Detail předmětu

Analýza systémů založená na modelech

FIT-MBAAk. rok: 2024/2025

Představení model-based designu, testování, analýzy a model checkingu. Petriho sítě jako model pro popis paralelních systémů. Možnosti analýzy Petriho sítí. Markovovy řetězce jako model pravděpodobnostních systémů. Možnosti analýzy Markovových řetězců. Časované automaty jako model systémů pracujících s reálným časem. Možnosti analýzy časovaných automatů. UML a SysML diagramy v rámci model based designu a možnosti jejich analýzy. Představení nástrojů pro analýzu zmíněných modelů.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

doc. Mgr. Adam Rogalewicz, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav inteligentních systémů (UITS)

Vstupní znalosti

Základní znalosti z teorie grafů, formálních jazyků a automatů. Základní znalost pojmů statistiky a pravděpodobnosti. Základní znalosti softwarového inženýrství.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Bodové hodnocení vypracovaných projektů (max. 30 bodů) a závěrečné semestrální zkoušky (max 70 bodů).


3 projekty po 10 bodech.

Pro získání bodů ze závěrečné semestrální zkoušky je nutné tuto zkoušku složit tak, aby byla hodnocena nejméně 30 body. V opačném případě bude zkouška hodnocena 0 body.

Učební cíle

Seznámit studenty s možností zajištění kvality software (event. hardware) formou vytvoření modelu, ověření správnosti na úrovni modelu a následné (někdy i automatizovaná) konverze modelu do cílového programovacího jazyka. Tyto principy budou představeny na čtyřech modelovacích technikách: Petriho sítích, Markovových řetězcích, časovaných automatech a UML/SysML diagramech.

Prerekvizity a korekvizity

Základní literatura

Boucherie, R. J.(editor), van Dijk, N. M. (editor): Markov Decision Processes in Practice, Springer, 2017. ISBN-13: 978-3319477640 Dostupné online ze sítě VUT.
Christel Baier and Joost-Pieter Katoen: Principles of Model Checking, MIT Press, 2008. ISBN: 978-0-262-02649-9
Reisig, W.: Petri Nets, An Introduction, Springer Verlag, 1985. ISBN: 0-387-13723-8

Doporučená literatura

Češka, M.: Petriho sítě, Akad.nakl. CERM, Brno, 1994. ISBN: 8-085-86735-4
Jensen, K.: Coloured Petri Nets, Basic Concepts, Analysis Methods and Practical Use, Springer Verlag, 1993. ISBN: 3-540-60943-1
Kaynar, D.,  Lynch, N., Segala, R., Vaandrager, F. :The Theory of Timed I/O Automata, Morgan & Claypool, 2010.  ISBN-13: 978-1608450022 Dostupné online.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MITAI magisterský navazující

    specializace NGRI , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NADE , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NISD , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NMAT , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NSEC , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NISY do 2020/21 , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NNET , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NMAL , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NCPS , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NHPC , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NVER , 0 ročník, letní semestr, povinný
    specializace NIDE , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NISY , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NEMB do 2023/24 , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NSPE , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NEMB , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NBIO , 0 ročník, letní semestr, volitelný
    specializace NSEN , 0 ročník, letní semestr, povinný
    specializace NVIZ , 0 ročník, letní semestr, volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Mgr. Adam Rogalewicz, Ph.D.
Ing. Jan Fiedor, Ph.D.
doc. RNDr. Milan Češka, Ph.D.
doc. Mgr. Lukáš Holík, Ph.D.

Osnova

  1. Úvod do problematiky model-based designu, testování a analýzy. Pojem model-checking.
  2. Petriho sítě. Základní pojmy, historie a aplikace.
  3. P/T Petriho sítě, definice, evoluční pravidla, stavový prostor, základní problémy analýzy (bezpečnost, omezenost, konzervativnost, živost).
  4. Analýza P/T Petriho sítí, strom dosažitelných značení, P- a T- invarianty.
  5. Rozšíření P/T Petriho sítí a Barvené sítě. Rozhodnutelnost a vztah k Turingovým strojům. Ukázka nástrojů NetLab a PIPE.
  6. Využití Markovových řetězců k modelování pravděpodobnostních systémů, Markovovy řetězce v diskrétním a spojitém čase. Temporální logika pro specifikaci chování Markovových řetězců
  7. Analýza Markovových řetězců (model checking), Ukázka nástroje PRISM.
  8. Rozšíření Markovových řetězců o nedeterminismus - Markovovy rozhodovací procesy. Využití Markovových rozhodovací procesů v teorii řízení. Syntéza řízení pro Markovovy rozhodovací procesy.
  9. Časované automaty a jejich využití pro modelování systémů s reálným časem.
  10. Analýza časovaných automatů, abstrakce založená na regionech, rozhodnutelné problémy. Ukázka nástroje UPPAAL.
  11. Časovaná temporální logika TCTL a její vztah k časovaným automatům
  12. UML/SysML diagramy a jejich využití v rámci model-based designu a analýzy.
  13. Model checking systémů popsaných pomocí UML (stavových) diagramů.

Cvičení na počítači

10 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Mgr. Adam Rogalewicz, Ph.D.
Ing. Roman Andriushchenko

Osnova

Pokud budou cvičení, tak osnova bude následující:
  1. Analýza P/T Petriho sítí, ukázka nástrojů NetLab a PIPE.
  2. Analýza Markovových řetězců, ukázka nástroje PRISM
  3. Analýza časovaných automatů, ukázka nástroje UPPAAL.

Projekt

16 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Mgr. Adam Rogalewicz, Ph.D.
Ing. Roman Andriushchenko

Osnova

    1. Aplikace Petriho sítí.
    2. Aplikace Markovových řetězců.
    3. Aplikace časovaných automatů.