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

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.

Studijní opory

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.

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz

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

Ing. David Chocholatý
Ing. Roman Andriushchenko
Ing. Michal Hečko
Ing. Filip Macák

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

Ing. Roman Andriushchenko
Ing. Michal Hečko
Ing. David Chocholatý

Osnova

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

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz