Probabilistic model-checking is a field which seeks to automate the formal analysis of probabilistic models such as Markov chains. In this thesis, we study and develop the stochastic Markov reward model (sMRM) which extends the Markov chain with rewards as random variables. The model recently being introduced, does not have much in the way of techniques and algorithms for their analysis. The purpose of this study is to derive such algorithms that are both scalable and accurate. Additionally, we derive the necessary theory for probabilistic model-checking of sMRMs against existing temporal logics such as PRCTL. We present the equations for computing \textit{first-passage reward densities}, \textit{expected value problems}, and other \textit{reachability problems}. Our focus however is on finding strictly numerical solutions for \textit{first-passage reward densities}. We solve for these by firstly adapting known direct linear algebra algorithms such as Gaussian elimination, and iterative methods such as the power method, Jacobi and Gauss-Seidel. We provide solutions for both discrete-reward sMRMs, where all rewards discrete (lattice) random variables. And also for continuous-reward sMRMs, where all rewards are strictly continuous random variables, but not necessarily having continuous probability density functions (pdfs). Our solutions involve the use of fast Fourier transform (FFT) for faster computation, and we adapted existing quadrature rules for convolution to gain more accurate solutions, rules such as the trapezoid rule, Simpson's rule or Romberg's method.


翻译:概率模型检查是一个域, 试图将马可夫链等概率模型的正式分析自动化。 在此论文中, 我们研究并开发了将马尔可夫链扩展为随机变量的SmRM( sMRM) 的Stochatic Markov奖赏模式( sMRM ) 。 最近推出的模型在技术和算法分析方面没有多大的难度。 本研究的目的是为了得出既可缩放又准确的算法。 此外, 我们从中获取必要的理论, 以便根据现有的时间逻辑( 如 PRCTL ) 来对 Smmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmm 进行概率性调整。 我们展示了计算 kmmmmmmmmmmmmms 的公式, 包括持续性变现变现的变现法, 包括持续性变现的变现的变现法, 包括不断性变现的变现法, 包括不断变现的变现的变现法。

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