The size of BDDs and other data structures in temporal logics model checking

Temporal Logic Model Checking is a verification method in which we describe a system, the model, and then we verify whether important properties, expressed in a temporal logic formula, hold in the system. Many Model Checking tools employ BDDs or some other data structure to represent sets of states. It has been empirically observed that the BDDs used in these algorithms may grow exponentially as the model and formula increase in size. We formally prove that no kind of data structure of polynomial size can represent the set of valid initial states for all models and all formulae. This result holds for all data structures where a state can be checked in polynomial time. Therefore, it holds not only for all types of BDDs regardless of variable ordering, but also for more powerful data structures, such as RBCs, MTBDDs, ADDs and SDDs. Thus, the size explosion of BDDs is not a limit of these specific data representation structures, but is unavoidable: every formalism used in the same way would lead to an exponential size blow up

Optimized Framework based on Rough Set Theory for Big Data Pre-processing in Certain and Imprecise Contexts” -- Marie Sklodowska-Curie Project: Open Problems’

Peer reviewe

Decision procedures for equality logic with uninterpreted functions

In dit proefschrift presenteren we een aantal technieken om vervulbaarheid (satisfiability) vast te stellen binnen beslisbare delen van de eerste orde logica met gelijkheid. Het doel van dit proefschrift is voornamelijk het ontwikkelen van nieuwe technieken in plaats van het ontwikkelen van een effici¨ente implementatie om vervulbaarheid vast te stellen. Als algemeen logisch raamwerk gebruiken we de eerste orde predikaten logica zonder kwantoren. We beschrijven enkele basisprocedures om vervulbaarheid van propositionele formules vast te stellen: de DP procedure, de DPLL procedure, en een techniek gebaseerd op BDDs. Deze technieken zijn eigenlijk families van algoritmen in plaats van losse algoritmen. Hun gedrag wordt bepaald door een aantal keuzen die ze maken gedurende de uitvoering. We geven een formele beschrijving van resolutie, en we analyseren gedetailleerd de relatie tussen resolutie en DPLL. Het is bekend dat een DPLL bewijs van onvervulbaarheid (refutation) rechtstreeks kan worden getransformeerd naar een resolutie bewijs van onvervulbaarheid met een vergelijkbare lengte. In dit proefschrift wordt een transformatie ge¨introduceerd van zo’n DPLL bewijs naar een resolutie bewijs dat de kortst mogelijke lengte heeft. We presenteren GDPLL, een generalisatie van de DPLL procedure. Deze is bruikbaar voor het vervulbaarheidsprobleem voor beslisbare delen van de eerste orde logica zonder kwantoren. Voldoende eigenschappen worden ge¨identificeerd om de correctheid, de be¨eindiging en de volledigheid van GDPLL te bewijzen. We beschrijven manieren om vervulbaarheid vast te stellen binnen de logica met gelijkheid en niet-ge¨interpreteerde functies (EUF). Dit soort logica is voorgesteld om abstracte hardware ontwerpen te verifi¨eren. Het snel kunnen vaststellen van vervulbaarheid binnen deze logica is belangrijk om dergelijke verificaties te laten slagen. In de afgelopen jaren zijn er verschillende procedures voorgesteld om de vervulbaarheid van dergelijke formules vast te stellen. Wij beschrijven een nieuwe aanpak om vervulbaarheid vast te stellen van formules uit de logica met gelijkheid die in de conjunctieve normaal vorm zijn gegeven. Centraal in deze aanpak staat ´e´en enkele bewijsregel genaamd gelijkheidsresolutie. Voor deze ene regel bewijzen wij correctheid en volledigheid. Op grond van deze regel stellen we een volledige procedure voor om vervulbaarheid van dit soort formules vast te stellen, en we bewijzen de correctheid ervan. Daarnaast presenteren we nog een nieuwe procedure om vervulbaarheid vast te stellen van EUF-formules, gebaseerd op de GDPLL methode. Tot slot breiden we BDDs voor propositionele logica uit naar logica met gelijkheid. We bewijzen dat alle paden in deze uitgebreide BDDs vervulbaar zijn. In een constante hoeveelheid tijd kan vastgesteld worden of de formule een tautologie is, een tegenspraak is, of slechts vervulbaar is

Generalized Craig Interpolation for Stochastic Boolean Satisfiability Problems with Applications to Probabilistic State Reachability and Region Stability

The stochastic Boolean satisfiability (SSAT) problem has been introduced by Papadimitriou in 1985 when adding a probabilistic model of uncertainty to propositional satisfiability through randomized quantification. SSAT has many applications, among them probabilistic bounded model checking (PBMC) of symbolically represented Markov decision processes. This article identifies a notion of Craig interpolant for the SSAT framework and develops an algorithm for computing such interpolants based on a resolution calculus for SSAT. As a potential application area of this novel concept of Craig interpolation, we address the symbolic analysis of probabilistic systems. We first investigate the use of interpolation in probabilistic state reachability analysis, turning the falsification procedure employing PBMC into a verification technique for probabilistic safety properties. We furthermore propose an interpolation-based approach to probabilistic region stability, being able to verify that the probability of stabilizing within some region is sufficiently large

Tools and Algorithms for the Construction and Analysis of Systems

This book is Open Access under a CC BY licence. The LNCS 11427 and 11428 proceedings set constitutes the proceedings of the 25th International Conference on Tools and Algorithms for the Construction and Analysis of Systems, TACAS 2019, which took place in Prague, Czech Republic, in April 2019, held as part of the European Joint Conferences on Theory and Practice of Software, ETAPS 2019. The total of 42 full and 8 short tool demo papers presented in these volumes was carefully reviewed and selected from 164 submissions. The papers are organized in topical sections as follows: Part I: SAT and SMT, SAT solving and theorem proving; verification and analysis; model checking; tool demo; and machine learning. Part II: concurrent and distributed systems; monitoring and runtime verification; hybrid and stochastic systems; synthesis; symbolic verification; and safety and fault-tolerant systems

Dagstuhl News January - December 1999

"Dagstuhl News" is a publication edited especially for the members of the Foundation "Informatikzentrum Schloss Dagstuhl" to thank them for their support. The News give a summary of the scientific work being done in Dagstuhl. Each Dagstuhl Seminar is presented by a small abstract describing the contents and scientific highlights of the seminar as well as the perspectives or challenges of the research topic

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