The complexity of Petri net transformations

Bibliography: pages 124-127.This study investigates the complexity of various reduction and synthesis Petri net transformations. Transformations that preserve liveness and boundedness are considered. Liveness and boundedness are possibly the two most important properties in the analysis of Petri nets. Unfortunately, although decidable, determining such properties is intractable in the general Petri net. The thesis shows that the complexity of these properties imposes limitations on the power of any reduction transformations to solve the problems of liveness and boundedness. Reduction transformations and synthesis transformations from the literature are analysed from an algorithmic point of view and their complexity established. Many problems regarding the applicability of the transformations are shown to be intractable. For reduction transformations this confirms the limitations of such transformations on the general Petri net. The thesis suggests that synthesis transformations may enjoy better success than reduction transformations, and because of problems establishing suitable goals, synthesis transformations are best suited to interactive environments. The complexity of complete reducibility, by reduction transformation, of certain classes of Petri nets, as proposed in the literature, is also investigated in this thesis. It is concluded that these transformations are tractable and that reduction transformation theory can provide insight into the analysis of liveness and boundedness problems, particularly in subclasses of Petri nets

Automatic Verification of Erlang-Style Concurrency

This paper presents an approach to verify safety properties of Erlang-style, higher-order concurrent programs automatically. Inspired by Core Erlang, we introduce Lambda-Actor, a prototypical functional language with pattern-matching algebraic data types, augmented with process creation and asynchronous message-passing primitives. We formalise an abstract model of Lambda-Actor programs called Actor Communicating System (ACS) which has a natural interpretation as a vector addition system, for which some verification problems are decidable. We give a parametric abstract interpretation framework for Lambda-Actor and use it to build a polytime computable, flow-based, abstract semantics of Lambda-Actor programs, which we then use to bootstrap the ACS construction, thus deriving a more accurate abstract model of the input program. We have constructed Soter, a tool implementation of the verification method, thereby obtaining the first fully-automatic, infinite-state model checker for a core fragment of Erlang. We find that in practice our abstraction technique is accurate enough to verify an interesting range of safety properties. Though the ACS coverability problem is Expspace-complete, Soter can analyse these verification problems surprisingly efficiently.Comment: 12 pages plus appendix, 4 figures, 1 table. The tool is available at http://mjolnir.cs.ox.ac.uk/soter

Fluidization of Petri nets to improve the analysis of Discrete Event Systems

Las Redes de Petri (RdP) son un formalismo ampliamente aceptado para el modelado y análisis de Sistemas de Eventos Discretos (SED). Por ejemplo sistemas de manufactura, de logística, de tráfico, redes informáticas, servicios web, redes de comunicación, procesos bioquímicos, etc. Como otros formalismos, las redes de Petri sufren del problema de la ¿explosión de estados¿, en el cual el número de estados crece explosivamente respecto de la carga del sistema, haciendo intratables algunas técnicas de análisis basadas en la enumeración de estados. La fluidificación de las redes de Petri trata de superar este problema, pasando de las RdP discretas (en las que los disparos de las transiciones y los marcados de los lugares son cantidades enteras no negativas) a las RdP continuas (en las que los disparos de las transiciones, y por lo tanto los marcados se definen en los reales). Las RdP continuas disponen de técnicas de análisis más eficientes que las discretas. Sin embargo, como toda relajación, la fluidificación supone el detrimento de la fidelidad, dando lugar a la pérdida de propiedades cualitativas o cuantitativas de la red de Petri original. El objetivo principal de esta tesis es mejorar el proceso de fluidificación de las RdP, obteniendo un formalismo continuo (o al menos parcialmente) que evite el problema de la explosión de estados, mientras aproxime adecuadamente la RdP discreta. Además, esta tesis considera no solo el proceso de fluidificación sino también el formalismo de las RdP continuas en sí mismo, estudiando la complejidad computacional de comprobar algunas propiedades. En primer lugar, se establecen las diferencias que aparecen entre las RdP discretas y continuas, y se proponen algunas transformaciones sobre la red discreta que mejorarán la red continua resultante. En segundo lugar, se examina el proceso de fluidificación de las RdP autónomas (i.e., sin ninguna interpretación temporal), y se establecen ciertas condiciones bajo las cuales la RdP continua preserva determinadas propiedades cualitativas de la RdP discreta: limitación, ausencia de bloqueos, vivacidad, etc. En tercer lugar, se contribuye al estudio de la decidibilidad y la complejidad computacional de algunas propiedades comunes de la RdP continua autónoma. En cuarto lugar, se considera el proceso de fluidificación de las RdP temporizadas. Se proponen algunas técnicas para preservar ciertas propiedades cuantitativas de las RdP discretas estocásticas por las RdP continuas temporizadas. Por último, se propone un nuevo formalismo, en el cual el disparo de las transiciones se adapta a la carga del sistema, combinando disparos discretos y continuos, dando lugar a las Redes de Petri híbridas adaptativas. Las RdP híbridas adaptativas suponen un marco conceptual para la fluidificación parcial o total de las Redes de Petri, que engloba a las redes de Petri discretas, continuas e híbridas. En general, permite preservar propiedades de la RdP original, evitando el problema de la explosión de estados

Automated repair of process models with non-local constraints using state-based region theory

State-of-the-art process discovery methods construct free-choice process models from event logs. Consequently, the constructed models do not take into account indirect dependencies between events. Whenever the input behaviour is not free-choice, these methods fail to provide a precise model. In this paper, we propose a novel approach for enhancing free-choice process models by adding non-free-choice constructs discovered a-posteriori via region-based techniques. This allows us to benefit from the performance of existing process discovery methods and the accuracy of the employed fundamental synthesis techniques. We prove that the proposed approach preserves fitness with respect to the event log while improving the precision when indirect dependencies exist. The approach has been implemented and tested on both synthetic and real-life datasets. The results show its effectiveness in repairing models discovered from event logs.This work was partly supported by the Australian Research Council Discovery Project DP180102839. This work was supported by MINECO and FEDER funds under grant TIN2017-86727-C2-1-R.Peer ReviewedPostprint (author's final draft