An Efficient Finite Tree Automata Library

Mnoho současných počítačových systémů používá dynamické datové či řídicí struktury předem neomezené velikosti. Tyto datové struktury mají často charakter stromů nebo se dají zakódovat jako stromy s některými dodatečnými ukazateli nad stromovou kostrou. Této skutečnosti využívají některé v současné době intenzivně studované techniky formální verifikace, které reprezentují nekonečně mnoho stavů konečným stromovým automatem. Nicméně v současnosti neexistuje efektivní a flexibilní implementace knihovny pro stromové automaty, která by byla pro tyto techniky vhodná. Cílem této diplomové práce je takovouto knihovnu poskytnout. Předložený text nejdříve popisuje základy teorie konečných stromových automatů a regulárních stromových jazyků. Dále jsou prozkoumány existující implementace knihoven pro stromové automaty a různé verifikační techniky pro systémy se stromovou strukturou. Poté se text zaobírá návrhem reprezentace stromového automatu a algoritmů provádějících standardní jazykové operace nad touto reprezentací, načež následuje popis implementace knihovny. Prostřednictvím provedených experimentů ukazujeme, že knihovna může konkurovat ostatním dostupným knihovnám pro práci se stromovými automaty, přičemž její výkon v určitých oblastech je řádově vyšší.Numerous computer systems use dynamic control and data structures of unbounded size. These data structures have often the character of trees or they can be encoded as trees with some additional pointers. This is exploited by some currently intensively studied techniques of formal verification that represent an infinite number of states using a finite tree automaton. However, currently there is no tree automata library implementation that would provide an efficient and flexible support for such methods. Thus the aim of this Mas- ter's Thesis is to provide such a library. The present paper first describes the theoretical background of finite tree automata and regular tree languages. Then it surveys the cur- rent implementations of tree automata libraries and studies various verification techniques, outlining requirements for the library. Representation of a finite tree automaton and algo- rithms that perform standard language operations on this representation are proposed in the next part, which is followed by description of library implementation. Through a series of experiments it is shown that the library can compete with other available tree automata libraries, in certain areas being even significantly superior to them.

A Library for Binary Decision Diagrams

Efektivní manipulace Booleovských funkcí je důležitou součástí mnoha počítačových návrhů. Jako datová struktura pro reprezentaci a manipulaci s Booleovskými funkcemi se běžně používají binární rozhodovací diagramy. Tyto diagramy se běžně používají v mnoha odvětvích, jako je například ověřování modelů, verifikace systému, návrh obvodů apod. V této práci jsou popsány tyto diagramy a jsou zde uvedeny i jejich modifikace. Dále jsou v této práci uvedeny a popsány techniky pro efektivní manipulaci a reprezentaci binárních rozhodovacích diagramů. Mimoto tato práce popisuje návrh a implementaci knihovny, která bude s těmito diagramy pracovat. Dále je diskutována potenciální aplikace vyvinuté knihovny v knihovně VATA pro manipulaci se stromovými automaty. Na závěr je tato knihovna porovnána s dobře známou a silně optimalizovanou knihovnou CUDD, která je volně dostupná a s knihovnou CacBDD. Výsledky experimentů ukázaly, že navrhovaná knihovna je poměrně blízká CUDD a CacBDD (dosahuje srovnatelného a většinou i lehce lepšího výkonu).Efficient manipulation of Boolean functions is an important component of many computer-aided design task. As a data structure for representing and manipulating Boolean functions, Binary Decision Diagrams are commonly used. These diagrams are commonly used in many fields such as model checking, system verification, circuit design, etc. In this thesis we describe these diagrams and there are present their modifications. Furthermore, this paper present and describes techniques for effective handling and representation of binary decision diagrams. This thesis describes the design and implementation of library that will work with these diagrams. It is further discussed how the developed library can be used within the library VATA for manipulating tree automata. Finally, the library was compared with well known and heavily optimized library CUDD, which is public and with library CacBDD. The experimental results showed that the performance of the proposed library is quite close to that of CUDD a CacBDD (has comparable and mostly even slightly better performance).

Testing and profiling of regular type operations

We performed an audit of the operations of the regular types library included with the Ciao pre-processor, CiaoPP, with the objective of exploring its correctness and efficiency. We centered our investigation on the operations relevant for performing type inference analysis via abstract interpretation, with special attention to the widening operators. We implemented tools to perform our white-box testing of the library, found the bottlenecks for analysis, and proposed some solutions to the main issues diagnosed in the investigation