The paper presents our research on quantifier elimination (QE) for compositional reasoning and verification. For compositional reasoning, QE provides the foundation of our approach, serving as the calculus for composition to derive the strongest system-property in a single step, from the given component atomic-properties and their interconnection relation. We first developed this framework for time-independent properties, and later extended it to time-dependent property composition. The extension requires, in addition, shifting the given properties along time to span the time horizon of interest, he least of which for the strongest system-property is no more than the total time horizons of the component level atomic-properties. The system-initial-condition is also composed from atomic-initial-conditions of the components the same way. It is used to verify a desired system-level property, alongside the derived strongest system-property, by way of induction. Our composition approach is uniform regardless of the composition types (cascade/parallel/feedback) for both time-dependent and time-independent properties. We developed a new prototype verifier named ReLIC (Reduced Logic Inference for Composition) that implements our above approaches. We demonstrated it through several illustrative and practical examples. Further, we advanced the $k$-induction based model-checking with QE capabilities, by formulating its base and inductive steps into QE problems where all the variables are universally quantified. Our integration of the QE solver Redlog with the $k$-induction based model-checking tool JKind, shows the successful solving of a non-linear problem that the SMT capable JKind failed to resolve. Finally, we also showcase the recent adoption of our approaches within an industrial V\&V tool suite for augmented static analysis of Simulink models and Deep Neural Networks (DNNs).


翻译:本文展示了我们关于用于组成推理和核查的量化取消(QE)的研究结果。 对于合成推理, QE 提供了我们方法的基础, 作为构成的计算器, 从给定组件原子特性及其互连关系, 在一个步骤中产生最强的系统财产。 我们最初为时间独立的属性开发了这个框架, 后来又将其扩展为基于时间的属性构成。 此外, 扩展要求将给定的属性随时间跨过时间范围, 其中最强的系统财产解决方案不超过组件级原子财产的总时间范围 。 系统初始条件也从一个步骤中产生最强的系统财产。 从给定组件的原子特性及其互连关系中产生最强的系统财产。 我们首先开发了这个框架, 之后又将它扩展为最强的系统特性框架, 之后又将其扩展为根据时间和时间独立的特性, 最强的系统- 的系统财产解决方案, 我们开发了一个新的日期级校正Q, 并且通过基于我们最新版本的系统工具, 展示了我们最新的系统化工具, 演示了我们最新的系统化工具 。

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