5、交互式系统规范的形式化验证与验证

交互式系统规范的形式化验证与验证

1. 引言

在现代软件开发中，确保交互式系统的正确性和可靠性变得日益重要。特别是在安全关键领域，如航空、医疗和工业控制系统，系统的失效可能导致严重的后果。为了应对这一挑战，形式化验证方法被广泛应用。这些方法通过数学和逻辑手段来验证系统设计是否符合预期的功能和安全标准，确保系统在实际应用中的表现与设计规格一致。

本文将探讨如何使用形式化技术来验证交互式系统的规格说明，特别是从非正式需求到正式验证的过程。我们将介绍B方法和EXPRESS语言的应用，展示如何从用户动作符号（UAN）导出形式化规格说明，并对其进行验证。此外，还将讨论一个具体的案例研究——范围滑块（Range Slider），以说明这一过程的具体实现。

2. 人机交互中的符号表示和技术

2.1 符号表示与形式化技术

为了表达人机交互软件的要求，提出了几种符号表示法。例如，MAD（代表“Méthode Analytique de Description”）和HTA（代表层次任务分析）使用用户任务的层次分解。另一方面，像UAN（Hix和Hartson 1993）这样的符号表示法及其扩展XUAN（Gray等人1994）允许描述不仅包括界面反馈，还包括用户行为。UAN规格说明记录了界面的状态，任务被描述为状态演变。这种UAN的状态导向促进了向基于状态的形式化技术的转换——例如B。

在人机交互领域使用了几种技术。这些技术在某些观点上有所不同：语义——代数或基于状态——验证——增量证明或完全自动证明等。以下是一些可以总结的技术：

技术