Tactics From Proofs

Proof guarantees the correctness of a formal specification with respect to formal requirements, and of an implementation with respect to a specification, and so provides valuable verification methods in high integrity system development. However, proof development by hand tends to be an erudite, error-prone and seemingly interminable task. Tactics are programs that drive theorem-provers, thus automating proof development and alleviating some of the problems mentioned above. The development of tactics for a particular application domain also extends the domain of application of the theorem-prover. A LCF-tactic is safe in that if it fails to be applicable to a particular conjecture, then it will not produce an incorrect proof. The current construction of tactics from proofs does not yield sufficiently robust tactics. Proofs tend to be specific to the details of a specification and so are not reusable in general, e.g. the same proof may not work when the definition of a conjecture is changed. The major challenges in proof development are deciding which proof rule and instantiations to apply in order to prove a conjecture. Discerning patterns in formal interactive proof development facilitates the construction of robust tactics that can withstand definitional changes in conjectures. Having developed an interactive proof for a conjecture, we develop the necessary abstractions of the proof steps used, to construct a tactic th at can be applicable to other conjectures in that domain. By so doing we encode human expertise used in the proof development, and make proofs robust and thus generally reusable. We apply our theory on the proofs of conjectures involving some set theory operators, and on the proof obligations that arise in the formal development of numerical specifications using the retrenchment method under the IEEE-854 floating-point standard in the PVS theorem-prover/proof-checker

Assertion level proof planning with compiled strategies

This book presents new techniques that allow the automatic verification and generation of abstract human-style proofs. The core of this approach builds an efficient calculus that works directly by applying definitions, theorems, and axioms, which reduces the size of the underlying proof object by a factor of ten. The calculus is extended by the deep inference paradigm which allows the application of inference rules at arbitrary depth inside logical expressions and provides new proofs that are exponentially shorter and not available in the sequent calculus without cut. In addition, a strategy language for abstract underspecified declarative proof patterns is developed. Together, the complementary methods provide a framework to automate declarative proofs. The benefits of the techniques are illustrated by practical applications.Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich damit, das Formalisieren von Beweisen zu vereinfachen, indem Methoden entwickelt werden, um informale Beweise formal zu verifizieren und erzeugen zu können. Dazu wird ein abstrakter Kalkül entwickelt, der direkt auf der Faktenebene arbeitet, welche von Menschen geführten Beweisen relativ nahe kommt. Anhand einer Fallstudie wird gezeigt, dass die abstrakte Beweisführung auf der Fakteneben vorteilhaft für automatische Suchverfahren ist. Zusätzlich wird eine Strategiesprache entwickelt, die es erlaubt, unterspezifizierte Beweismuster innerhalb des Beweisdokumentes zu spezifizieren und Beweisskizzen automatisch zu verfeinern. Fallstudien zeigen, dass komplexe Beweismuster kompakt in der entwickelten Strategiesprache spezifiziert werden können. Zusammen bilden die einander ergänzenden Methoden den Rahmen zur Automatisierung von deklarativen Beweisen auf der Faktenebene, die bisher überwiegend manuell entwickelt werden mussten

Assertion level proof planning with compiled strategies

This book presents new techniques that allow the automatic verification and generation of abstract human-style proofs. The core of this approach builds an efficient calculus that works directly by applying definitions, theorems, and axioms, which reduces the size of the underlying proof object by a factor of ten. The calculus is extended by the deep inference paradigm which allows the application of inference rules at arbitrary depth inside logical expressions and provides new proofs that are exponentially shorter and not available in the sequent calculus without cut. In addition, a strategy language for abstract underspecified declarative proof patterns is developed. Together, the complementary methods provide a framework to automate declarative proofs. The benefits of the techniques are illustrated by practical applications.Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich damit, das Formalisieren von Beweisen zu vereinfachen, indem Methoden entwickelt werden, um informale Beweise formal zu verifizieren und erzeugen zu können. Dazu wird ein abstrakter Kalkül entwickelt, der direkt auf der Faktenebene arbeitet, welche von Menschen geführten Beweisen relativ nahe kommt. Anhand einer Fallstudie wird gezeigt, dass die abstrakte Beweisführung auf der Fakteneben vorteilhaft für automatische Suchverfahren ist. Zusätzlich wird eine Strategiesprache entwickelt, die es erlaubt, unterspezifizierte Beweismuster innerhalb des Beweisdokumentes zu spezifizieren und Beweisskizzen automatisch zu verfeinern. Fallstudien zeigen, dass komplexe Beweismuster kompakt in der entwickelten Strategiesprache spezifiziert werden können. Zusammen bilden die einander ergänzenden Methoden den Rahmen zur Automatisierung von deklarativen Beweisen auf der Faktenebene, die bisher überwiegend manuell entwickelt werden mussten