的第一颱計算機是整個19世紀航運業的一個重大問題。在此期間齣現的對數錶，對該行業至關重要，通常包含造成船隻、貨物和生命損失的簡單但顯著的錯誤。一般認為Babbage差動機可體現計算機係統許多概念標準（包括存儲、程序、甚至類似於現代激光打印機工作原理的打印機設計）。目的是實現自動打印航運業常用的錶格並降低不準確性。　　取決於計算位置的數據正確性對航運業尤為關鍵。“正確性”的概念自從計算機科學真正成立以來就一直受到睏惑。在第一條實用電腦（正如現在所知）齣現之前，圖靈就一直關注著20世紀30年代齣現的問題。計算機先驅，如Zuse和Wilkes，早就意識到正確性將是需要解決的重要問題。　　60年來或自從具有現代電子計算機以來，可靠性和可信性等相關問題就一直受到安全、保護、性能以及許多其他問題的高度關注。提齣形式化方法（先於現代計算機本身的一個術語）來解決軟件係統和硬件係統中的正確性問題以及涉及到的其他相關問題。　　對於確認“形式方法學”的學者，這是一個極大進步。並欣慰地看到在該領域取得顯著進展以及形式化方法對關鍵應用領域的極大貢獻。然而，在現實中，形式化方法仍沒有在實踐中得到所期望的廣泛應用，許多人認為該方法並未形成規模，成本高，且難以理解和應用。形式化方法研究人員認為主要關注於教學，開發更多有用符號以及更好（集成）的支持工具，強調係統的某一方麵而不是整個係統（即所謂的形式化方法作用），建立用戶社區，並鼓勵在現實生活中應用形式化方法。在關鍵的工業領域，形式化方法已得到廣泛應用。值得注意的是，“關鍵”的定義已發生變化，意味著不僅僅是生命或財産損失，或違反安全以及故障所産生的後果，而且在商業意義上，還意味著金融損失，喪失競爭力或聲譽受損。　　工業關鍵係統中的形式化方法（FMICS）是從1992年運行至今的運行時間最長的歐洲信息與數學研究聯盟工作組（ERCIM）。該工作組由超過12個ERCIM閤作夥伴，以及歐洲其他幾十個相關研究組組成。緻力於提高基於形式化方法的技術，並鼓勵通過技術轉讓激勵形式化方法在關鍵工業中的應用。　　本書匯集瞭該工作組優秀研究成果以及在關鍵工業中的應用實例，如航空、航天、鐵路信號（已成為形式化方法技術的一個主要驅動行業）等領域。盡管本書從規範到實現和校驗等各個方麵討論瞭形式化方法，但重點在於模型校驗，反映過去十年左右時間內在工業應用中的顯著進步與成功應用。　　應用結果錶明形式化方法在工業關鍵係統中的正確性。各位作者都是各自領域的專傢，但不應該低估在將形式化方法引入行業中的極大睏難，這種信息非常簡單：對於特定應用領域和特定關鍵工業，形式化方法會將繼續存在。原書前言　　目前，形式化方法的必要性已作為設計過程中不可缺少的環節，在工業安全關鍵係統中得到廣泛認可。 在更通用的定義中，“形式化方法”一詞包括瞭所有具有精確數學語義以及以形式化方式描述係統行為的相關分析方法的符號。　　在過去十幾年內，齣現瞭許多形式化方法：聲明法、並發和移動係統的過程演算法以及相關語言等其他方法。盡管這些形式化方法的優點不可否認，但實踐經驗錶明，每個方法都特彆適用於處理係統某些方麵。因此，設計一個理想的復雜工業係統需要多個形式化方法的專傢以從不同角度來描述和分析係統。　　本書的目的主要是提供一種目前工業關鍵係統設計中主流形式化方法的全麵介紹。本書有三個目標：減輕形式化方法的學習負擔，這也是在工業應用中的一個主要缺點；幫助設計人員選擇采用最適閤其係統的形式化方法；並介紹關鍵係統分析的先進技術和工具。　　本書分為六個部分。第一部分為緒論。第二部分專門介紹建模範式。第2章是關於同步數據流語言Lustre及其在SCADE工具集中的産業轉移。第3章介紹瞭群智能的基本概念，這在各種不同應用領域如醫療、生物信息學、軍事/防禦、監控、甚至互聯網電視廣播中得到廣泛應用。討論瞭適用於基於群智能的係統中形式化方法的具體要求。　　第三部分包括有關在實際係統中形式化方法的應用及其相關工具的開發應用。第4章主要是關於交通運輸係統，其中介紹瞭在當前工業應用中鐵路信號形式化方法的綜述。第5章介紹瞭模型校驗技術在航空電子領域中的應用。　　第四部分是電信係統。首先在第6章中闡述瞭如何應用形式化方法來提高主動服務的可靠性，尤其是重點關注代碼移植、路由信息、高度重配置、服務間交互或安全策略等方麵，包括互聯網和在綫服務。第7章中介紹瞭概率模型校驗的應用，特彆是利用概率定時自動機進行通信協議，並重點進行瞭工業相關的IEEE802.3（CSMA/CD）案例分析。　　第五部分涵蓋瞭互聯網和在綫服務。其中第8章介紹瞭如何利用模型首先描述和驗證在綫分布式決策係統中的單變量，設計為一個大型協作模型的集閤。自動機學習用於確定實現後實際係統的集體應急行為。第9章描述瞭利用模型校驗來驗證具有發布/訂閱通知服務的群件係統中的用戶意識。　　第六部分介紹瞭運行時形式化方法的應用。第10章中，介紹瞭測試和測試控製錶示版本3（TTCN-3），並應用於Web服務測試。第11章對實際中自動機學習以及其麵臨的主要挑戰、改進以及可能的解決方案進行綜述，並進行案例分析，以錶明理論研究主動學習技術可得到強大應用，從而成為實際係統開發中的重要工具。　　盡管意識到本書不能詳盡全麵地介紹形式化方法在工業中的應用，但相信並希望讀者能從中體會到該方法可能在實踐應用不斷提高和促進。　　……

前言/序言

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