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Métodos Formais em Engenharia de Software

Código: EIC0039     Sigla: MFES

Áreas Científicas
Classificação Área Científica
OFICIAL Engenharia de Software

Ocorrência: 2009/2010 - 2S

Ativa? Sim
Página Web: http://paginas.fe.up.pt/~apaiva/teach/0910/MFES.htm
Unidade Responsável: Departamento de Engenharia Informática
Curso/CE Responsável: Mestrado Integrado em Engenharia Informática e Computação

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla Nº de Estudantes Plano de Estudos Anos Curriculares Créditos UCN Créditos ECTS Horas de Contacto Horas Totais
MIEEC 1 Plano de estudos oficial a partir de 2007/08 4 - 6 56 162
MIEIC 125 Plano de estudos a partir de 2009/10 4 - 6 56 162

Docência - Responsabilidades

Docente Responsabilidade
Ana Cristina Ramada Paiva Regente

Docência - Horas

Teóricas: 2,00
Teórico-Práticas: 2,00
Tipo Docente Turmas Horas
Teóricas Totais 1 2,00
Ana Cristina Ramada Paiva 2,00
Teórico-Práticas Totais 6 12,00
Ana Cristina Ramada Paiva 6,00
Hugo José Sereno Lopes Ferreira 6,00

Língua de trabalho

Português

Objetivos

Saber aplicar métodos formais de especificação (baseado em modelos; baseado em propriedades; baseado em comportamento) e verificação ("Model-checking", provas formais e teste) no desenvolvimento de sistemas de software.
Conhecer os métodos formais existentes e saber quando devem ser aplicados e quais são mais adequados em cada caso.

Programa

1. Introdução
O que são métodos formais.
Importância e aplicabilidade dos métodos formais no desenvolvimento de software.
Modelos de ciclo de vida e processos de desenvolvimento de software incorporando métodos formais.
Especificação, refinamento, implementação, verificação e validação.
Classificação de métodos formais.
Modelos explícitos vs implícitos, executáveis vs não executáveis.
Técnicas de verificação formal.

2. "Alloy Constraint Analyzer", para modelação e análise semântica
Modelação declarativa.
Diferenças relativas a "model checking".
Comandos Alloy.
Funções; Predicados; Factos; Asserções e Verificações ("Checks").
Modelação estática vs dinâmica.
Simular a execução de uma operação.
Verificar propriedades "safety".
A ferramenta Alloy analyzer.

3. Lógica e "Model Checking"
Lógica proposicional, de predicados, temporal linear (LTL), temporal ramificada (CTL).
Representação de estados.
"Model Checking":
- Propriedades: "Safety"; "Fairness"; "Liveness"; Universalidade; Inevitabilidade; Possibilidade; Ausência; Resposta; Precedência.
- Problema de Explosão de estados (técnicas existentes para minorar este problema): Estado Simbólico; "Bounds"; "On-the-fly"; "Partial Order Reduction (POR)"; Abstracção.

4. Especificação baseada em modelos
As linguagens VDM-SL e VDM++.
Representação de dados com base em estruturas matemáticas (conjuntos, sequências e funções finitas).
Especificação com estado e sem estado.
Definição de tipos, valores e funções.
Definição de classes, variáveis de instância e operações.
Expressões e instruções.
Design-by-contract: definição de invariantes, pré-condições e pós-condições.
Descrição de algoritmos, especificações executáveis.
Análise de consistência da especificação: obrigações de prova e teste.
Ligação do VDM++ ao UML.
Geração de código a partir de uma especificação formal.
A ferramenta VDMTools.

5. Provas Formais
Aplicação de lógica de Hoare à prova de correcção de algoritmos.
Linguagem de especificação Gallina: tipos e expressões; proposições e provas; tipos de dados indutivos; tácticas de prova e automação; predicados indutivos.
Prova de correcção de programas.
As ferramenta Coq, Caduceus, JAPE e Krakatoa.

Bibliografia Obrigatória

Daniel Jackson; Software Abstractions, MIT Press, 2006. ISBN: 0-262-10114-9
Fitzgerald, John; Validated designs for object-oriented systems. ISBN: 1-85233-881-4
Richard Bornat; Proof and Disproof in Formal Logic, Oxford University Press, 2005. ISBN: 0-19-8530269
B. Bérard; M. Bidoit; A. Finkel; F. Laroussinie; A. Petit; L. Petrucci; Ph. Schnoebelen; P. McKenzie; Systems and Software Verification - Model Checking Techniques and Tools, Springer, 2001. ISBN: 3-540-41523-8

Bibliografia Complementar

Clarke, Jr., Edmund M.; Model checking. ISBN: 0-262-03270-8
Fitzgerald, John; Modelling systems. ISBN: 0-521-62605-6
Alagar, V. S.; Specification of software systems. ISBN: 0-387-98430-5

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

As aulas teóricas serão usadas para exposição e estudo dos conteúdos programáticos.
As aulas práticas serão usadas para realização de exercícios, para contactar com a diversas ferramentas e para a realização de trabalhos práticos.

Software

VDMTools
Coq
Krakatoa
JAPE
Alloy Analyzer
Caduceus

Palavras Chave

Ciências Tecnológicas > Engenharia > Engenharia de computadores
Ciências Tecnológicas > Tecnologia > Tecnologia de computadores > Tecnologia de software

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Descrição Tipo Tempo (Horas) Peso (%) Data Conclusão
Participação presencial (estimativa) Participação presencial 64,00
Exames Exame 12,00 2010-07-31
Trabalhos práticos Defesa pública de dissertação, de relatório de projeto ou estágio, ou de tese 50,00 2010-06-26
Total: - 0,00

Componentes de Ocupação

Descrição Tipo Tempo (Horas) Data Conclusão
Estudo individual Estudo autónomo 36 2010-07-24
Total: 36,00

Obtenção de frequência

Nota mínima de 45% na classificação de frequência.
Nota mínima de 45% no exame.

Fórmula de cálculo da classificação final

Avaliação distribuída com exame final, com as seguintes componentes:
a) exame final com consulta, duração 2h30, peso 50%, nota mínima de 45%;
b) classificação de frequência, 50%:
- trabalho prático, peso 25%, nota mínima de 45%;
- trabalho prático, peso 25%, nota mínima de 45%.

Nota: em todo o caso, a classificação final não pode exceder em mais de 2.5 valores a classificação do exame arredondada para o inteiro mais próximo.

Avaliação especial (TE, DA, ...)

Os trabalhos são obrigatórios para todos os alunos, mesmo para os alunos dispensados de frequência às aulas.

Melhoria de classificação

A classificação do exame pode ser melhorada em exame de recurso.
As classificações obtidas nos trabalhos práticos podem ser melhoradas na edição seguinte da disciplina.
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