Foundations of Software Science and Computation Structures

This open access book constitutes the proceedings of the 23rd International Conference on Foundations of Software Science and Computational Structures, FOSSACS 2020, which took place in Dublin, Ireland, in April 2020, and was held as Part of the European Joint Conferences on Theory and Practice of Software, ETAPS 2020. The 31 regular papers presented in this volume were carefully reviewed and selected from 98 submissions. The papers cover topics such as categorical models and logics; language theory, automata, and games; modal, spatial, and temporal logics; type theory and proof theory; concurrency theory and process calculi; rewriting theory; semantics of programming languages; program analysis, correctness, transformation, and verification; logics of programming; software specification and refinement; models of concurrent, reactive, stochastic, distributed, hybrid, and mobile systems; emerging models of computation; logical aspects of computational complexity; models of software security; and logical foundations of data bases.

Automated Deduction – CADE 28

This open access book constitutes the proceeding of the 28th International Conference on Automated Deduction, CADE 28, held virtually in July 2021. The 29 full papers and 7 system descriptions presented together with 2 invited papers were carefully reviewed and selected from 76 submissions. CADE is the major forum for the presentation of research in all aspects of automated deduction, including foundations, applications, implementations, and practical experience. The papers are organized in the following topics: Logical foundations; theory and principles; implementation and application; ATP and AI; and system descriptions

Decidable fragments of first-order logic and of first-order linear arithmetic with uninterpreted predicates

First-order logic is one of the most prominent formalisms in computer science and mathematics. Since there is no algorithm capable of solving its satisfiability problem, first-order logic is said to be undecidable. The classical decision problem is the quest for a delineation between the decidable and the undecidable parts. The results presented in this thesis shed more light on the boundary and open new perspectives on the landscape of known decidable fragments. In the first part we focus on the new concept of separateness of variables and explore its applicability to the classical decision problem and beyond. Two disjoint sets of first-order variables are separated in a given formula if none of its atoms contains variables from both sets. This notion facilitates the definition of decidable extensions of many well-known decidable first-order fragments. We demonstrate this for several prefix fragments, several guarded fragments, the two-variable fragment, and for the fluted fragment. Although the extensions exhibit the same expressive power as the respective originals, certain logical properties can be expressed much more succinctly. In two cases the succinctness gap cannot be bounded using elementary functions. This fact already hints at computationally hard satisfiability problems. Indeed, we derive non-elementary lower bounds for the separated fragment, an extension of the Bernays-Schönfinkel-Ramsey fragment (E*A*-prefix sentences). On the semantic level, separateness of quantified variables may lead to weaker dependences than we encounter in general. We investigate this property in the context of model-checking games. The focus of the second part of the thesis is on linear arithmetic with uninterpreted predicates. Two novel decidable fragments are presented, both based on the Bernays-Schönfinkel-Ramsey fragment. On the negative side, we identify several small fragments of the language for which satisfiability is undecidable.Untersuchungen der Logik erster Stufe blicken auf eine lange Tradition zurück. Es ist allgemein bekannt, dass das zugehörige Erfüllbarkeitsproblem im Allgemeinen nicht algorithmisch gelöst werden kann - man spricht daher von einer unentscheidbaren Logik. Diese Beobachtung wirft ein Schlaglicht auf die prinzipiellen Grenzen der Fähigkeiten von Computern im Allgemeinen aber auch des automatischen Schließens im Besonderen. Das Hilbertsche Entscheidungsproblem wird heute als die Erforschung der Grenze zwischen entscheidbaren und unentscheidbaren Teilen der Logik erster Stufe verstanden, wobei die untersuchten Fragmente der Logik mithilfe klar zu erfassender und berechenbarer syntaktischer Eigenschaften beschrieben werden. Viele Forscher haben bereits zu dieser Untersuchung beigetragen und zahlreiche entscheidbare und unentscheidbare Fragmente entdeckt und erforscht. Die vorliegende Dissertation setzt diese Tradition mit einer Reihe vornehmlich positiver Resultate fort und eröffnet neue Blickwinkel auf eine Reihe von Fragmenten, die im Laufe der letzten einhundert Jahre untersucht wurden. Im ersten Teil der Arbeit steht das syntaktische Konzept der Separiertheit von Variablen im Mittelpunkt, und dessen Anwendbarkeit auf das Entscheidungsproblem und darüber hinaus wird erforscht. Zwei Mengen von Individuenvariablen gelten bezüglich einer gegebenen Formel als separiert, falls in jedem Atom der Formel die Variablen aus höchstens einer der beiden Mengen vorkommen. Mithilfe dieses leicht verständlichen Begriffs lassen sich viele wohlbekannte entscheidbare Fragmente der Logik erster Stufe zu größeren Klassen von Formeln erweitern, die dennoch entscheidbar sind. Dieser Ansatz wird für neun Fragmente im Detail dargelegt, darunter mehrere Präfix-Fragmente, das Zwei-Variablen-Fragment und sogenannte "guarded" und " uted" Fragmente. Dabei stellt sich heraus, dass alle erweiterten Fragmente ebenfalls das monadische Fragment erster Stufe ohne Gleichheit enthalten. Obwohl die erweiterte Syntax in den betrachteten Fällen nicht mit einer erhöhten Ausdrucksstärke einhergeht, können bestimmte Zusammenhänge mithilfe der erweiterten Syntax deutlich kürzer formuliert werden. Zumindest in zwei Fällen ist diese Diskrepanz nicht durch eine elementare Funktion zu beschränken. Dies liefert einen ersten Hinweis darauf, dass die algorithmische Lösung des Erfüllbarkeitsproblems für die erweiterten Fragmente mit sehr hohem Rechenaufwand verbunden ist. Tatsächlich wird eine nicht-elementare untere Schranke für den entsprechenden Zeitbedarf beim sogenannten separierten Fragment, einer Erweiterung des bekannten Bernays-Schönfinkel-Ramsey-Fragments, abgeleitet. Darüber hinaus wird der Ein uss der Separiertheit von Individuenvariablen auf der semantischen Ebene untersucht, wo Abhängigkeiten zwischen quantifizierten Variablen durch deren Separiertheit stark abgeschwächt werden können. Für die genauere formale Betrachtung solcher als schwach bezeichneten Abhängigkeiten wird auf sogenannte Hintikka-Spiele zurückgegriffen. Den Schwerpunkt des zweiten Teils der vorliegenden Arbeit bildet das Entscheidungsproblem für die lineare Arithmetik über den rationalen Zahlen in Verbindung mit uninterpretierten Prädikaten. Es werden zwei bislang unbekannte entscheidbare Fragmente dieser Sprache vorgestellt, die beide auf dem Bernays-Schönfinkel-Ramsey-Fragment aufbauen. Ferner werden neue negative Resultate entwickelt und mehrere unentscheidbare Fragmente vorgestellt, die lediglich einen sehr eingeschränkten Teil der Sprache benötigen

Generator-Composition for Aspect-Oriented Domain-Specific Languages

Software systems are complex, as they must cover a diverse set of requirements describing functionality and the environment. Software engineering addresses this complexity with Model-Driven Engineering ( MDE ). MDE utilizes different models and metamodels to specify views and aspects of a software system. Subsequently, these models must be transformed into code and other artifacts, which is performed by generators. Information systems and embedded systems are often used over decades. Over time, they must be modified and extended to fulfill new and changed requirements. These alterations can be triggered by the modeling domain and by technology changes in both the platform and programming languages. In MDE these alterations result in changes of syntax and semantics of metamodels, and subsequently of generator implementations. In MDE, generators can become complex software applications. Their complexity depends on the semantics of source and target metamodels, and the number of involved metamodels. Changes to metamodels and their semantics require generator modifications and can cause architecture and code degradation. This can result in errors in the generator, which have a negative effect on development costs and time. Furthermore, these errors can reduce quality and increase costs in projects utilizing the generator. Therefore, we propose the generator construction and evolution approach GECO, which supports decoupling of generator components and their modularization. GECO comprises three contributions: (a) a method for metamodel partitioning into views, aspects, and base models together with partitioning along semantic boundaries, (b) a generator composition approach utilizing megamodel patterns for generator fragments, which are generators depending on only one source and one target metamodel, (c) an approach to modularize fragments along metamodel semantics and fragment functionality. All three contributions together support modularization and evolvability of generators

e-Skills: The International dimension and the Impact of Globalisation - Final Report 2014

In today’s increasingly knowledge-based economies, new information and communication technologies are a key engine for growth fuelled by the innovative ideas of highly - skilled workers. However, obtaining adequate quantities of employees with the necessary e-skills is a challenge. This is a growing international problem with many countries having an insufficient numbers of workers with the right e-Skills. For example: Australia: “Even though there’s 10,000 jobs a year created in IT, there are only 4500 students studying IT at university, and not all of them graduate” (Talevski and Osman, 2013). Brazil: “Brazil’s ICT sector requires about 78,000 [new] people by 2014. But, according to Brasscom, there are only 33,000 youths studying ICT related courses in the country” (Ammachchi, 2012). Canada: “It is widely acknowledged that it is becoming inc reasingly difficult to recruit for a variety of critical ICT occupations –from entry level to seasoned” (Ticoll and Nordicity, 2012). Europe: It is estimated that there will be an e-skills gap within Europe of up to 900,000 (main forecast scenario) ICT pr actitioners by 2020” (Empirica, 2014). Japan: It is reported that 80% of IT and user companies report an e-skills shortage (IPA, IT HR White Paper, 2013) United States: “Unlike the fiscal cliff where we are still peering over the edge, we careened over the “IT Skills Cliff” some years ago as our economy digitalized, mobilized and further “technologized”, and our IT skilled labour supply failed to keep up” (Miano, 2013)