Valószínűségi modellellenőrzés Markov döntési folyamatokkal

Hasonló dokumentumok
Rendszermodellezés. Modellellenőrzés. Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék

Sztochasztikus temporális logikák

Alapszintű formalizmusok

Temporális logikák és modell ellenırzés

Modellellenőrzés. dr. Majzik István BME Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék

Biológiai rendszerek modellellenőrzése bayesi megközelítésben

Gyakorló feladatok: Formális modellek, temporális logikák, modellellenőrzés. Majzik István BME Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék

Részletes szoftver tervek ellenőrzése

Modellellenőrzés. dr. Majzik István BME Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék

A modellellenőrzés érdekes alkalmazása: Tesztgenerálás modellellenőrzővel

A modellellenőrzés érdekes alkalmazása: Tesztgenerálás modellellenőrzővel

Szoftver-modellellenőrzés absztrakciós módszerekkel

Részletes tervek ellenőrzése

Intervenciós röntgen berendezés teljesítményszabályozójának automatizált tesztelése

Sztochasztikus Petri-hálók

12. előadás - Markov-láncok I.

Követelmények formalizálása: Temporális logikák. dr. Majzik István BME Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék

Szoftverminőségbiztosítás

Megerősítéses tanulás 2. előadás

Elosztott adatbázis-kezelő formális elemzése

Modellellenőrzés a vasút automatikai rendszerek fejlesztésében. XIX. Közlekedésfejlesztési és beruházási konferencia Bükfürdő

Formális módszerek GM_IN003_1 Program verifikálás, formalizmusok

Követelmények formalizálása: Temporális logikák

Számítógép-rendszerek fontos jellemzői (Hardver és Szoftver):

Zárthelyi mintapéldák. Majzik István BME Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék

A KUTATÁS EREDMÉNYEI ZÁRÓJELENTÉS

Modellezés Petri hálókkal. dr. Bartha Tamás dr. Majzik István dr. Pataricza András BME Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék

Hardver és szoftver rendszerek verifikációja Röviden megválaszolható kérdések

Elérhetőségi analízis Petri hálók dinamikus tulajdonságai

Korlátos modellellenőrzés. dr. Majzik István BME Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék

Időzített átmeneti rendszerek

Hardver és szoftver rendszerek verifikációja Röviden megválaszolható kérdések

Kvantitatív módszerek

Formális módszerek. A formális modellezés és a formális verifikáció alapjai. dr. Bartha Tamás BME Közlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Hatékony technikák modellellenőrzéshez: Szimbolikus technikák (ROBDD)

Alapszintű formalizmusok

E.4 Markov-láncok E.4 Markov-láncok. Sok sorbanállási hálózat viselkedése leírható "folytonos idejű Markovláncok " segítségével.

Diszkrét állapotú rendszerek modellezése. Petri-hálók

Hatékony technikák modellellenőrzéshez: Szimbolikus technikák (ROBDD)

Jelek és rendszerek 1. 10/9/2011 Dr. Buchman Attila Informatikai Rendszerek és Hálózatok Tanszék

Automatikus tesztgenerálás modell ellenőrző segítségével

Követelmények formalizálása: Temporális logikák. dr. Majzik István BME Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék

4. Lokalizáció Magyar Attila

Adatfolyam hálók Dr. Bartha Tamás, Dr. Pataricza András fóliái

Időt kezelő modellek és temporális logikák

Bokor Péter. DECOS Nemzeti Nap október 15. Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék

Formális módszerek. A formális modellezés és a formális verifikáció alapjai. dr. Bartha Tamás BME Közlekedés- és Járműirányítási Tanszék

Hatékony technikák modellellenőrzéshez: Korlátos modellellenőrzés. dr. Majzik István BME Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék

VI. Magyar Földrajzi Konferencia

Logisztikai szimulációs módszerek

A fejlesztési szabványok szerepe a szoftverellenőrzésben

Markov-láncok stacionárius eloszlása

Teszt generálás webes alkalmazásokhoz

Előrenéző és paraméter tanuló algoritmusok on-line klaszterezési problémákra

BPEL nyelvű üzleti folyamatok modellezése és formális ellenőrzése

Döntési rendszerek I.

Ütemezési problémák. Kis Tamás 1. ELTE Problémamegoldó Szeminárium, ősz 1 MTA SZTAKI. valamint ELTE, Operációkutatási Tanszék

előadás Diszkrét idejű tömegkiszolgálási modellek Poisson-folyamat Folytonos idejű Markov-láncok Folytonos idejű sorbanállás

Hálózati Folyamok Alkalmazásai. Mályusz Levente BME Építéskivitelezési és Szervezési Tanszék

Problémamegoldás kereséssel. Mesterséges intelligencia március 7.

Formális verifikáció Modellezés és modellellenőrzés

Temporális logikai specifikációk vizsgálata

ÉRZÉKELŐK ÉS BEAVATKOZÓK I. 0. TANTÁRGY ISMERTETŐ

Diszkrét állapotú rendszerek modellezése. Petri-hálók

A formális módszerek szerepe

MEMS eszközök redukált rendű modellezése a Smart Systems Integration mesterképzésben Dr. Ender Ferenc

A statisztikus klimatológia szerepe és lehetőségei a változó éghajlat kutatásában

Megerősítéses tanulási módszerek és alkalmazásaik

műszaki tudomány doktora 1992 Beosztás: stratégiai tanácsadó, tudományos tanácsadó Munkahelyek: Nokia -Hungary kft Veszprémi Egyetem

Autonóm - és hagyományos közúti járművek alkotta közlekedési rendszerek összehasonlító elemzése

Mikrorendszerek tervezése

Modellezési alapismeretek

Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Kar Informatikai Intézet Alkalmazott Informatikai Intézeti Tanszék

2. gyakorlat: Részletes tervek és forráskód ellenőrzése

Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Kar Informatikai Intézet Alkalmazott Informatikai Intézeti Tanszék

Modell alapú tesztelés: célok és lehetőségek

Formális modellezés és verifikáció

A formális módszerek szerepe a rendszerek biztonságának növelésében

Verifikáció és validáció Általános bevezető

Modellezési alapismeretek

Múlt és jövő: Új algoritmusok lineáris temporális tulajdonságok szaturáció-alapú modellellenőrzésére

Az Informatika Elméleti Alapjai

folyamatrendszerek modellezése

Kollektív tanulás milliós hálózatokban. Jelasity Márk

Idő-ütemterv hálók - I. t 5 4

A Formális nyelvek vizsga teljesítése. a) Normál A vizsgán 60 pont szerezhet, amely két 30 pontos részb l áll össze az alábbi módon:

Megerősítéses tanulás 7. előadás

Hiszterézises káoszgenerátor vizsgálata

Ellátási lánc optimalizálás P-gráf módszertan alkalmazásával mennyiségi és min ségi paraméterek gyelembevételével

Kategória Összeg Búr Márton A Sik Tamás Dávid A Balangó Dávid B Barta Ágnes B Cseppentő Lajos B Gönczi Tamás B 50000

Intelligens ágensek. Mesterséges intelligencia február 28.

Biztosítóberendezések biztonságának értékelése

Pacemaker készülékek szoftverének verifikációja. Hesz Gábor

PONTFELHŐ REGISZTRÁCIÓ

Véges automaták, reguláris nyelvek

Termelés- és szolgáltatásmenedzsment

Rendszermodellezés: házi feladat bemutatás

HARDVER- ÉS SZOFTVERRENDSZEREK VERIFIKÁCIÓJA

NGB_IN040_1 SZIMULÁCIÓS TECHNIKÁK dr. Pozna Claudio Radu, Horváth Ernő

A Formális nyelvek vizsga teljesítése. a) Normál A vizsgán 60 pont szerezhet, amely két 30 pontos részb l áll össze az alábbi módon:

Átírás:

Valószínűségi modellellenőrzés Markov döntési folyamatokkal Hajdu Ákos Szoftver verifikáció és validáció 2015.12.09. Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék 1

Forrás / Source Ez a prezentáció David Parker előadása alapján készült, amelyet az AVACS 15 iskolában mutatott be This presentation is mainly based on the lecture of David Parker presented in the AVACS 15 school http://prismmodelchecker.org/lectures/avacs15/ 2

Ismétlés - modellellenőrzés Kripke-struktúra, Tranzíciós rendszer, Automaták CTL*, CTL, LTL Formális modell Modellellenőrző algoritmus Formalizált követelmény Ok Ellenpélda 3

Motiváció Előre nem jelezhető, véletlenszerű viselkedés o Fizikai komponensek hibája o Üzenetvesztés o Megbízhatatlan szenzorok o Véletlenszerű back-off Kvantitatív jellemzők vizsgálata o Nem csak helyesség Megbízhatóság, időzítés, teljesítmény o Pl.: Kisebb, mint 0,001 a valószínűsége, hogy a légzsák a trigger után 0,02 másodpercen belül nem nyílik ki. 4

Ismétlés - modellellenőrzés Valószínűségi modellek Valószínűségi követelmények Formális modell Modellellenőrző algoritmus Formalizált követelmény Ok Kvantitatív jellemzők 5 Ellenpélda

Valószínűségi modellek Diszkrét idő Folytonos idő Tisztán valószínűségi Diszkrét idejű Markov-lánc (DTMC) Folytonos idejű Markov-lánc (CTMC) Valószínűségi és nemdeterminisztikus Markov döntési folyamat (MDP) Folytonos idejű MDP, interaktív MC, valószínűségi időzített automata, sztochasztikus automata 6

Valószínűségi követelmények Temporális logikák kiegészítése o Kvantitatív jellemzők: valószínűségek, időzítés, költség, jutalom Pl.: PCTL*: trigger P 0,999 F 20 nyílás Numerikus eredmények o P 0,1 F hiba : Hiba valószínűsége kisebb, mint 0,1? o P =? F hiba : Mennyi a hiba valószínűsége? Egzakt eredmények o Nem szimuláció 7

MARKOV DÖNTÉSI FOLYAMATOK (MDP) 8

Markov döntési folyamatok DTMC kiegészítése nemdeterminizmussal Markov döntési folyamat MDP = (S, Act, P, L, μ) o S: állapotok (véges) halmaza o Act: akciók (véges) halmaza o P: S Act S 0,1 átmeneti valószínűség Adott s S és a Act esetén s s, a, s = 1 o L: S 2 AP címkézés AP halmaz felett o μ: S 0,1 kezdeti eloszlás a hatására 1 valószínűséggel s1 b hatására 0.7 valószínűséggel s0 és 0.3 valószínűséggel s0 9

Példa Markov döntési folyamatok o Robot mozgása egy terepen o Akciók: robot döntései o Valószínűségek: környezeti hatások, zavarok 10

Stratégia Markov döntési folyamatok o Nemdeterminizmus feloldása o D: S Act Eddigi állapotsorozat alapján döntés az új akcióról o Osztályozás Memóriamentes Véges memóriájú Végtelen memóriájú o Példa: s1-ben b és c felváltva Véges memória 11

Stratégia Markov döntési folyamatok o DTMC-vé alakít o Példa: s1-ben b és c felváltva 12

1. Verifikáció o o Valószínűségi modellellenőrzés Univerzális kvantálása a stratégiáknak P 0,1 F hiba : Kisebb-e a hiba valószínűsége 0,1-nél az összes stratégia esetén? 2. Szintézis o o Egzisztenciális kvantálása a stratégiáknak P >0,1 F hiba : Van-e olyan stratégia, amire a hiba valószínűsége 0,1-nél nagyobb? Duális problémák o Optimális értékekre (min/max) visszavezetés 13

Példa Elérhetőség vizsgálata P 0,6 F cél1 verifikáció Optimális stratégia: s0: kelet s1: dél s2: - s3: - s4: kelet s5: - P 0,4 F cél1 szintézis P max=? F cél1 = 0,5 Optimális stratégia o Memóriamentes Meghatározás o Gráf analízis o Numerikus módszerek 14

PLTL ellenőrzés PLTL: Probabilistic LTL o P max=? G veszély GF cél1 : Veszély elkerülése miközben cél1 látogatása végtelen sokszor. o P max=? zóna3 U zóna1 F zóna4 zóna4 látogatása zóna3 nélkül. Ellenőrzés : Zóna1, majd o φ formula átalakítása determinisztikus automatára: A φ o M A φ konstruálása és megoldása Elérhetőségre vezethető vissza Optimális stratégia: véges memória 15

További tulajdonságok Költségek és jutalmak o Várható, akkumulált érték R min=? F cél2 : Optimális lépésszám cél2 eléréséhez. R max=? F vége : Worst-case várható idő a protokoll befejezésére. Elérhetőséghez hasonló o PLTL formula teljesítésének költsége R min=? zóna3 U zóna1 F zóna4 : Zóna1, majd zóna4 meglátogatási idejének minimalizálása, közben zóna3 elkerülésével. Automata módszer 16

KITERJESZTÉSEK 17

Többcélú modellellenőrzés Trade-off vizsgálata több cél között Megvalósíthatósági probléma idő o multi P >0,95 F elküldve, R >10 akku Van-e stratégia, ahol az üzenet 0,95 valószínűséggel el lesz küldve, miközben az akku élettartama több, mint 10 óra? Numerikus probléma idő o multi P max=? F elküldve, R >10 akku Mi a max. valószínűsége az üzenet elküldésének, ha az akku élettartama több, mint 10 óra? Pareto probléma idő o multi P max=? F elküldve, R max=? akku 18

Több játékos Csomópontok játékosokhoz rendelve o Döntés az akcióról Követelmény: rpatl o Probabilistic alternating-time temporal logic with rewards o C φ: létezik-e a C-beli játékosoknak olyan stratégiája, hogy φ teljesül a többi játékostól függetlenül o 1,2 P 0,95 F 45 vége : Tud-e az 1-es és 2-es játékos úgy együttműködni, hogy 0,95 valószínűséggel 45 időegység alatt befejeződjön a protokoll a többiektől függetlenül? 19

PRISM eszköz Alkalmazás o Valószínűségi modellellenőrzés Alkalmazás o Robot navigáció Bizonytalan környezet Cél megfogalmazása PLTL-ben Vezérlő szintézis 20

Hivatkozások Forejt, V., Kwiatkowska, M., Norman, G., & Parker, D. (2011). Automated verification techniques for probabilistic systems. In Formal Methods for Eternal Networked Software Systems (pp. 53-113). Springer Berlin Heidelberg. Kwiatkowska, M., Norman, G., & Parker, D. (2011, January). PRISM 4.0: Verification of probabilistic real-time systems. In Computer aided verification (pp. 585-591). Springer Berlin Heidelberg. Kwiatkowska, M., & Parker, D. (2013). Automated verification and strategy synthesis for probabilistic systems. In Automated Technology for Verification and Analysis (pp. 5-22). Springer International Publishing. http://www.prismmodelchecker.org/ 21