Uniform Sampling of Timed Regular Expressions

    Publikation: AbschlussarbeitMasterarbeit

    Abstract

    Systeme, die in Echtzeit und in der physischen Welt agieren, sind oft sensibel gegenüber der Reihenfolge und dem Timing von Ereignissen. Timed Regular Expressions (TRE) machen es möglich, komplexe Anforderungen an diese zeitlichen Abfolgen formal, aber dennoch intuitiv zu beschreiben. Für komplexe Systeme ist es meist unmöglich, formal zu beweisen, dass sie in allen Situationen korrekt arbeiten. Stattdessen werden sie gründlichen Tests unterzogen.
    Testen verfolgt üblicherweise eines von zwei Zielen: (1) kritische Testfälle finden bei denen das System Fehler macht, und (2) das Vertrauen in das System stärken, indem der Raum der Testfälle möglichst gut abgedeckt wird. Falsification Testing konzentriert sich dabei auf das erste Ziel, indem mittels Optimierungsmethoden effektiv problematische Testfälle gefunden werden. Wenn keine solchen Testfälle gefunden werden, gibt dieses Verfahren jedoch keine Information zur generellen Korrektheit des Systems. Das zweite Ziel, die Abdeckung der Testfälle zu garantieren, hat weniger Aufmerksamkeit erhalten.
    In dieser Arbeit wird eine neue Methode für diesen Zweck vorgestellt, in der wir die von einer TRE beschriebenen Testfälle zufällig und gleichverteilt (uniform) auswählen. So kann die Korrektheit des Systems probabilistisch garantiert werden. Wir entwickeln eine präzise Formalisierung von Volumen von TRE, die die Größe einer solchen Timed Language quantifizieren. Dieses Volumen wird verwendet, um den ersten gleichverteilten Sampling-Algorithmus zu entwickeln und die Korrektheit formal zu beweisen. Außerdem stellen wir eine neue Methode vor, in der durch gezieltes Rejection Sampling erstmals nichtdeterministische Sprachen mit einer Gleichverteilung versehen werden können. Diese
    Methode kann verwendet werden, um bestehende Sampling-Algorithmen für andere Formalismen zu verbessern, wie etwa Timed Automata. Wir stellen außerdem unsere Open-Source Tool-Implementierung für das gleichverteilte Sampling von TRE vor und demonstrieren in einigen Fallbeispielen, dass unsere Algorithmen praktisch einsetzbar sind.
    OriginalspracheEnglisch
    QualifikationMaster of Science
    Gradverleihende Hochschule
    • TU Wien
    Betreuer/-in / Berater/-in
    • Nickovic, Dejan, Berater:in
    Datum der Bewilligung17 Juni 2025
    PublikationsstatusVeröffentlicht - 2025

    Research Field

    • Dependable Systems Engineering

    Fingerprint

    Untersuchen Sie die Forschungsthemen von „Uniform Sampling of Timed Regular Expressions“. Zusammen bilden sie einen einzigartigen Fingerprint.

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