Really Natural Linear Indexed Type Checking

Recent works have shown the power of linear indexed type systems for enforcing complex program properties. These systems combine linear types with a language of type-level indices, allowing more fine-grained analyses. Such systems have been fruitfully applied in diverse domains, including implicit complexity and differential privacy. A natural way to enhance the expressiveness of this approach is by allowing the indices to depend on runtime information, in the spirit of dependent types. This approach is used in DFuzz, a language for differential privacy. The DFuzz type system relies on an index language supporting real and natural number arithmetic over constants and variables. Moreover, DFuzz uses a subtyping mechanism to make types more flexible. By themselves, linearity, dependency, and subtyping each require delicate handling when performing type checking or type inference; their combination increases this challenge substantially, as the features can interact in non-trivial ways. In this paper, we study the type-checking problem for DFuzz. We show how we can reduce type checking for (a simple extension of) DFuzz to constraint solving over a first-order theory of naturals and real numbers which, although undecidable, can often be handled in practice by standard numeric solvers

Formalizing generalized maps in Coq

AbstractThis paper is the first half of a two-part series devoted to an exemplary formal proof of a fundamental result in the field of geometry—the theorem of classification of surfaces—which has major implications in computer graphics. We study here the specification of generalized maps, a topological combinatory model for surfaces subdivisions. We show how we developed in Coq two fundamentally distinct formalizations of generalized maps, each based on one of the standard definitions, in a single common framework, then used this specification to prove for the first time their complete equivalence

Parameterized Verification of Algorithms for Oblivious Robots on a Ring

We study verification problems for autonomous swarms of mobile robots that self-organize and cooperate to solve global objectives. In particular, we focus in this paper on the model proposed by Suzuki and Yamashita of anonymous robots evolving in a discrete space with a finite number of locations (here, a ring). A large number of algorithms have been proposed working for rings whose size is not a priori fixed and can be hence considered as a parameter. Handmade correctness proofs of these algorithms have been shown to be error-prone, and recent attention had been given to the application of formal methods to automatically prove those. Our work is the first to study the verification problem of such algorithms in the parameter-ized case. We show that safety and reachability problems are undecidable for robots evolving asynchronously. On the positive side, we show that safety properties are decidable in the synchronous case, as well as in the asynchronous case for a particular class of algorithms. Several properties on the protocol can be decided as well. Decision procedures rely on an encoding in Presburger arithmetics formulae that can be verified by an SMT-solver. Feasibility of our approach is demonstrated by the encoding of several case studies

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

Combinatorial and Additive Number Theory Problem Sessions: '09--'19

These notes are a summary of the problem session discussions at various CANT (Combinatorial and Additive Number Theory Conferences). Currently they include all years from 2009 through 2019 (inclusive); the goal is to supplement this file each year. These additions will include the problem session notes from that year, and occasionally discussions on progress on previous problems. If you are interested in pursuing any of these problems and want additional information as to progress, please email the author. See http://www.theoryofnumbers.com/ for the conference homepage.Comment: Version 3.4, 58 pages, 2 figures added 2019 problems on 5/31/2019, fixed a few issues from some presenters 6/29/201