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Métodos Formais em Engenharia de Software

Código: EIC0039     Sigla: MFES

Áreas Científicas
Classificação Área Científica
OFICIAL Engenharia de Software

Ocorrência: 2015/2016 - 1S Ícone do Moodle

Ativa? Sim
Página Web: http://moodle.up.pt/
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
MIEIC 141 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 5 10,00
Ana Cristina Ramada Paiva 4,00
João Carlos Pascoal Faria 4,00
Hugo José Sereno Lopes Ferreira 2,00
Mais informaçõesA ficha foi alterada no dia 2015-11-17.

Campos alterados: Componentes de Avaliação e Ocupação

Língua de trabalho

Inglês

Objetivos

1-CONHECIMENTOS ÚTEIS Conhecimentos de engenharia de software (nomeadamente, processos de desenvolvimento e modelação de software) e conhecimentos de teoria de computação.

2-OBJETIVOS ESPECÍFICOS Desenvolver as capacidades de abstração de forma a descrever o que o sistema deve fazer e não a maneira de o fazer. Estar familiarizados com os métodos formais e forma como eles podem contribuir para aumentar a qualidade dos sistemas de software.

3-CONHECIMENTO PRÉVIO É útil frequência anterior em Engenharia de software, Teoria de computação e Conceção e análise de algoritmos.

4-DISTRIBUIÇÂO PERCENTUAL Componente científica = 75% Componente tecnológica = 25%

5-RESULTADO DA APRENDIZAGEM No final da unidade curricular os estudantes devem ser capazes de: - 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. - identificar os métodos formais existentes e saber quando devem ser aplicados e quais são mais adequados em cada caso.

Resultados de aprendizagem e competências


  1. No final da unidade curricular, os estudantes deverão ser capazes de especificar um sistema de software de forma declarativa, saber distinguir os vários métodos formais existentes e quando os aplicar e perceber a utilidade destas técnicas para a melhoria da qualidade dos sistemas de software.

Modo de trabalho

Presencial

Programa

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

2. Provas Formais
2.1 Aplicação de lógica de Hoare à prova de correcção de algoritmos.
2.2 Linguagem de especificação Gallina: tipos e expressões; proposições e provas; tipos de dados indutivos; tácticas de prova e automação; predicados indutivos.
2.3 Prova de correcção de programas.
2.4 A ferramenta Jape.

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

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

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


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
Derrick G. Kourie, Bruce W. Watson; The correctness-by-construction approach to programming. ISBN: 978-3-642-27918-8

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
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

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

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

Software

VDMTools
JAPE
Alloy Analyzer
Overture

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

Designação Peso (%)
Exame 70,00
Trabalho laboratorial 30,00
Total: 100,00

Componentes de Ocupação

Designação Tempo (Horas)
Estudo autónomo 60,00
Frequência das aulas 52,00
Trabalho laboratorial 50,00
Total: 162,00

Obtenção de frequência

Nota mínima de 45% na classificação do trabalho prático. A presença nas aulas teórico-práticas é registada e obrigatória conforme legislação em vigor.

Fórmula de cálculo da classificação final

Avaliação distribuída com exame final, com as seguintes componentes:
(A) trabalho prático de VDM++, peso 30%, nota mínima de 45%.
(B) exame final com consulta, duração 2h30, peso 60%, nota mínima de 45%.
(C) trabalho ao longo do semestre, peso 10%, nota mínima de 45%.

Classificação Final = (A)*30% + (B)*60% + (C)*10%

Notas: Em todo o caso, a classificação final não pode exceder em mais de 3 valores a classificação do exame arredondada para o inteiro mais próximo. 

Provas e trabalhos especiais

Trabalho prático de VDM++: entrega até às 23h do dia 13 de dezembro; defesa do trabalho prático durante as aulas práticas da semana de 14 a 18 de dezembro.

A defesa dos trabalhos práticos é obrigatória para TODOS os alunos.

Avaliação especial (TE, DA, ...)

Os trabalhos são obrigatórios para todos os alunos, mesmo para os alunos dispensados de frequência às aulas. Os alunos dispensados de frequência às aulas devem contactar o docente para sessões especiais de acompanhamento dos trabalhos. A defesa dos trabalhos práticos é obrigatória para TODOS os estudantes.

Melhoria de classificação

- As classificações obtidas no trabalho prático podem ser melhoradas na edição seguinte da disciplina
- A classificação do exame pode ser melhorada em exame de recurso.

Observações

Os alunos com frequência à disciplina do ano anterior terão que fazer exame de 2h30. A classificação obtida no trabalho de VDM++ do ano anterior será usada como classificação do trabalho de VDM++ desta edição.

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