✨Các phương pháp hình thức

Các phương pháp hình thức

Trong ngành khoa học máy tính, các phương pháp hình thức là các kỹ thuật toán học cho việc đặc tả, phát triển và kiểm định các hệ thống phần mềm và phần cứng. Cách tiếp cận này đặc biệt quan trọng đối với các hệ thống cần có tính toàn vẹn cao, chẳng hạn hệ thống điều khiển lò phản ứng hạt nhân hay điều khiển tên lửa, khi an toàn hay an ninh có vai trò quan trọng, để góp phần đảm bảo rằng quá trình phát triển hệ thống sẽ không có lỗi. Các phương pháp hình thức đặc biệt hiệu quả tại giai đoạn đầu của quá trình phát triển (tại các mức yêu cầu và đặc tả hệ thống), nhưng cũng có thể được sử dụng cho một quá trình phát triển hoàn chỉnh của một hệ thống.

Phân loại

Các phương pháp hình thức có thể được sử dụng tại nhiều mức:

Mức 0: Đặc tả hình thức có thể được thực hiện và rồi một chương trình được phát triển từ đặc tả này một cách không hình thức. Trong nhiều trường hợp, cách này có thể là lựa chọn hiệu quả nhất về mặt chi phí.

Mức 1: Sử dụng phát triển và kiểm định hình thức để tạo một chương trình theo một quy trình hình thức hơn. Ví dụ, có thể thực hiện các chứng minh về các tính chất hoặc quá trình tinh chỉnh (refinement) từ đặc tả hình thức tới một chương trình. Đây có thể là lựa chọn phù hợp nhất đối với các hệ thống yêu cầu tính toàn vẹn cao với các tiêu chí về an toàn và an ninh.

Mức 2: Sử dụng các bộ chứng minh định lý (theorem prover) để thực hiện các chứng minh hình thức hoàn toàn và được kiểm chứng bằng máy móc. Việc này có thể đòi hỏi chi phí rất cao và chỉ đáng lựa chọn trong thực tiễn nếu phí tồn cho các lỗi sai là cực kỳ cao (ví dụ, trong các phần quan trọng của thiết kế bộ vi xử lý).

Cùng với ngành con Ngữ nghĩa hình thức của ngôn ngữ lập trình, các phương pháp hình thức có thể được phân loại tương đối như sau:

  • Ngữ nghĩa ký hiệu (Denotational semantics), trong đó ý nghĩa của một hệ thống được biểu diễn bằng lý thuyết toán học về miền xác định. Lợi điểm của những phương pháp này phụ thuộc vào bản chất được hiểu rõ của các miền xác định để từ đó đem lại ý nghĩa cho hệ thống; các phê phán chỉ ra rằng không phải hệ thống nào cũng có thể được nhìn một cách tự nhiên hoặc trực quan dưới dạng một hàm số.
  • Ngữ nghĩ hoạt động (Operational semantics), trong đó, ý nghĩa của một hệ thống được biểu diễn bằng một chuỗi các hành động của một mô hình tính toán (giả thiết là) đơn giản hơn. Lợi điểm của phương pháp này là tính đơn giản của các mô hình tạo nên sự trong sáng của biểu diễn; nhược điểm là phương pháp này đã trì hoãn các vấn đề của ngữ nghĩa (ai định nghĩa ngữ nghĩa của các mô hình đơn giản hơn?)
  • Ngữ nghĩa tiên đề (Axiomatic semantics), trong đó ý nghĩa của hệ thống được biểu diễn theo các tiền điều kiện (precondition) và hậu điều kiện (postcondition), đây lần lượt là các điều kiện phải được thỏa mãn tại các thời điểm trước và sau khi hệ thống thực hiện một nhiệm vụ. Những người ủng hộ phương pháp này nói đến mối quan hệ của nó với lôgic kinh điển; những người phê phán nói rằng những ngữ nghĩa thuộc dạng này không thực sự mô tả xem hệ thống làm cái gì (chỉ là cái gì đúng trước đó và sau đó).

Sử dụng

Các phương pháp hình thức có thể được áp dụng tại nhiều điểm khác nhau trong cả quá trình phát triển phần mềm. (Tuy có thể nói đến một quá trình phát triển bất kỳ, để thuận tiện, ta sẽ dùng các thuật ngữ của mô hình thác nước).

Đặc tả

Các phương pháp hình thức có thể được sử dụng để mô tả về hệ thống cần phát triển, tại bất kỳ mức độ chi tiết nào mà ta muốn. Mô tả hình thức này có thể được sử dụng để hướng dẫn các hoạt động phát triển tiếp theo (xem các mục dưới); ngoài ra, nó có thể được sử dụng để kiểm định xem các yêu cầu cho hệ thống đang được phát triển đã được đặc tả một cách đầy đủ và chính xác hay chưa.

Nhu cầu về các hệ thống đặc tả hình thức đã được nói đến từ nhiều năm. Trong Báo cáo ALGOL 60, John Backus đã trình bày một hệ thống ký hiệu hình thức để mô tả cú pháp ngôn ngữ lập trình (sau này được đặc tên là Backus normal form hay Backus-Naur form (BNF) (Dạng chuẩn tắc Backus));

Phát triển

Khi một đặc tả hình thức đã được phát triển xong, đặc tả đó có thể được sử dụng làm một hướng dẫn trong quá trình hệ thống thực được phát triển (nghĩa là được hiện thực hóa trong phần mềm và/hoặc phần cứng). Ví dụ:

  • Nếu đặc tả hình thức là một ngữ nghĩa hoạt động, hành vi được quan sát của hệ thống thực sẽ có thể được so sánh với hành vi trong đặc tả (chính đặc tả cũng nên chạy được hoặc giả lập được). Thêm vào đó, các lệnh hoạt động của đặc tả có thể thích hợp cho việc dịch thẳng mã chạy được.
  • Nếu đặc tả hình thức là một ngữ nghĩa tiên đề, các tiền điều kiện và hậu điều kiện của đặc tả có thể trở thành các assertion
  • If the formal specification is in an axiomatic semantics, the preconditions and postconditions of the specification may become khẳng định (''assertion') trong mã chạy được.

Kiểm định

Khi một đặc tả hình thức đã được phát triển, đặc tả này có thể được dùng làm cơ sở cho việc chứng minh các tính chất của đặc tả.

Chứng minh của con người

Đôi khi, động cơ cho việc chứng minh tính đúng đắn của một hệ thống không phải là nhu cầu đảm bảo tính đúng đắn của hệ thống mà là mong muốn hiểu rõ hơn về hệ thống. Do đó, một số chứng minh được thực hiện dưới hình thức chứng minh toán học: viết tay hoặc đánh máy nội dung bằng ngôn ngữ tự nhiên, với mức độ phi hình thức như các chứng minh toán học thông thường mà con người vẫn thực hiện. Một chứng minh "tốt" là một chứng minh mà những người khác có thể đọc được và hiểu được.

Các phê phán đối với cách tiếp cận này nói rằng tính đa nghĩa cố hữu trong ngôn ngữ tự nhiên cho phép các lỗi sai trong các chứng minh đó có thể không bị phát hiện; nhiều khi, những lỗi tinh vi có thể xuất hiện trong các chi tiết mức thấp mà thường không được để ý đến bởi những chứng minh thuộc kiểu này. Ngoài ra, việc tạo ra các chứng minh tốt đòi hỏi trình độ toán học cao.

Chứng minh tự động

Ngược lại, ngày càng có nhiều quan tâm đến các chứng minh về tính đúng đắn của hệ thống bằng các phương tiện tự động. Các kỹ thuật tự động được phân thành hai loại chính:

  • Chứng minh định lý tự động, trong đó, khi cho trước một mô tả về hệ thống, một tập các tiên đề lôgic và một tập các quy tắc suy luận, một hệ thống sẽ cố gắng tự xây dựng một chứng minh hình thức từ đầu.
  • Kiểm tra mô hình, trong đó, một hệ thống kiểm định các tính chất nhất định bằng cách duyệt trong toàn bộ tất cả các trạng thái mà trong thời gian chạy, hệ thống có thể vào trạng thái đó.

Cả hai kỹ thuật trên đều hoạt động mà không cần đến sự hỗ trợ của con người. Các bộ chứng minh định lý tự động thường yêu cầu định hướng xem các tính chất nào là đáng quan tâm; các bộ kiểm tra mô hình có thể nhanh chóng sa lầy vào việc kiểm tra hàng triệu trạng thái không đáng quan tâm nếu không được cho trước một mô hình đủ trừu tượng.

Những người ủng hộ các hệ thống này cho rằng các kết quả của chúng có độ xác tính toán học cao hơn các chứng minh của con người, do tất cả các chi tiết buồn tẻ đã được kiểm định một cách có thuật toán. Việc huấn luyện cần thiết để có thể sử dụng được các hệ thống này cũng ít hơn đòi hỏi cần thiết cho việc tạo ra các chứng minh toán học tốt bằng tay. Nhờ đó, các kỹ thuật này có thể dùng được cho nhiều người hơn.

Những người phê phán cho rằng các hệ thống kiểu này giống như máy sấm truyền: chúng đưa ra các tuyên bố về sự thật nhưng lại không đưa ra giải thích nào về sự thực đó. Còn có cả vấn đề "kiểm định hệ kiểm định"; nếu chính chương trình tham gia công tác kiểm định không được chứng minh là đúng, thì có thể có lý do để nghi ngờ tính đúng đắn của các kết quả được tạo ra.

Phê phán

Bên cạnh các phê phán nội bộ nói trên, còn có các phê phán dành cho toàn bộ ngành các phương pháp hình thức. Với tầm phát triển hiện nay, các chứng minh về tính đúng đắn, bằng tay hoặc bằng máy tính, đòi hỏi nhiều thời gian (và do đó cả tiền bạc) để được tạo ra, với lợi ích hạn chế ngoài việc đảm bảo tính đúng đắn. Điều đó làm cho các phương pháp hình thức thường chỉ được dùng trong các lĩnh vực thu được lợi ích từ việc có được các chứng minh đó, hoặc sẽ gặp nguy hiểm nếu có các lỗi không được phát hiện. Ví dụ, trong kỹ thuật hàng không, các lỗi không được phát hiện có thể gây chết chóc, do đó các phương pháp hình thức được dùng rộng rãi trong ngành này hơn trong các lĩnh vực ứng dụng khác.

Các phương pháp hình thức và hệ thống ký hiệu

  • Abstract State Machines (ASMs)
  • Alloy
  • B-Method
  • Process calculi CSP π-calculus
  • Actor model
  • Esterel
  • Lustre
  • Petri nets
  • RAISE
  • VDM
  • Z notation
👁️ 36 | ⌚2025-09-03 20:58:28.584
Mua hàng tại Shopee giảm thêm 30%

Trong ngành khoa học máy tính, **các phương pháp hình thức** là các kỹ thuật toán học cho việc đặc tả, phát triển và kiểm định các hệ thống phần mềm và phần cứng. Cách
nhỏ|300x300px|Mô hình CAD được sử dụng để in 3D. Quy trình lập mô hình thủ công chuẩn bị dữ liệu hình học cho đồ họa máy tính 3D tương tự nghệ thuật nhựa như điêu
Combo 2 cuốn Nuôi Con Dành Cho Cha Mẹ, bao gồm các phương pháp giúp bé yêu phát triển toàn diện, khỏe mạnh và thông minh. 1.Đánh Thức Khả Năng Tập Trung Của Trẻ Tất
Trong giải tích số, các **phương pháp Runge-Kutta** là một họ của các phương pháp lặp ẩn (implicit) và hiện (explicit), trong đó bao gồm thường trình nổi tiếng được gọi là các phương pháp
Combo 3Q Nuôi Con: Vô Cùng Tàn Nhẫn Vô Cùng Yêu Thương 4 + Montessori – Phương Pháp Giáo Dục Toàn Diện Cho Trẻ 0-6 Tuổi + Nuôi Con Không Phải Là Cuộc Chiến (
nhỏ|Phương pháp Monte Carlo Các **phương pháp Monte Carlo** là một lớp các thuật toán để giải quyết nhiều bài toán trên máy tính theo kiểu không tất định, thường bằng cách sử dụng các
**Phương pháp giáo dục** (hay còn gọi là **phương pháp dạy học**, **phương pháp giảng dạy**, **giáo dục học**, **sư phạm**) là cách thức sử dụng các nguồn lực trong giáo dục như giáo viên,
Cuốn sách này được dùng làm giáo trình cho học phần “Nhập môn các phương pháp tối ưu”, thuộc chương trình đào tạo của Trường Công nghệ Thông tin và Truyền thông, Đại học Bách
**Phương pháp khoa học** là một bộ các kỹ thuật nhằm nghiên cứu các hiện tượng, mục đích là để thu được kiến thức mới, hoặc chỉnh sửa và gắn kết với các kiến thức
Combo Phương Pháp Nuôi Dưỡng Kỷ Luật Tích Cực Ở Trẻ + Dạy Con Kỹ Năng Sống Theo Cách Mẹ Nhật Lời nói đầu/Giới thiệu sách Với những chia sẻ hết sức sát thực về
Phương Pháp Giáo Dục Reggio Emilia ------------ Phương Pháp Giáo Dục Reggio Emilia Phương pháp Reggio Emila có nguồn gốc từ nước Ý, từ một thành phố cùng tên gọi. Mặc dù từ nước Ý
Phương Pháp Giáo Dục Reggio Emilia ------------ Phương pháp Reggio Emila có nguồn gốc từ nước Ý, từ một thành phố cùng tên gọi. Mặc dù từ nước Ý kiêu sa nhưng phương pháp giáo
Phương Pháp Giáo Dục Reggio Emilia ------------ Phương Pháp Giáo Dục Reggio Emilia Phương pháp Reggio Emila có nguồn gốc từ nước Ý, từ một thành phố cùng tên gọi. Mặc dù từ nước Ý
Phương Pháp Giáo Dục Reggio Emilia ------------ Phương pháp Reggio Emila có nguồn gốc từ nước Ý, từ một thành phố cùng tên gọi. Mặc dù từ nước Ý kiêu sa nhưng phương pháp giáo
Trong vật lý hạt nhân, **các phương pháp theo nguyên lý đầu** tìm cách mô tả hạt nhân nguyên tử từ dưới lên bằng cách giải phương trình Schrödinger không tương đối cho tất cả
Phương pháp Reggio Emila có nguồn gốc từ nước Ý, từ một thành phố cùng tên gọi. Mặc dù từ nước Ý kiêu sa nhưng phương pháp giáo dục này không phải là một thứ
**Phương pháp khối phổ** hay **phương pháp phổ khối lượng** (tiếng Anh: _Mass spectrometry_ - **MS**) là một kĩ thuật dùng để đo đạc _tỉ lệ khối lượng trên điện tích_ của ion; dùng thiết
Đông y, hay y học cổ truyền phương Đông, có một hệ thống phương pháp điều trị phong phú và đa dạng. Các phương pháp này không chỉ tập trung vào việc điều trị triệu
Sách-Kỹ Thuật Trong Thị Trường Tài Chính - Cẩm Nang Hướng Dẫn Toàn Diện Về Các Phương Pháp Giao Dịch Và Các Ứng Dụng (14) Tác Giả: Jonh J. Murphy NXB: Nhà Xuất Bản Tài
**Khoa học hình thức** là một nhánh của khoa học, có mục đích nghiên cứu các ngành liên quan đến hệ thống hình thức, chẳng hạn như logic, toán học, thống kê, trí tuệ nhân
Trong vật lý tính toán và Hóa tính toán, phương pháp **Hartree–Fock** (**HF**) là phương pháp gần đúng cho việc xác định hàm sóng và năng lượng của một hệ lượng tử nhiều hạt trong
Phương pháp giao dịch Price Action, sử dụng hành động giá thị trường để đưa ra chiến lược giao dịch luôn là phương pháp cơ bản nhất và được đánh giá cao nhất. Phương pháp
**Phương pháp phần tử hữu hạn** là phương pháp số gần đúng để giải các bài toán được mô tả bởi các phương trình vi phân đạo hàm riêng trên miền xác định có hình
Phân tích phương trình vi phân từng phần bằng phương pháp số là một nhánh nghiên cứu của phân tích số, hay còn gọi là giải tích số, một lĩnh vực nghiên cứu về lời
1. BSC – Balanced Scorecard (Thẻ điểm cân bằng) Phương pháp quản trị BSC do Tiến sĩ Robert Kaplan và David Norton khởi xướng, sáng lập. Nhiều người nhầm tưởng BSC như một hệ thống
THS. NGUYỄN THỊ BÍCH NGUYỆT (Viện Kinh tế và Quản lý, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội) TÓM TẮT: Ứng dụng công nghệ trong lĩnh vực giáo dục là việc áp dụng, sử dụng
**Phương pháp Reid** là một kĩ thuật thẩm vấn được phát triển tại Hoa Kỳ bởi ông John E. Reid vào những năm 1950. Reid là một nhà tâm lí học, một chuyên gia đa
1. 70 Thói Quen Tốt Trong Việc Nuôi Dưỡng Con Theo Phương Pháp Shichida Có những thói quen trong việc giáo dục con của cha mẹ tưởng chừng như vô hại, hoặc không tác động
**Phương pháp loci** là phương pháp cải thiện trí nhớ lâu đời nhất từng được biết đến (loci ở đây là số nhiều của từ locus, có nghĩa là địa điểm hoặc nơi chốn). Phương
Combo 2 Cuốn Sách Nuôi Dạy Con: Phương Pháp Giáo Dục Con Của Người Do Thái + Nói Sao Cho Trẻ Nghe Lời / Sách Bà Mẹ - Em Bé / Sách Làm Cha Mẹ
*** Về phương pháp giáo dục Montessori: Đây là chương trình giáo dục chuyên biệt, tập trung vào sự phát triển tự nhiên và cá biệt của mỗi đứa trẻ. Nguyên tắc hàng đầu của
Cô Thu Hoài xin chào quý phụ huynh và các em học sinh thân mến. Cô là giảng viên Piano hơn 13 năm kinh nghiệm. Cô đã học tập, nghiên cứu, tìm hiểu các phương
combo 03 cuốn phương pháp Shichida: Yêu thương khen ngợi và nhìn nhận, Trẻ em là thiên tài, Phát triển năng lực trí tuệ cho con theo phương pháp Shichida ------------ Phương pháp Shichida là
nhỏ|Xác thực **Xác thực** (, = thật hoặc chính thống, bắt nguồn từ 'authentes' = tác giả/người tạo ra) là một hành động nhằm thiết lập hoặc chứng thực một cái gì đó (hoặc một
Yêu Thương, Khen Ngợi Và Nhìn Nhận - Bí Quyết Nuôi Dạy Con Theo Phương Pháp Shichida ------------   Yêu Thương, Khen Ngợi Và Nhìn Nhận - Bí Quyết Nuôi Dạy Con Theo Phương Pháp
Phương pháp Shichida là phương pháp giáo dục nổi tiếng tại Nhật Bản, nhằm khơi dậy mọi tiềm năng bẩm sinh của trẻ. Đây là phương pháp giáo dục sớm đến từ Nhật Bản dựa
Combo Tuyệt Chiêu Nuôi Dạy Con Theo Phương Pháp Nhật Bản: 70 Thói Quen Tốt Trong Việc Nuôi Dưỡng Con Theo Phương Pháp Shichida + Tự Nảy Mầm, Tự Vươn Lên (Sách Bán Chạy Nhất
Phương Pháp Giáo Dục Montessori - Phương Pháp Giáo Dục Tối Ưu Dành Cho Trẻ 0-6 Tuổi (2022) Thạc sĩ Ngô Hiểu Huy, chuyên gia giáo dục Montessori được Hiệp hội Montessori Hoa Kỳ (American
Phương Pháp Giáo Dục Montessori - Phương Pháp Giáo Dục Tối Ưu Dành Cho Trẻ 0-6 Tuổi (2022) Thạc sĩ Ngô Hiểu Huy, chuyên gia giáo dục Montessori được Hiệp hội Montessori Hoa Kỳ (American
Combo Montessori - Phương Pháp Giáo Dục Toàn Diện Cho Trẻ 0-6 Tuổi + Phương Pháp Giáo Dục Sớm Montessori Cho Trẻ Từ 0 – 3 Tuổi (Bộ 2 Cuốn) “Mỗi đứa trẻ đều mang
Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học, các phương pháp châm cứu ngày càng được tối ưu hóa đem lại hiệu quả điều trị và sự tiện lợi cho người bệnh. Hãy
“Phương pháp giáo dục sớm Montessori cho trẻ từ 0-3 tuổi” sẽ cung cấp cho bạn những kiến thức về tâm sinh lý của trẻ trong giai đoạn này, góp phần tháo gỡ những băn
Tên đề tài: Giáo trình lí luận và phương pháp dạy học giáo dục quốc phòng và an ninh (Dùng cho đào tạo giáo viên, giảng viên giáo dục quốc phòng và an ninh) Tác
Giáo Trình Sau Đại Học Phương Pháp Nghiên Cứu Khoa Học Trong Kinh Doanh Cập Nhật Smart PLS Ngày nay, việc vận dụng các phương pháp nghiên cứu khoa học trong kinh doanh không còn
BỘ ĐẶC TRỊ SẸO RỖ ALMONDS– Sản phẩm giúp bạn giúp bạn lấy lại làn da bằng phẳng, mịn màng như bạn hằng mơ ước.Sẹo rỗ là những vết hõm xuất hiện trên da với
Combo Phương Pháp Giáo Dục Con Của Người Mỹ Và Người Do Thái (Bộ 2 Cuốn) Combo Phương Pháp Giáo Dục Con Của Người Mỹ Và Người Do Thái bao gồm 2 cuốn sau: 1.Phương
Combo 2 cuốn Nuôi Con Dành Cho Cha Mẹ, bao gồm các phương pháp giúp bé yêu phát triển toàn diện, khỏe mạnh và thông minh. 1.Đánh Thức Khả Năng Tập Trung Của Trẻ Tất
Em Bé Hạnh Phúc: Nuôi Dạy Trẻ Tại Nhà Theo Phương Pháp Montessori ------------ Một hạt giống nhỏ đang nảy mầm trong mảnh đất màu mỡ, được hấp thụ đủ lượng ánh sáng mặt trời,
Em Bé Hạnh Phúc: Nuôi Dạy Trẻ Tại Nhà Theo Phương Pháp Montessori ------------ Một hạt giống nhỏ đang nảy mầm trong mảnh đất màu mỡ, được hấp thụ đủ lượng ánh sáng mặt trời,