First-order logic, and quantifiers in particular, are widely used in deductive verification. Quantifiers are essential for describing systems with unbounded domains, but prove difficult for automated solvers. Significant effort has been dedicated to finding quantifier instantiations that establish unsatisfiability, thus ensuring validity of a system's verification conditions. However, in many cases the formulas are satisfiable: this is often the case in intermediate steps of the verification process. For such cases, existing tools are limited to finding finite models as counterexamples. Yet, some quantified formulas are satisfiable but only have infinite models. Such infinite counter-models are especially typical when first-order logic is used to approximate inductive definitions such as linked lists or the natural numbers. The inability of solvers to find infinite models makes them diverge in these cases. In this paper, we tackle the problem of finding such infinite models. These models allow the user to identify and fix bugs in the modeling of the system and its properties. Our approach consists of three parts. First, we introduce symbolic structures as a way to represent certain infinite models. Second, we describe an effective model finding procedure that symbolically explores a given family of symbolic structures. Finally, we identify a new decidable fragment of first-order logic that extends and subsumes the many-sorted variant of EPR, where satisfiable formulas always have a model representable by a symbolic structure within a known family. We evaluate our approach on examples from the domains of distributed consensus protocols and of heap-manipulating programs. Our implementation quickly finds infinite counter-models that demonstrate the source of verification failures in a simple way, while SMT solvers and theorem provers such as Z3, cvc5, and Vampire diverge.


翻译:一阶逻辑,尤其是其中的量词,在演绎验证中应用广泛。量词对于描述具有无界域的系统至关重要,但给自动化求解器带来挑战。大量研究致力于寻找能证明不可满足性的量词实例化方案,从而确保系统验证条件的有效性。然而,在许多情况下公式是可满足的(这在验证过程的中间步骤中经常出现),现有工具仅限于寻找有限模型作为反例。但部分含量词的公式虽可满足却仅存在无限模型。这种无限反模型在一阶逻辑被用于逼近归纳定义(如链表或自然数)时尤为典型。由于求解器无法发现无限模型,往往会导致求解发散。本文致力于解决此类无限模型的发现问题,这些模型能帮助用户识别并修正系统建模及其属性中的缺陷。我们的方法包含三个部分:首先引入符号结构作为表征特定无限模型的手段;其次描述一种有效模型发现流程,通过符号化方式探索给定符号结构族;最后识别出一阶逻辑的新可判定片段,该片段扩展并包含多类EPR变体,其中可满足公式始终存在可用已知符号结构族表征的模型。我们在分布式共识协议和堆操作程序领域进行了案例评估。实现方案能快速发现无限反模型,以简洁方式揭示验证失败根源,而Z3、cvc5、Vampire等SMT求解器和定理证明器在此类问题上会发散。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Deep Learning in Video Multi-Object Tracking: A Survey
Arxiv
58+阅读 · 2019年7月31日
VIP会员
最新内容
博士论文 | 用代码结构感知方法推进代码大模型
专知会员服务
0+阅读 · 今天15:20
《决策模型比较研究》
专知会员服务
8+阅读 · 今天5:16
《美军水下战与海床战概述及本地实施》
专知会员服务
5+阅读 · 今天4:30
面向未来冲突推进陆军情报体制改革
专知会员服务
4+阅读 · 今天4:12
乌克兰纵深打击如何重塑俄罗斯的战略选择
专知会员服务
3+阅读 · 7月24日
俄乌战争中关于中程打击无人机部署的经验启示
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员