Kaiserslautern - Fachbereich Informatik
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Mechanised reasoning systems and computer algebra systems have apparentlydifferent objectives. Their integration is, however, highly desirable, since in manyformal proofs both of the two different tasks, proving and calculating, have to beperformed. Even more importantly, proof and computation are often interwoven andnot easily separable. In the context of producing reliable proofs, the question howto ensure correctness when integrating a computer algebra system into a mechanisedreasoning system is crucial. In this contribution, we discuss the correctness prob-lems that arise from such an integration and advocate an approach in which thecalculations of the computer algebra system are checked at the calculus level of themechanised reasoning system. This can be achieved by adding a verbose mode to thecomputer algebra system which produces high-level protocol information that can beprocessed by an interface to derive proof plans. Such a proof plan in turn can beexpanded to proofs at different levels of abstraction, so the approach is well-suited forproducing a high-level verbalised explication as well as for a low-level machine check-able calculus-level proof. We present an implementation of our ideas and exemplifythem using an automatically solved extended example.
We propose a specification language for the formalization of data types with par-tial or non-terminating operations as part of a rewrite-based logical frameworkfor inductive theorem proving. The language requires constructors for designat-ing data items and admits positive/negative conditional equations as axioms inspecifications. The (total algebra) semantics for such specifications is based onso-called data models. We present admissibility conditions that guarantee theunique existence of a distinguished data model with properties similar to thoseof the initial model of a usual equational specification. Since admissibility of aspecification requires confluence of the induced rewrite relation, we provide aneffectively testable confluence criterion which does not presuppose termination.
To prove difficult theorems in a mathematical field requires substantial know-ledge of that field. In this paper a frame-based knowledge representation formalismis presented, which supports a conceptual representation and to a large extent guar-antees the consistency of the built-up knowledge bases. We define a semantics ofthe representation by giving a translation into the underlaying logic.
The amount of user interaction is the prime cause of costs in interactiveprogram verification. This paper describes an internal analogy techniquethat reuses subproofs in the verification of state-based specifications. Itidentifies common patterns of subproofs and their justifications in orderto reuse these subproofs; thus significant savings on the number of userinteractions in a verification proof are achievable.
We present an empirical study of mathematical proofs by diagonalization, the aim istheir mechanization based on proof planning techniques. We show that these proofs canbe constructed according to a strategy that (i) finds an indexing relation, (ii) constructsa diagonal element, and (iii) makes the implicit contradiction of the diagonal elementexplicit. Moreover we suggest how diagonal elements can be represented.
Top-down and bottom-up theorem proving approaches have each specific ad-vantages and disadvantages. Bottom-up provers profit from strong redundancycontrol and suffer from the lack of goal-orientation, whereas top-down provers aregoal-oriented but have weak calculi when their proof lengths are considered. Inorder to integrate both approaches our method is to achieve cooperation betweena top-down and a bottom-up prover: The top-down prover generates subgoalclauses, then they are processed by a bottom-up prover. We discuss theoreticaspects of this methodology and we introduce techniques for a relevancy-basedfiltering of generated subgoal clauses. Experiments with a model eliminationand a superposition-based prover reveal the high potential of our cooperation approach.The author was supported by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG).
We examine an approach for demand-driven cooperative theorem proving.We briefly point out the problems arising from the use of common success-driven cooperation methods, and we propose the application of our approachof requirement-based cooperative theorem proving. This approach allows for abetter orientation on current needs of provers in comparison with conventional co-operation concepts. We introduce an abstract framework for requirement-basedcooperation and describe two instantiations of it: Requirement-based exchangeof facts and sub-problem division and transfer via requests. Finally, we reporton experimental studies conducted in the areas superposition and unfailing com-pletion.The author was supported by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG).
HOT is an automated higher-order theorem prover based on HTE, an extensional higher-order tableaux calculus (Kohlhase 95). The first part of the paper introduces a variant of the calculus which closely corresponds to the proof procedure implemented in HOT. The second part discusses HOT's design that can be characterized as a concurrent Blackboard architecture. We show the usefulness of the implementation by including benchmark results for over one hundred solved problems from logic and set theory.
Orderings on polynomial interpretations of operators represent a powerful technique for proving thetermination of rewriting systems. One of the main problems of polynomial orderings concerns thechoice of the right interpretation for a given rewriting system. It is very difficult to develop techniquesfor solving this problem. Here, we present three new heuristic approaches: (i) guidelines for dealingwith special classes of rewriting systems, (ii) an algorithm for choosing appropriate special polynomialsas well as (iii) an extension of the original polynomial ordering which supports the generation ofsuitable interpretations. All these heuristics will be applied to examples in order to illustrate theirpractical relevance.
A large set of criteria to evaluate formal methods for reactive systems is presented. To make this set more comprehensible, it is structured according to a Concept-Model of formal methods. It is made clear that it is necessary to make the catalogue more specific before applying it. Some of the steps needed to do so are explained. As an example the catalogue is applied within the context of the application domain building automation systems to three different formal methods: SDL, statecharts, and a temporallogic.
Im Bereich der Expertensysteme ist das Problemlösen auf der Basis von bekannten Fallbeispielen ein derzeit sehr aktuelles Thema. Auch für Diagnoseaufgaben gewinnt der fallbasierte Ansatz immer mehr an Bedeutung. In diesem Papier soll der im Rahmen des Moltke -Projektes1 an der Universität Kaiserslautern entwickelte fallbasierte Problemlöser Patdex/22 vorgestellt werden. Ein erster Prototyp, Patdex/1, wurde bereits 1988 entwickelt.
We present a mathematical knowledge base containing the factual know-ledge of the first of three parts of a textbook on semi-groups and automata,namely "P. Deussen: Halbgruppen und Automaten". Like almost all math-ematical textbooks this textbook is not self-contained, but there are somealgebraic and set-theoretical concepts not being explained. These concepts areadded to the knowledge base. Furthermore there is knowledge about the nat-ural numbers, which is formalized following the first paragraph of "E. Landau:Grundlagen der Analysis".The data base is written in a sorted higher-order logic, a variant of POST ,the working language of the proof development environment OmegaGamma mkrp. We dis-tinguish three different types of knowledge: axioms, definitions, and theorems.Up to now, there are only 2 axioms (natural numbers and cardinality), 149definitions (like that for a semi-group), and 165 theorems. The consistency ofsuch knowledge bases cannot be proved in general, but inconsistencies may beimported only by the axioms. Definitions and theorems should not lead to anyinconsistency since definitions form conservative extensions and theorems areproved to be consequences.
Das System ART (ASF RRL Translation) stellt im wesentlichen eine Umgebung dar,in welcher die Modularisierbarkeit von Beweisen (Induktionsbeweisen über Gleichungs-spezifikationen) untersucht werden kann. Es wurde die bereits bestehende Spezifikati-onsprache ASF (siehe [BeHeKl89]), in welcher modularisierte Spezifikationen möglichsind, so erweitert, daß zusätzlich auch Beweisaufgaben spezifiziert werden können. Imfolgenden wird diese erweiterte Spezifikationsprache auch ASF genannt. Als Bewei-ser für die Beweisaufgaben einer Spezifikation wurde RRL (siehe [KaZh89]) gewählt.RRL kann sowohl Kommandos aus einem File abarbeiten, wie auch Sitzungsprotokolleanfertigen, mit deren Hilfe sich die Beweisverläufe und Benutzereingaben der entspre-chenden RRL-Sitzung rekonstruieren lassen. In ART kann nun eine ASF-Spezifikation,die Beweisaufgaben umfassen kann, in ein File übersetzt werden, welches von RRLabgearbeitet werden kann. Dies wird im folgenden kurz mit 'Übersetzung von ASF nach RRL' bezeichnet. Bei der Abarbeitung eines solchen Files wird von RRL ein Sit-zungsprotokoll angelegt. ART kann dieses Sitzungsprotokoll dazu heranziehen, neueErgebnisse, wie etwa den erfolgreichen Beweis einer Beweisaufgabe, zu ermitteln, umdiese Ergebnisse der ursprüngliche Spezifikation hinzuzufügen. Dies wird im folgendenkurz mit 'Rückübersetzung von RRL nach ASF' bezeichnet. Im Kern besteht ART alsoaus einer Komponente zur Übersetzung von ASF nach RRL und aus einer Komponentezur Rückübersetzung von RRL nach ASF.
The paper shows that characterizing the causal relationship between significant events is an important but non-trivial aspect for understanding the behavior of distributed programs. An introduction to the notion of causality and its relation to logical time is given; some fundamental results concerning the characterization of causality are pre- sented. Recent work on the detection of causal relationships in distributed computations is surveyed. The relative merits and limitations of the different approaches are discussed, and their general feasibility is analyzed.
Die systematische Verbesserung von Techniken zur Entwicklung und Betreuung von Software setzt eine explizite Darstellung der in einem Projekt ablaufenden Vorgnge (Prozesse) voraus. Diese Darstellungen (Prozemodelle) werden durch Software- Prozemodellierung gewonnen. Eine Sprache zur Beschreibung solcher Modelle ist MVP-L. Verschiedene Standard-Prozemodelle existieren bereits. Bisher gibt es jedoch kaum dokumentierte Software-Entwicklungsprozesse, die speziell fr die Entwicklung reaktiver Systeme entworfen worden sind, d. h. auf die besonderen Anfordernisse bei der Entwicklung reaktiver Systeme zugeschnitten sind. Auch ist bisher nur wenig Erfahrung dokumentiert, fr welche Art von Projektkontexten diese Prozesse gltig sind. Eine Software- Entwicklungsmethode, die - mit Einschrnkungen - zur Entwicklung reaktiver Systeme geeignet ist, ist SOMT (SDL-oriented Object Modeling Technique). Dieser Bericht beschreibt die erfahrungsbasierte Modellierung der Software-Entwicklungsprozesse von SOMT mit MVP-L. Zunchst werden inhaltliche Grundlagen der Software-Entwicklungsmethode SOMT beschrieben. Insbesondere wird auf die eingesetzten Techniken und deren Kombination eingegangen. Anschlieend werden mgliche Projektkontexte charakterisiert, in denen das SOMT-Modell im Sinne eines Erfahrungselements Gltigkeit hat. Darauf werden der Modellierungsvorgang sowie hierbei gemachte Erfahrungen dokumentiert. Eine vollstndige Darstellung des Modells in grafischer MVP-L-Notation befindet sich im Anhang. Die Darstellung des Modells in textueller Notation kann der SFB-Erfahrungsdatenbank entnommen werden.
In order to improve the quality of software systems and to set up a more effective process for their development, many attempts have been made in the field of software engineering. Reuse of existing knowledge is seen as a promising way to solve the outstanding problems in this field. In previous work we have integrated the design pattern concept with the formal design language SDL, resulting in a certain kind of pattern formalization. For the domain of communication systems we have also developed a pool of SDL patterns with an accompanying process model for pattern application. In this paper we present an extension that combines the SDL pattern approach with the experience base concept. This extension supports a systematic method for empirical evaluation and continuous improvement of the SDL pattern approach. Thereby the experience base serves as a repository necessary for effective reuse of the captured knowledge. A comprehensive usage scenario is described which shows the advantages of the combined approach. To demonstrate its feasibility, first results of a research case study are given.
Ziel dieser Arbeit ist es, eine Methode zur Verfügung zu stellen, mit der ein Simulator für gebäudespezifische Aufgaben modelliert werden kann. Die Modellierung muß dabei so angelegt sein, daß sowohl einfache als auch sehr komplexe Simulatoren für spezielle Gebäude entworfen werden können. Aus dem erstellten Modell ist es anschließend möglich, mit Hilfe von Generatoren automatisch ein Programm zu erzeugen. Dadurch kann ein Entwerfer ohne spezielle Kenntnisse auf dem Gebiet der Simulation einen Gebäude-Simulator entwickeln. Zur Modellierung wurde ein domänenspezifischer Katalog von Entwurfsmustern erstellt. Dabei können die einzelnen Muster direkt zur Modellierung und Codegenerierung eingesetzt werden.