An Efficient Functional Library for Finite Automata

Abstract

Konečné automaty jsou důležitou matematickou abstrakcí. Ve formální verifikaci se konečné automaty používají ke stručné reprezentaci regulárních jazyků. V této souvislosti se používají operace nad konečnými automaty, jako je testování jazykové univerzality a inkluze. Naivní přístup k implementaci těchto operací vede k explicitní determinizaci konečného automatu, což může být nakladné a nežádoucí. Nicméně existuje pokročilejší metoda k vykonávání těchto operací nazývaná Antichains algoritmus, která se vyhýbá explicitní determinizaci. Tato práce se zabývá efektivní implementací operací nad konečnými automaty v Haskellu a také porovnává několik implementačních variant. Získané výsledky jsou poté porovnány s knihovnou VATA, což je imperativní implementace knihovny pro práci nad konečnými automaty.Finite automata are an important mathematical abstraction, and in formal verification, they are used for a concise representation of regular languages. Operations often used on finite automata in this setting are testing their universality and language inclusion. \mbox{A naive} approach to implement these operations leads to an explicit determinization of the automata, which can be costly and undesirable. There is, however, a more advanced method for performing those operations, called the Antichains algorithm, which avoids such an explicit determinization. This work shows how finite automata operations can be effectively implemented in Haskell and compares several approaches of their implementation. The obtained results are compared with VATA, an imperative implementation of a finite automata library.