Fakultät für Informatik

TU München - Fakultät für Informatik
Software- and Systems Engineering Research Group

TUM

Praktikum | Sommersemester 2004
Spezifikation und Verifikation
Prof. Tobias Nipkow, Ph.D.

 

Isabelle

Fragen Sie sich auch immer wieder, ob Ihr Programm wirklich funktioniert?
Wollten Sie schon immer verstehen, was Ihr Programm eigentlich macht?

Dann sind Sie hier richtig!


Zeit:
Mittwoch, 16:00 bis 18:00
Ort:
01.09.014 (Alonzo Church)
Beginn:
Mittwoch, 21.04.2004
Anmeldung:
Über die zentrale Praktikumsverteilung.
Zuordnung:
Das Praktikum zählt zum Bereich Theoretische Informatik.


Voraussetzungen

Wir suchen Studierende mit Grundkenntnissen in
  • funktionaler Programmierung (z.B. in Gofer oder ML)
und Interesse an
  • formaler Programmentwicklung,
  • logisch präzisen Beweisen.

So sollten Sie z.B. ein rekursives funktionales Programm schreiben können, das die natürlichen Zahlen 1, ..., n aufsummiert. Der Begriff der vollständigen Induktion sollte kein Fremdwort sein, und der Beweis, daß der von obigem Algorithmus berechnete Wert gleich n(n+1)/2 ist, keine fundamentalen Schwierigkeiten bereiten.


Motivation und Inhalt

Die Korrektheit von sicherheitskritischen Hard- und Softwaresystemen zu gewährleisten, ist immer noch ein ernstes Problem. Die zentralen Ziele dieses Praktikums sind das Erlernen

  • der Modellierung von funktionalem Systemverhalten
  • und des maschinengestützten Nachweisens der Korrektheit von Systemen.

Konkret werden einige Anwendungsbeispiele behandelt, wobei wir aus Zeitgründen von vielen Details abstrahieren. Vorgesehen sind u.a.

  • Listen und Bäume
  • Arithmetik
  • Effiziente Datenstrukturen
  • Hoare-Logik imperativer Programme

An jedem dieser Beispiele werden spezifische Modellierungs- und Beweistechniken geübt. Die Spezifikation und Verifikation erfolgt in Isabelle/HOL.

In einer das Praktikum speziell begleitenden Vorlesungsreihe werden die Grundlagen zu Isabelle/HOL vermittelt:

HOL
ist - in erster Näherung - die Anreicherung einer polymorphen funktionalen Programmiersprache um logische Konzepte wie Quantoren und Mengen. HOL ist damit eine ideale Sprache zur Beschreibung funktionaler Programme.
Isabelle
ist ein generischer Theorembeweiser. Eine Ausprägung, Isabelle/HOL, unterstützt Spezifikation und Verifikation in HOL. Im Praktikum werden verschiedene Beweisverfahren (Termersetzung, Induktion, etc.) vorgestellt und ihre Funktion innerhalb des Beweisprozesses erläutert.


Durchführung

In der ersten Hälfte des Semesters findet eine Vorlesung statt, in der die nötigen Isabelle/HOL Kenntnisse vermittelt werden. Die Aufgaben sind jeweils innerhalb von 1-3 Wochen zu bearbeiten und bei der Praktikumsleitung zu präsentieren (Termin nach Vereinbarung). Die Bearbeitung erfolgt in Gruppen von je 2 Personen.

Als Arbeitsumgebung stehen die sunhalle-Rechner und die am Lehrstuhl üblichen Sparc/Solaris und x86/Linux Plattformen zur Verfügung.


Arbeitsunterlagen und Aufgaben

Dokumentation

Vorlesungsunterlagen

Aufgaben


Aktuelle Hinweise

(1) Rechnerbenutzung

Sie erhalten von der Praktikumsleitung eine Kennung auf den Unix Systemen des Lehrstuhls Broy (Link funktioniert nur von den Lehrstuhlrechnern aus). Der entsprechende Rechnerraum ist 01.11.034.

(2) Starten von Isabelle

Auf den sunbroy und sunhalle Rechnern läßt sich Isabelle (zusammen mit der Proof General Benutzeroberfläche) wie folgt starten:

        /usr/proj/isabelle/bin/Isabelle
      

Mit

        /usr/proj/isabelle/bin/isatool install -p ~/bin
      
kann man sich das Isabelle binary auch im eigenen ~/bin Verzeichnis installieren.

Unter KDE lässt sich ein Application Desktop-Objekt zum Anklicken erzeugen:

        /usr/proj/isabelle/bin/isatool install -k
      

Für zügiges Arbeiten mit Isabelle sollte man eine relativ robuste Maschine verwenden, am Lehrstuhl etwa die sunbroy60, sunbroy61, sunbroy1, oder einen sunhalle Rechner.

(3) Isabelle zuhause installieren

Sie können Isabelle recht einfach auf dem eigenen PC zuhause installieren. Isabelle sollte gut mit allen gängigen Linux-Distributionen zusammenarbeiten. Angenehmes Arbeiten ist ab ca. 128M Arbeitsspeicher und einer 500Mhz CPU möglich.

Weitere Hinweise zur Installation und eine vorkompilierte Isabelle-Version finden sie auf unserer download Seite.

(4) Hinweise für die abschließende Präsentation

Zum Abschluß des Praktikums findet eine Präsentation der letzten Aufgabe in Form eines 20- bis 25-minütigen Vortrags statt, an dem alle Teilnehmer einer Gruppe beteiligt sein sollten.

Für den Vortrag steht Ihnen ein Beamer und Notebook zur Verfügung, Sie können aber auch einen Tageslichtprojektor verwenden.

weitere Details folgen


Literatur

  1. Tobias Nipkow, Lawrence Paulson, and Markus Wenzel Isabelle/HOL - The Tutorial, TU München, 2001.
  2. Markus Wenzel. The Isabelle/Isar Reference Manual, TU München, 2002. (mehr über Isar)
  3. Lawrence C. Paulson. ML for the working programmer, Cambridge University Press, 1996.
  4. Daniel J. Velleman. How to Prove it: A Structural Approach, Cambridge University Press, 1996.


Gertrud Bauer Last modified: Mon Apr 19 10:59:56 MEST 2004

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Letzte Änderung: 2004-04-19 10:59:55