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信息安全学报 2023年第3期8卷 85-102页

作者：王昌晶王忠文潘丞黄箐左正康江西师范大学计算机信息工程学院江西330022 江西师范大学管理科学与工程研究中心江西330022

并行计算作为人工智能发展的动力,使得并行算法的可解释性和安全性成为人工智能领域重要研究方向。形式化方法以数理逻辑为基础,已经成为复杂安全苛求系统可信构建的重要方法,而函数式编程则在算法领域中具有更强的数学表达性。本文旨... 详细信息

并行计算作为人工智能发展的动力,使得并行算法的可解释性和安全性成为人工智能领域重要研究方向。形式化方法以数理逻辑为基础,已经成为复杂安全苛求系统可信构建的重要方法,而函数式编程则在算法领域中具有更强的数学表达性。本文旨在提出一种基于模型驱动的分治并行函数式程序生成及自动验证方法,融合形式化方法,以解决目前分治并行程序生成和验证中缺乏可解释性、易错、低可信度等问题。首先,采用分划递推法和循环不变式等新策略推导出串行算法;然后,利用辅助函数和算法连接函数将其提升为并行算法,并使用我们提出的并行算法设计语言Radl+进行描述;进而,采用同态定理验证框架在Isabelle中验证算法连接函数满足同态定理,即提升后的算法可并行化;最后,提出了Radl+→Haskell转换规则,设计了“Radl+→Haskell并行程序生成系统”软件原型。实验结果表明,本文能够生成和验证一系列算法的并行函数式程序,并且能够产生良好的加速比。本文方法不仅具有一定的可解释性,而且自动验证减少了传统手工验证易错性和繁琐的工作量,保证算法正确性和提高安全性,对大幅度提升高可信并行函数式程序的开发效率具有重要意义。

关键词：模型驱动分治并行函数式程序程序生成自动验证

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模型驱动的分治并行函数式程序生成及自动验证方法

模型驱动的分治并行函数式程序生成及自动验证方法

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作者：王忠文江西师范大学

学位级别：硕士

随着大数据和人工智能的发展,分治并行作为一种通用并行计算框架日益受到重视,它是提高多核资源利用率和执行效率最有潜力的途径。函数式编程作为当前最流行的编程模式之一,在算法领域中有命令式编程不可比拟的优点。函数式程序由于具... 详细信息

随着大数据和人工智能的发展,分治并行作为一种通用并行计算框架日益受到重视,它是提高多核资源利用率和执行效率最有潜力的途径。函数式编程作为当前最流行的编程模式之一,在算法领域中有命令式编程不可比拟的优点。函数式程序由于具有强的数学表达性更易于验证,由于具有透明性更易于支持并行计算。然而,目前复杂算法问题的分治并行函数式程序生成是一个难题,采用传统手工证明方法对其验证,不仅易错,且可信度低。针对以上挑战,融合形式化方法,提出了一种基于模型驱动的分治并行函数式程序生成及自动验证方法。首先,从问题描述出发得到功能规约,利用分划递推法和循环不变式开发新策略推导出用Radl语言描述的串行算法;通过对循环不变式扩展与归纳推导出相应的辅助函数和算法连接函数,将串行算法提升为并行算法,使用我们提出的并行算法设计语言Radl对其进行描述;进而,在Isabelle中根据我们提出的用区域定义的同态定理统一验证框架,验证算法连接函数满足同态定理,即提升后的算法可并行化;最后,提出了“Radl→Haskell转换规则”,基于此规则设计了“Radl→Haskell并行程序生成系统”软件原型,将并行算法转换为Haskell并行函数式可执行程序,且通过GHC平台进行加速比实验。实验结果表明,本文能够生成和验证数组最小和、多项式求值和最大基因序列等一系列算法的并行函数式程序,且具有可解释性和良好加速比。自动验证减少了传统手工验证易错性和繁琐的工作量,保证了算法正确性,对大幅度提升高可信并行函数式程序的开发效率具有重要意义。

关键词：模型驱动分治并行函数式程序程序生成自动验证

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