Theory and Formal Methods of Computing 94 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:World Scientific Pub Co Inc

作者:England) Imperial College Department of Computing Workshop on Theory and Formal Methods (1st

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1995-09

价格:USD 90.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9781860940033

丛书系列:

图书标签:

• 计算理论
• 形式化方法
• 计算机科学
• 算法
• 数据结构
• 离散数学
• 逻辑
• 可计算性理论
• 自动机理论
• 程序验证

好的，这是一份关于一本名为《Theory and Formal Methods of Computing 94》的图书的详细简介，该简介内容不涉及该书的实际内容，而是侧重于计算机科学理论与形式化方法在软件工程、系统设计、可验证性等领域的更广泛背景、应用和发展趋势。 软件基石与精确构造：计算理论、形式化验证与系统可靠性新篇章 本书并非一本具体的教材或手册，而是一份对20世纪90年代中期计算机科学领域中“理论基础”与“形式化方法”这一交汇点的深刻审视与前瞻性探讨。它旨在勾勒出在那个技术加速转型期，支撑软件和计算系统可靠性与正确性的核心哲学、数学工具与工程实践的全景图。 在那个时代，软件的复杂性正以前所未有的速度增长，传统试错式的开发模式暴露出了其在构建关键任务系统（如航空控制、医疗设备、金融交易）时的致命缺陷。人们迫切需要将建筑学中的精确设计理念引入软件工程——这就是“形式化方法”的兴起。同时，计算理论的奠基性工作，如可计算性理论、自动机理论和复杂性理论，为理解“我们能计算什么”以及“计算的效率极限在哪里”提供了坚实的数学框架。本书所处的时代背景，正是这两股力量——理论的严谨性与实践的需求——激烈碰撞并融合的时期。 第一部分：计算的理论极限与数学基础 在形式化方法的应用深入之前，理解计算本身的本质是不可或缺的。本书的理论基石部分，深入探讨了计算理论在90年代中期的状态。这包括对图灵机模型的深刻理解，以及如何利用该模型界定计算的边界。 1.1 自动机理论与语言学：结构化的模型构建 自动机理论不仅仅是关于识别字符串的理论，更是构建系统行为模型的强大工具。本书将详述有限自动机（Finite Automata）在状态建模中的应用，以及如何将其扩展到推下自动机（Pushdown Automata）以处理需要内存或堆栈的结构化语言。这一时期的重点在于，如何将程序语言的语法（上下文无关文法）与其执行模型（自动机）进行严格的映射，为后来的语义定义打下基础。对于正则表达式和形式语言的深入剖析，揭示了不同计算能力级别之间的清晰界限。 1.2 可计算性与不可判定性：认清软件的固有难题 虽然实用主义者致力于构建软件，但理论家们则在探讨哪些问题是“本质上无法被算法解决”的。本书会回顾停机问题的经典论证，并探讨其在软件工程中的实际意义——即任何通用的、自动化的程序验证工具都必然存在局限性。对递归函数论和$mu$-递归函数的探讨，提供了描述计算过程的替代性数学框架，这对于后续理解更复杂的程序语义（如非确定性计算）至关重要。 1.3 复杂性理论的工程影响：效率的制约 随着计算能力的提升，理论界对“什么是高效的计算”的关注日益加深。对P、NP、PSPACE等复杂性类的划分，不仅仅是理论家的智力游戏，它直接指导了工程师对算法选择的判断。理解一个问题是NP完全的，意味着在没有指数时间的情况下寻求通用解是徒劳的，这促使开发者转向启发式算法或接受有限范围内的非最优解。本书会探讨这些复杂性类别在特定算法设计中的理论指导作用。 第二部分：形式化方法的兴起与工程化挑战 形式化方法的核心在于使用数学语言来精确描述系统的需求、设计和实现，并通过逻辑推理来证明其满足特定属性。90年代是形式化方法从学术尖端走向工业界尝试的过渡期。 2.1 形式化规范语言的演进：从数学到工程 本书将聚焦于当时主流的规范语言及其背后的逻辑框架。时序逻辑（Temporal Logic），尤其是线性时序逻辑（LTL）和计算树逻辑（CTL），是描述系统动态行为（如“最终会发生什么”或“是否能一直保持安全”）的核心工具。对这些逻辑的语义定义——如何将逻辑公式映射到系统状态转换图上——是形式化验证的基石。此外，对代数规范和公理化规范方法的讨论，强调了在早期设计阶段就明确系统行为的必要性。 2.2 模型检验（Model Checking）的突破 在90年代初期，模型检验的兴起是形式化方法领域的一场革命。它提供了一种自动化、完备的验证技术，可以检查一个有限状态系统是否满足给定的时序逻辑属性。本书将详细阐述模型检验的算法核心——状态空间的探索和布尔可满足性问题（SAT）的联系。这种从“人工证明”到“机器辅助验证”的转变，极大地拓宽了形式化方法的适用范围，尽管其对状态爆炸问题的依赖性也成为了一个显著的工程挑战。 2.3 程序语义学：理解程序的“意义” 为了形式化地验证程序，必须首先为其赋予精确的数学意义。本书将涵盖不同流派的程序语义学： 操作语义（Operational Semantics）： 描述程序如何一步步执行（如关系操作语义或小步语义）。这对于理解底层虚拟机的行为和调试至关重要。 公理语义（Axiomatic Semantics）： 以Hoare逻辑为代表，它使用前置条件和后置条件来描述程序片段的“输入-输出”关系。这是早期验证工具（如自动推导工具）的基础。 域理论与Denotational Semantics： 更抽象的方法，通过将程序映射到数学域（如偏序集、完全格）来定义程序的意义。这在理解递归和非确定性方面提供了深刻的见解。 第三部分：实践中的融合与工具链的形成 理论与方法论最终必须转化为可用的工具和可信赖的流程。本书的最后部分将探讨如何将这些抽象的数学模型融入到实际的软件开发生命周期中。 3.1 从规范到代码：精化（Refinement）的艺术 形式化方法的一个核心理念是通过一系列“精化步骤”将高层次的、易于理解的规范逐步转化为具体的、可执行的代码。本书将探讨精化关系的数学基础，以及如何证明一个精化后的设计仍然保留了原始规范的正确性属性。这需要对抽象层次的保留和信息隐藏的控制有精妙的把握。 3.2 形式化方法的局限性与未来展望 在90年代中期，业界也清醒地认识到形式化方法的挑战：模型的状态空间爆炸问题、规范的难以编写性（“用数学语言描述需求比直接写代码还难”），以及高昂的验证成本。本书将回顾当时对这些挑战的讨论，例如如何通过抽象（Abstraction）来限制状态空间，以及如何结合混合系统（Hybrid Systems）理论来处理包含连续物理过程的实时系统。 总而言之，这本书不是关于特定算法或编程语言的速成指南，而是对支撑现代计算系统可靠性的底层逻辑结构、数学严谨性以及工程化挑战的一次全面梳理，为理解现代软件验证与安全领域的发展提供了必要的历史和理论背景。

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