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形式手法とヒューリスティクスの組み合わせによる物理情報システムの効率的な品質保証

研究課題

研究課題/領域番号 19J15218
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
審査区分 小区分60050:ソフトウェア関連
研究機関総合研究大学院大学

研究代表者

ZHANG Zhenya  総合研究大学院大学, 複合科学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2019-04-25 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2020年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2019年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワードfalsification, / input constraints, / hierarchical framework / Falsification / Signal Temporal Logic / Stochastic Optimization / Quality Assurance / Cyber-Physical Systems / Search-based Testing
研究開始時の研究の概要

Cyber-Physical Systems (CPS) nowadays are permeating people’s daily life. The safety-criticality of CPS poses challenges in quality assurance. While verification is infeasible due to the infinite state space, testing techniques which aim at a counterexample to refute the system specification are pursued. My research topic, namely falsification, solves the system testing problem through stochastic optimization. Different backend techniques, including formal methods, metaheuristics, AI, etc., collaborate in my research together for the goal of high-quality, safety-assured CPS products.

研究実績の概要

This year, with the help of my supervisor Ichiro Hasuo, and my colleague Paolo Arcaini, my work went on smoothly.

Our last work [NFM’20] raised a problem that the classic falsification workflow does not handle logical constraints on inputs, e.g., “the throttle and brake cannot be pushed simultaneously”. We proposed penalty-based methods in that work to solve the problem. However, due to the introduction of penalty, the performance of optimization is harmed. To improve the performance, we propose a new methodology that is called search space transformation. The basic idea is that we construct a map between an unconstrained space and the constrained input space, and we define the fitness in the unconstrained space according to the robustness in the constrained space. Then we can search in the unconstrained space, and once we find a counterexample, we return the mapped point in the input space as the result of the algorithm. Since the returned point is in the input space, it is guaranteed to satisfy the input constraint. We experimentally show the superiority of our method. This work has been published in [EMSOFT’20].

I also finished my doctoral thesis, in which I summarize my PhD works. It mainly includes different techniques that improve the existing falsification framework. Overall, I propose a hierarchical framework for falsification. The framework consists in two layers: the top layer selects a sub-problem to proceed; the bottom layer runs the selected sub-problem and returns feedback to the top layer for its further decision.

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 5件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 4件)

  • [雑誌論文] Constraining Counterexamples in Hybrid System Falsification: Penalty-Based Approaches2020

    • 著者名/発表者名
      Zhang Zhenya、Arcaini Paolo、Hasuo Ichiro
    • 雑誌名

      NASA Formal Methods. NFM 2020.

      巻: 12229 ページ: 401-419

    • DOI

      10.1007/978-3-030-55754-6_24

    • ISBN
      9783030557539, 9783030557546
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Hybrid System Falsification Under (In)equality Constraints via Search Space Transformation2020

    • 著者名/発表者名
      Zhang Zhenya、Arcaini Paolo、Hasuo Ichiro
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems

      巻: 39 号: 11 ページ: 3674-3685

    • DOI

      10.1109/tcad.2020.3013073

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] ARCH-COMP 2020 Category Report: Falsification2020

    • 著者名/発表者名
      Ernst Gidon、Arcaini Paolo、Bennani Ismail、Donze Alexandre、Fainekos Georgios、Frehse Goran、Mathesen Logan、Menghi Claudio、Pedrielli Giulia、Pouzet Marc、Yaghoubi Shakiba、Yamagata Yoriyuki、Zhang Zhenya
    • 雑誌名

      7th International Workshop on Applied Verification of Continuous and Hybrid Systems (ARCH20)

      巻: 74 ページ: 140-152

    • DOI

      10.29007/trr1

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Multi-armed Bandits for Boolean Connectives in Hybrid System Falsification2019

    • 著者名/発表者名
      Zhenya Zhang, Ichiro Hasuo, Paolo Arcaini
    • 雑誌名

      Computer Aided Verification

      巻: 11561 ページ: 401-420

    • DOI

      10.1007/978-3-030-25540-4_23

    • ISBN
      9783030255398, 9783030255404
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Fast Falsification of Hybrid Systems Using Probabilistically Adaptive Input2019

    • 著者名/発表者名
      Gidon Ernst, Sean Sedwards, Zhenya Zhang, Ichiro Hasuo
    • 雑誌名

      Quantitative Evaluation of Systems

      巻: 11785 ページ: 165-181

    • DOI

      10.1007/978-3-030-30281-8_10

    • ISBN
      9783030302801, 9783030302818
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] ARCH-COMP 2019 Category Report: Falsification2019

    • 著者名/発表者名
      Gidon Ernst, Paolo Arcaini, Alexandre Donze, Georgios Fainekos, Logan Mathesen, Giulia Pedrielli, Shakiba Yaghoubi, Yoriyuki Yamagata, Zhenya Zhang
    • 雑誌名

      6th International Workshop on Applied Verification of Continuous and Hybrid Systems

      巻: 61 ページ: 129-140

    • DOI

      10.29007/68dk

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Multi-Armed Bandits for Boolean Connectives in Hybrid System Falsification2020

    • 著者名/発表者名
      Zhenya Zhang
    • 学会等名
      日本ソフトウェア科学会第 37 回大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Hybrid System Falsification Under (In)equality Constraints via Search Space Transformation2020

    • 著者名/発表者名
      Zhenya Zhang
    • 学会等名
      International Conference on Embedded Software (EMSOFT 2020)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Constraining Counterexamples in Hybrid System Falsification: Penalty-Based Approaches2020

    • 著者名/発表者名
      Zhenya Zhang
    • 学会等名
      12th NASA Formal Methods Symposium NFM 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Hybrid System Falsification Using Monte Carlo Tree Search.2019

    • 著者名/発表者名
      Zhenya Zhang
    • 学会等名
      4th Workshop on Monitoring And Testing of Cyber-Physical Systems
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Multi-Armed Bandits for Boolean Connectives in Hybrid System Falsification2019

    • 著者名/発表者名
      Zhenya Zhang
    • 学会等名
      31st International Conference on Computer-Aided Verification
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2019-05-29   更新日: 2024-03-26  

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