Решение диссертационного совета Д 501.002.16 на базе ФГБОУ ВО

Решение диссертационного совета Д 501.002.16 на базе ФГБОУ ВО
«Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова», о
приеме к защите диссертации Кривчикова Максима Александровича
«Формальные модели и верификация свойств программ с использованием
промежуточного представления» на соискание ученой степени кандидата
физико-математических наук по специальности 05.13.17 – теоретические
основы информатики (физико-математические науки).
Диссертация Кривчикова Максима Александровича «Формальные
модели и верификация свойств программ с использованием промежуточного
представления» на соискание ученой степени кандидата физикоматематических наук по специальности 05.13.17 – теоретические основы
информатики (физико-математические науки), поступила в совет 02 июня
2015 года, размещена на сайте ИСТИНА :
http://istina.msu.ru/dissertation_councils/councils/1230240/ .
Рассмотрев заявление М.А. Кривчикова на имя председателя
диссертационного совета Д.501.002.16 на базе ФГБОУ ВО МГУ имени М.В.
Ломоносова, д.ф.-м.н., академика РАН, профессора Садовничего Виктора
Антоновича о принятии диссертации к защите, диссертационный совет 10
июня 2015 года протокол № 1 назначил комиссию для подготовки
заключения по диссертации в составе: д.ф.-м.н., проф. А.В. Чечкин, д.ф.-м.н.,
проф. М.И. Кумсков, д.ф.-м.н., проф. Р.И. Подловченко, д.ф.-м.н., проф. А.В.
Михалев.
Соискателем были представлены следующие документы:
1.
Заявление соискателя на имя председателя диссертационного
совета Д.501.002.16 на базе ФГБОУ ВО МГУ имени М.В. Ломоносова, д.ф.м.н., академика РАН, профессора Садовничего Виктора Антоновича — 1 экз.
2.
Анкета с фотокарточкой, заверенная в установленном порядке
– 2 экз.
3.
Заверенная в установленном порядке копия документа
государственного образца о высшем образовании – 2 экз.
4.
Удостоверение о сдаче кандидатских экзаменов – 2 экз.
5.
Диссертация – 6 экз. (один экз. не переплетён).
6.
Автореферат диссертации.
7.
Заключение кафедры по месту выполнения работы – 2 экз.
8.
Отзыв научного руководителя д.ф.-м.н., профессора Васенина
Валерия Александровича — 2 экз.
9.
4 маркированных почтовых карточки с указанием адреса
соискателя и адреса диссертационного совета.
Заключение
комиссии.
Проблема
формальной
верификации
программного обеспечения заключается в получении строгих математических
доказательств выполнения программой предъявляемых к ней требований,
заданных в виде формальной спецификации. Решение этой проблемы имеет
большое значение как для теоретической информатики, так и для ряда
отраслей экономики, в которых используется программное обеспечение.
Диссертация М.А. Кривчикова посвящена решению задачи описания
программ, которые представлены в виде исходных кодов на некоторых языках
программирования, в терминах формальных систем, которые используются
для дедуктивной верификации таких программ. Как отправную базу
диссертации М.А. Кривчиков рассматривает лямбда-исчисление с зависимыми
типами и его расширение — гомотопическую теорию типов, — в качестве
промежуточного представления для верификации свойств программ, при
написании которых используется несколько языков программирования. Такое
расширение (гомотопическая теория типов) было предложено В.А.
Воеводским, С. Эводи и рядом других специалистов в 2006–2011 гг.
Диссертация представляет результаты исследований в области
теоретических основ информатики и соответствует паспорту специальности
05.13.17 (физико-математические науки). А именно, в п. 2 в качестве области
исследований указана «Исследование информационных структур, разработка
и анализ информационных процессов и структур», что соответствует
исследованию в диссертации формальных моделей программ и языков
программирования. Затем, в п. 5 указана «Разработка и исследование моделей
и алгоритмов анализа данных, обнаружения закономерностей в данных и их
извлечениях», что отвечает разработанным в диссертации методам описания
таких моделей программ и языков программирования. Кроме того, в п. 14
отмечена «Разработка теоретических основ создания программных систем для
новых информационных технологий». Этому пункту соответствует область
приложения разработанной в пятой главе модель динамического
параллельного исполнения программ, а именно — распределенные и
гетерогенные вычислительные среды.
Научная новизна диссертации определяется тем фактом, что вопросы
использования формальной системы как промежуточного представления для
верификации программного обеспечения, разработанного с использованием
нескольких языков программирования ранее не рассматривались. Кроме того,
автором получены новые результаты при решении отдельных задач
исследования.
Теоретическая значимость. Используемая в диссертации интерпретация
типов идентичности в терминах гомотопической теории типов является
перспективным направлением в развитии формальных моделей вычислений и
формальной математики. Предложенные в разделе 2.2 правила редукции
позволяют описать вычислительное содержание такой расширенной
интерпретации типов идентичности. Рассматриваемые в третьей главе
диссертации расширения исчисления позволяют описать индуктивные и
коиндуктивные типы с позиций гомотопической теории типов.
Практическая значимость. Предлагаемые в диссертации методы описания
формальных моделей программ, при разработке которых использовались
несколько языков программирования, могут найти практическое применение
при решении задач верификации программ такого рода. Отдельные
разработанные модели, а именно — модель управляемого кода,
соответствующего стандарту ECMA-335 (глава 4), и модель динамического
параллельного исполнения программ (глава 5) могут быть использованы при
верификации существующего программного обеспечения. Последний факт
демонстрируется автором на минимальном фрагменте кода промышленного
программного комплекса математического моделирования физических
процессов.
В диссертации автором получены следующие основные результаты. Все
они являются новыми.
1.
Разработаны новые правила редукции для расширенной
интерпретации типов идентичности в терминах гомотопической теории типов
в лямбда-исчислении с зависимыми типами. Доказаны свойства сохранения
типизации новыми правилами и редуцируемость термов удаления типов
идентичности в пустом контексте (раздел 2.2).
2.
Разработан и реализован макет программного средства
формальной спецификации и верификации программ, в котором в качестве
промежуточного представления используется предложенная автором
разновидность лямбда-исчисления с зависимыми типами (раздел 3.2).
3.
Предложена модель статической формальной семантики
существующего, востребованного промежуточного представления стандарта
ECMA-335, с учётом специфики стандарта 2006 года (глава 4).
4.
Построена модель динамического квазипараллельного исполнения
программ, свойства которой используют расширенную интерпретацию типов
идентичности (глава 5).
Диссертационное исследование проводилось с использованием методов
теории категорий, теории доменов, математической логики и теории
доказательств,
теории
графов.
Использовались
также
методы
функционального программирования и программной инженерии.
Апробация диссертации
Результаты исследования неоднократно докладывались на семинаре
«Проблемы современных информационно-вычислительных систем» кафедры
Вычислительной математики Механико-математического факультета ФГБОУ
ВО «Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова» (в
2011 г., 2013 г., 2014 г.).
Результаты докладывались на всероссийских и международных
конференциях.
1. Международная конференция «Мальцевские чтения — 2014», секция
алгебро-логических методов в информационных технологиях (Институт
математики им. С.Л. Соболева СО РАН, г. Новосибирск, 10–13 ноября 2014
г.).
2. Научные конференции «Ломоносовские чтения — 2012, 2013, 2014»,
секция механики (Московский государственный университет имени М.В.
Ломоносова, г. Москва, 16–25 апреля 2012 г., 15–23 апреля 2013 г., 14–23
апреля 2014 г.).
3. Четвёртая научно-практическая конференция «Актуальные проблемы
системной и программной инженерии (АПСПИ — 2015)» (МИЭМ НИУ ВШЭ,
г. Москва, 20–21 мая 2015 г.).
4. Расширенный семинар «Методы суперкомпьютерного моделирования»
(Институт космических исследований РАН, г. Таруса, 1–3 октября 2014 г.).
Основное содержание диссертации опубликовано в следующих 11
работах автора, из которых 5 — в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
1. М.А. Кривчиков, В.А. Васенин. Статическая формальная семантика
стандарта ECMA-335 // Программирование. — 2012. — №4. — С. 3–16.
Английский перевод: V.A. Vasenin, M.A. Krivchikov. ECMA-335 Static
Formal Semantics // Programming and Computer Software. — 2012. — Vol.
38, no. 4. — P. 183–188. doi:10.1134/S0361768812040056 (Автору
2.
3.
4.
5.
6.
Кривчикову М.А. принадлежит формальная модель статической
семантики управляемого кода стандарта ECMA-335).
М.А. Кривчиков, В.А. Васенин, А.Е. Крошилин, В.Е. Крошилин, А.Д.
Рагулин, В.А. Роганов. Распараллеливание расчетного кода улучшенной
оценки
«БАГИРА»
для
моделирования
трехмерной
теплогидродинамики многофазных сред в составе полномасштабной
суперкомпьютерной модели «Виртуальная АЭС» // Программная
инженерия. — 2012. — № 6. — С. 15–23. (Автору Кривчикову М.А.
принадлежат
результаты
тестирования
производительности
существующих алгоритмов решения систем линейных уравнений с
разреженными матрицами, анализ отдельных фрагментов кода).
М.А. Кривчиков, В.А. Васенин. Модель динамического параллельного
исполнения программ // Программирование. — 2013. — №3. — С. 45–
59. Английский перевод: A Model of Dynamical Concurrent Program
Execution / V.A. Vasenin, M.A. Krivchikov // Programming and Computer
Software. — 2013. — Vol. 39, no. 1. — P. 1–9. doi:
10.1134/S0361768813010076 (Автору Кривчикову М.А. принадлежит
формальная модель динамического параллельного исполнения
программ, доказательство утверждений о единственности результатов
вычислений в последовательном режиме исполнения и в режиме
исполнения по требованию, доказательство утверждения о неравенстве
между результатами вычислений в последовательном режиме
исполнения и режиме исполнения по требованию, реализация модели на
языке Haskell).
М.А. Кривчиков, В.А. Васенин. Формальные модели программ и языков
программирования. Часть 1. Библиографический обзор 1930 – 1989 гг //
Программная инженерия. — 2015. — № 5. — С. 10–19. (Автору
Кривчикову М.А. принадлежит библиографический обзор и
критический анализ результатов исследований в области методов
построения
формальных
моделей
программ
и
языков
программирования, формальной верификации и развития программной
инженерии в целом, опубликованных с 1930 по 1989 гг).
М.А. Кривчиков, В.А. Васенин. Формальные модели программ и языков
программирования. Часть 2. Современное состояние исследований //
Программная инженерия. — 2015. — №6. — С. 24–33. (Автору
Кривчикову М.А. принадлежит библиографический обзор и
критический анализ публикаций российских и зарубежных учёных с
1990 по 2014 гг и выводы по современному состоянию исследований в
области методов построения формальных моделей программ и языков
программирования и методов дедуктивной верификации на основе
лямбда-исчисления с зависимыми типами).
М.А. Кривчиков, В.А. Васенин, А.Е. Крошилин, В.Е. Крошилин, А.Д.
Рагулин, В.А. Роганов. Scalable Three-Dimensional Thermal-Hydraulic
Best-Estimate Code BAGIRA / V.A. Vasenin, M.A. Krivchikov, A.E.
Kroshilin, V.E. Kroshilin, V.A. Roganov // Proceedings of 2012 International
Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP’12). — Chicago,
USA, 2012. — P. 2042–2050. (Автору Кривчикову М.А. принадлежат
результаты
тестирования
производительности
существующих
алгоритмов решения систем линейных уравнений с разреженными
матрицами, анализ отдельных фрагментов кода).
7. М.А. Кривчиков, В.А. Васенин. К формальному описанию программ для
распределенной
вычислительной
среды
грид-архитектуры
//
Ломоносовские чтения. Тезисы докладов научной конференции. Секция
механики. 16-25 апреля. — Изд-во Московского университета — 2012.
— С. 32–33. (Автору Кривчикову М.А. принадлежит модель
динамического параллельного исполнения программ).
8. М.А. Кривчиков, В.А. Васенин, И.С. Астапов, В.А. Роганов, В.Н.
Майданик. Распараллеливание теплогидравлического расчетного кода
CMS в составе полномасштабной суперкомпьютерной модели
«Виртуальная АЭС» // Ломоносовские чтения. Тезисы докладов. Секция
механики. 15–23 апреля 2013 г. — Изд-во Московского университета. —
2013. — С.27–28. (Автору Кривчикову М.А. принадлежит статический
анализатор подмножества языка Fortran, анализ связей различных
программных модулей в составе кода, DSL-модель фрагмента
теплогидравлического расчетного кода).
9. М.А. Кривчиков, В.А. Васенин. Предметно-ориентированные языки с
заданной формальной семантикой на основе лямбда-исчисления с
зависимыми типами // Международная конференция «Мальцевские
чтения». Тезисы докладов. [Электронный ресурс]. — URL:
http://www.math.nsc.ru/conference/malmeet/14/Malmeet2014.pdf . 2014. —
С.25–25. (Автору Кривчикову М.А. принадлежит разновидность лямбдаисчисления с зависимыми типами с расширенной интерпретацией типов
идентичности с использованием новых, предложенных автором, правил
редукции и реализация такой разновидности лямбда-исчисления с
зависимыми типами).
10. М.А. Кривчиков, В.А. Васенин. Приложение одной разновидности
типизированного лямбда-исчисления к построению формальных
моделей программ // Ломоносовские чтения. Тезисы докладов. Секция
механики. 14–23 апреля 2014 г. — Изд-во Московского университета. —
2014. — С. 39–39. (Автору Кривчикову М.А. принадлежит реализация
подхода к описанию денотационной семантике на основе монад на
основе разновидности лямбда-исчисления с зависимыми типами и
расширение модели динамического параллельного исполнения
программ).
11. М.А. Кривчиков, В.А. Васенин. Языково-ориентированное
программирование для формальной верификации программного
обеспечения // Материалы четвертой научно-практической конференции
«Актуальные проблемы системной и программной инженерии».
Сборник научных трудов. — Изд-во НИУ ВШЭ. — 2015. — С.30–31.
(Автору Кривчикову М.А. принадлежит схема адаптации методов
формальной верификации на основе предложенной разновидности
лямбда-исчисления с зависимыми типами к верификации программ в
рамках методологии языково-ориентированного программирования).
Выбор официальных оппонентов и ведущей организации обосновывается:
ФГБУН ИСП РАН – ведущий научно-исследовательский центр страны, в
котором работают известные ученые по специальности рассматриваемой
диссертации. Официальные оппоненты являются специалистами в области
формальной верификации и формальных моделей программ, имеют работы,
близкие к теме диссертации.
Ведущая организация: ФГБУН «Институт системного программирования
Российской Академии Наук»
Адрес: 109004, г. Москва, ул. А. Солженицына, д. 25
Официальные оппоненты:
Махортов Сергей Дмитриевич
ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет»
доктор
физико-математических
наук,
заведующий
кафедрой
математического обеспечения ЭВМ;
специальность: 05.13.17
Пальчунов Дмитрий Евгеньевич
ФГБУН «Институт математики им. С.Л. Соболева Сибирского отделения
Российской Академии Наук»
доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник
лаборатории теории вычислимости и прикладной логики;
специальность: 01.01.06
Работы оппонентов, близкие к теме диссертации
Махортов Сергей Дмитриевич
1. Makhortov S.D. Multi-level LP Structures in Rewriting Systems // Bulletin
of PFUR. — 2010. — Vol. 2, no. 2. — P. 18–22.
2. Махортов С.Д. LP-структуры для обоснования и автоматизации
рефакторинга
в
объектно-ориентированном
программировании
//
Программная инженерия. — 2010. — № 2. — С. 15–21.
3. Болотова С., Махортов С. Алгоритмы релевантного обратного вывода,
основанные
на
решении
продукционно-логических
уравнений
//
Искусственный интеллект и принятие решений. — 2011. — № 2. — С. 40–50.
4. Махортов С., Шурлин М. Алгебраические модели иерархий типов для
проектирования и рефакторинга // Онтология проектирования. — 2012. — Т.
1, № 3. — С. 73–79.
5. Makhortov S. Production-logic Relations on Complete Lattices //
Automation and Remote Control. — 2012. — Vol. 73, no. 11. — P. 1937–1943.
6. Makhortov S., Shurlin M. LP-structures analysis: Substantiation of
refactoring in object-oriented programming // Automation and Remote Control. —
2013. — Vol. 74, no. 7. — P. 1211–1217.
7. Болотова С.Ю., Махортов С.Д. Параллельные алгоритмы
релевантного lp-вывода // Программная инженерия. — 2014. — № 7. — С. 17–
24.
Пальчунов Дмитрий Евгеньевич
1. Пальчунов Д. Е., Яхъяева Г. Э. Нечеткие алгебраические системы //
Вестн. НГУ. Сер. матем., мех., информ. — 2010. — Т. 10, №3. — С. 76–93.
2. Ешкеев
А.Р.,
Пальчунов
Д.Е.
Формализации
некоторых
синтаксических и семантических свойств аналитических йонсоновских теорий
предметных областей // Вестник Карагандинского университета. — 2012. —
№1. — С. 19–30.
3. Пальчунов Д. Е., Трофимов А. В. Автоморфизмы булевых алгебр,
определяемые неподвижными элементами // Алгебра и логика. — 2012. —
Т.51, №5. — С. 623–637.
4. Пальчунов Д. Е., Яхъяева Г. Э. Нечёткие логики и теория нечётких
моделей // Алгебра и логика. — 2015. — Т. 54, №1. — С. 109–118.
Специалисты по теме диссертации, работающие в ведущей
организации
Петренко Александр Константинович, Бурдонов Игорь Борисович, Косачев
Александр Сергеевич, Хорошилов Алексей Владимирович, Кулямин Виктор
Вячеславович
Список публикаций сотрудников ведущей организации по теме
диссертации:
1. Kossachev A., Burdonov I. Formal Conformance Verifcation // Testing
Software and Systems. Short Papers of the 22nd IFIP ICTSS Nov. 08-10, 2010,
Natal, Brazil. — P.1-6.
2. Теория конформности (функциональное тестирование программных
систем на основе формальных моделей) / Бурдонов И.Б. — Saarbruecken,
Germany: LAP Lambert Academic Publishing, 2011. — 436 с.
3. Мандрыкин М.У., Мутилин В.С., Новиков Е.М. и др. Использование
драйверов устройств операционной системы Linux для сравнения инструментов статической верификации //Программирование. — 2012. — Т.38,
№ 5. — С. 54–71.
4. Beyer D., Petrenko A.K. Linux Driver Verification // Proceedings of the
5th International Symposium on Leveraging Applications of Formal Methods,
Verification, and Validation (ISoLA 2012, Part II, Heraklion, Crete, October 15-18),
LNCS 7610. — 2012. — Springer-Verlag, Heidelberg. — P. 1–6.
5. Практикум по дедуктивной верификации программ: учебнометодическое пособие / Буздалов Д.В., Корныхин Е.В., Панфёров А.А.,
Петренко А.К., Хорошилов А.В. — М. Изд. отд. фак-та ВМК МГУ имени М.В.
Ломоносова; МАКС Пресс, 2014. — 100 с.
6. Devyanin P.N, Khoroshilov A.V., Kuliamin V.V., Petrenko A.K.,
Shchepetkov I.V. Formal Verification of OS Security Model with Alloy and EventB // Proceedings of the 4th International Conference, ABZ 2014, Toulouse, France,
June 2–6, 2014. — Springer Berlin Heidelberg. — P. 309-314.
7. Захаров И.С., Мандрыкин М.У., Мутилин В.С., Новиков Е.М.,
Петренко А.К., Хорошилов А.В. Конфигурируемая система статической
верификации модулей ядра операционных систем // Программирование. —
2015. — №1. — С. 44-67.
Диссертационный совет Д.501.002.16 на базе ФГБОУ ВО МГУ имени
М.В. Ломоносова, вынес решение принять диссертацию Кривчикова М.А.
«Формальные модели и верификация свойств программ с использованием
промежуточного представления» к защите (протокол № 1 от 15 июля 2015
года), а так же разместить текст диссертации и автореферата диссертации,
отзыв научного руководителя, данное Решение совета на сайте ИСТИНА
(http://istina.msu.ru/dissertation_councils/councils/2392206/) и объявление о
защите диссертации и автореферат диссертации на сайте ВАК Минобрнауки
РФ.
Постановили.
1. Новизна и актуальность темы диссертации не вызывают сомнений.
Она подтверждается экспертизой. Основные результаты диссертации
опубликованы в открытой печати, в том числе в центральных математических
журналах. Результаты других авторов, упомянутые в тексте диссертации,
отмечены соответствующими ссылками.
2. Назначить ведущую организацию — ФГБУН «Институт системного
программирования
Российской
Академии
Наук»;
официальными
оппонентами: д.ф.-м.н., заведующего кафедрой ФГБОУ ВПО «ВГУ»
Махортова Сергея Дмитриевича и д.ф.-м.н, ведущего научного сотрудника
ФГБУН «Институт математики им. С.Л. Соболева СО РАН» Пальчунова
Дмитрия Евгеньевича. Согласие оппонентов получено.
3. Назначить дату защиты — 21 октября 2015 года.
4. Разрешить печатание автореферата диссертации на правах рукописи.
Автореферат правильно отражает содержание диссертации.
5. Разместить текст диссертации, автореферата диссертации, отзыв
научного руководителя, данное Решение совета на сайте ИСТИНА
(http://istina.msu.ru/dissertation_councils/councils/1230240/);
объявление
о
защите диссертации и автореферат диссертации на сайте ВАК Минобрнауки
РФ.
6. Рассылку авторефератов произвести по «списку рассылки
авторефератов диссертации» без изменений.
7. Поручить комиссии в составе: д.ф.-м.н., проф. А.В. Чечкин, д.ф.м.н., проф. Р.И. Подловченко, д.ф.-м.н., проф. А.В. Михалев, д.ф.-м.н., проф.
М.И. Кумсков подготовку заключения по диссертации к защите по форме,
рекомендуемой ВАК РФ.
Результаты голосования по вопросу принятия диссертации Кривчикова
Максима Александровича «Формальные модели и верификация свойств
программ с использованием промежуточного представления» на соискание
ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности
05.13.17 — Теоретические основы информатики (физико-математические
науки) к защите: за — 18, против — нет, воздержавшихся — нет.
Заместитель председатель диссертационного совета
Д 501.002.16 на базе ФГБОУ ВО МГУ имени М.В. Ломоносова
Доктор физико-математических наук, профессор
В.Б. Алексеев
Учёный секретарь диссертационного совета
Д 501.002.16 на базе ФГБОУ ВО МГУ имени М.В. Ломоносова
Доктор физико-математических наук, профессор
А.А. Корнев