Corso di Laurea: Insegnamento: Lezione n°: Titolo: Docenti: INGEGNERIA AUTOMAZIONE II 3 OPERAZIONI SUGLI AUTOMI ED ANALISI DELLE PROPRIETA’ DEI DES PROF. ALESSANDRO DE CARLI DR. VINCENZO SURACI Facoltà di Ingegneria DISCRETE EVENT SYSTEMS OPERAZIONI SUGLI AUTOMI ED ANALISI DELLE PROPRIETA’ DEI DES Redazione a cura del Dr. Ing. Francesco Liberati ([email protected]) SAPIENZA - Università di Roma – Dipartimento di Ingegneria Informatica Automatica e Gestionale Antonio Ruberti (DIS) Via Ariosto 25 - 00185 Roma – http://www.dis.uniroma1.it Corso di Laurea: Insegnamento: Lezione n°: Titolo: Docenti: INGEGNERIA AUTOMAZIONE II 3 OPERAZIONI SUGLI AUTOMI ED ANALISI DELLE PROPRIETA’ DEI DES PROF. ALESSANDRO DE CARLI DR. VINCENZO SURACI Facoltà di Ingegneria INDICE DELLA LEZIONE OPERATORI SU AUTOMI OPERATORI UNITARI; PRODOTTO DI AUTOMI; PARALLELO DI AUTOMI. LINGUAGGI REGOLARI OSSERVATORI DIAGNOSERS VALIDAZIONE FORMALE SAPIENZA - Università di Roma – Dipartimento di Ingegneria Informatica Automatica e Gestionale Antonio Ruberti (DIS) Via Ariosto 25 - 00185 Roma – http://www.dis.uniroma1.it Corso di Laurea: Insegnamento: Lezione n°: Titolo: Docenti: INGEGNERIA AUTOMAZIONE II 3 OPERAZIONI SUGLI AUTOMI ED ANALISI DELLE PROPRIETA’ DEI DES PROF. ALESSANDRO DE CARLI DR. VINCENZO SURACI Facoltà di Ingegneria INTRODUZIONE CI PROPONIAMO DI STUDIARE ALCUNE DELLE PIU’ COMUNI OPERAZIONI ATTUABILI SU: 1. SINGOLI AUTOMI: PARTE ACCESSIBILE DI UN AUTOMA; PARTE COACCESSIBILE; TRIM. 2. DUE O PIU’ AUTOMI: PRODOTTO DI AUTOMI; PARALLELO DI AUTOMI. SAPIENZA - Università di Roma – Dipartimento di Ingegneria Informatica Automatica e Gestionale Antonio Ruberti (DIS) Via Ariosto 25 - 00185 Roma – http://www.dis.uniroma1.it Corso di Laurea: Insegnamento: Lezione n°: Titolo: Docenti: INGEGNERIA AUTOMAZIONE II 3 OPERAZIONI SUGLI AUTOMI ED ANALISI DELLE PROPRIETA’ DEI DES PROF. ALESSANDRO DE CARLI DR. VINCENZO SURACI Facoltà di Ingegneria OPERATORI SU SINGOLI AUTOMI (cont.) Parte accessibile: L’OPERATORE PARTE ACCESSIBILE RIMUOVE DALL’AUTOMA G TUTTI GLI STATI (E RELATIVE TRANSIZIONI) NON RAGGIUNGIBILI DA x0 Acc(G ) : { X acc , E , f acc , x0 , X acc,m } dove : X acc {x X : s E * , f ( x0 , s) x} f acc f | X accE X acc Acc(G) X acc,m X m X acc . . G Acc(G) NESSUNA INFLUENZA SU L(G ) ED Lm (G) ; AUTOMA ACCESSIBILE. SAPIENZA - Università di Roma – Dipartimento di Ingegneria Informatica Automatica e Gestionale Antonio Ruberti (DIS) Via Ariosto 25 - 00185 Roma – http://www.dis.uniroma1.it Corso di Laurea: Insegnamento: Lezione n°: Titolo: Docenti: INGEGNERIA AUTOMAZIONE II 3 OPERAZIONI SUGLI AUTOMI ED ANALISI DELLE PROPRIETA’ DEI DES PROF. ALESSANDRO DE CARLI DR. VINCENZO SURACI Facoltà di Ingegneria OPERATORI SU SINGOLI AUTOMI Parte co-accessibile: L’OPERATORE PARTE CO-ACCESSIBILE RIMUOVE DALL’AUTOMA G TUTTI GLI STATI (DETTI NON CO-ACCESSIBILI) PARTENDO DAI QUALI NON E’ POSSIBILE RAGGIUNGERE UNO STATO MARCATO: CoAcc(G ) : { X coAcc , E , f coAcc , x0,coAcc , X coAcc,m } dove : X coAcc {x X : s E * , f ( x, s) X m } f coAcc f | X coAccE X coAcc x0 x0 if x0 X coAcc CoAcc(G) x0 indefinito if x0 X coAcc . . G coAcc(G) NESSUNA INFLUENZA SU Lm (G); AUTOMA CO-ACCESSIBILE. SAPIENZA - Università di Roma – Dipartimento di Ingegneria Informatica Automatica e Gestionale Antonio Ruberti (DIS) Via Ariosto 25 - 00185 Roma – http://www.dis.uniroma1.it Corso di Laurea: Insegnamento: Lezione n°: Titolo: Docenti: INGEGNERIA AUTOMAZIONE II 3 OPERAZIONI SUGLI AUTOMI ED ANALISI DELLE PROPRIETA’ DEI DES PROF. ALESSANDRO DE CARLI DR. VINCENZO SURACI Facoltà di Ingegneria OPERATORI SU SINGOLI AUTOMI (cont.) Trim: trim(G ) Acc(coAcc(G )) ALTRI OPERATORI COMUNI: Complemento: MODIFICARE L’AUTOMA IN MODO CHE MARCHI IL COMPLEMENTO DEL LINGUAGGIO MARCATO Proiezione: IMPLEMENTARE L’OPERATORE PROIEZIONE DIRETTAMENTE SULL’AUTOMA SAPIENZA - Università di Roma – Dipartimento di Ingegneria Informatica Automatica e Gestionale Antonio Ruberti (DIS) Via Ariosto 25 - 00185 Roma – http://www.dis.uniroma1.it Corso di Laurea: Insegnamento: Lezione n°: Titolo: Docenti: INGEGNERIA AUTOMAZIONE II 3 OPERAZIONI SUGLI AUTOMI ED ANALISI DELLE PROPRIETA’ DEI DES PROF. ALESSANDRO DE CARLI DR. VINCENZO SURACI Facoltà di Ingegneria OPERATORI DI COMPOSIZIONE (PRODOTTO/PARALLELO DI AUTOMI) SAPIENZA - Università di Roma – Dipartimento di Ingegneria Informatica Automatica e Gestionale Antonio Ruberti (DIS) Via Ariosto 25 - 00185 Roma – http://www.dis.uniroma1.it Corso di Laurea: Insegnamento: Lezione n°: Titolo: Docenti: INGEGNERIA AUTOMAZIONE II 3 OPERAZIONI SUGLI AUTOMI ED ANALISI DELLE PROPRIETA’ DEI DES PROF. ALESSANDRO DE CARLI DR. VINCENZO SURACI Facoltà di Ingegneria PRODOTTO DI AUTOMI SI TRATTA DI UN OPERATORE DI FORTE SINCRONIZZAZIONE TRA AUTOMI. IL PRODOTTO DI DUE AUTOMI E’ UN AUTOMA “MULTIVARIABILE”, COMPOSIZIONE DEI DUE AUTOMI, IN CUI SI CONSENTONO SOLO LE TRANSIZIONI NEGLI AUTOMI OPERANDI CHE SONO ETICHETTATE DA STESSI EVENTI (FORTE SINCRONIZZAZIONE). ES: a G1 : y x c G2 : c b z 2 a x,0 1 a b c G1 G2 : 0 c b y ,2 COME MUTANO I LINGUAGGI? z ,1 x, 2 SAPIENZA - Università di Roma – Dipartimento di Ingegneria Informatica Automatica e Gestionale Antonio Ruberti (DIS) Via Ariosto 25 - 00185 Roma – http://www.dis.uniroma1.it Corso di Laurea: Insegnamento: Lezione n°: Titolo: Docenti: INGEGNERIA AUTOMAZIONE II 3 OPERAZIONI SUGLI AUTOMI ED ANALISI DELLE PROPRIETA’ DEI DES PROF. ALESSANDRO DE CARLI DR. VINCENZO SURACI Facoltà di Ingegneria PARALLELO DI AUTOMI OPERAZIONE STANDARD DI COMPOSIZIONE TRA AUTOMI. MENO RESTRITTIVA RISPETTO ALLA MOLTIPLICAZIONE. NEL PARALLELO DI DUE AUTOMI: GLI EVENTI COMUNI ( E1 E2 ) VENGONO ESEGUITI SOLO SE ENTRAMBI GLI AUTOMI LI ESEGUONO IN MANIERA SINCRONA ( e ( x1 ) ( x2 ) ); GLI EVENTI PRIVATI ( e E1 \ E2 E2 \ E1 ) VENGONO SEMPRE ESEGUITI. a E1 {a, b} a y x G1 || G2 b x,0 b y ,1 z a a E2 {a} 0 G1 G2 x,0 1 SAPIENZA - Università di Roma – Dipartimento di Ingegneria Informatica Automatica e Gestionale Antonio Ruberti (DIS) Via Ariosto 25 - 00185 Roma – http://www.dis.uniroma1.it y ,1 z ,1 Corso di Laurea: Insegnamento: Lezione n°: Titolo: Docenti: INGEGNERIA AUTOMAZIONE II 3 OPERAZIONI SUGLI AUTOMI ED ANALISI DELLE PROPRIETA’ DEI DES PROF. ALESSANDRO DE CARLI DR. VINCENZO SURACI Facoltà di Ingegneria SINCRONIZZAZIONE DI AUTOMI NEGLI ESEMPI SU CONSIDERATI, UN QUALUNQUE EVENTO COMUNE A DUE O PIU’ AUTOMI ( e E1 E2 ) PUO’ RAPPRESENTARE, PER ESEMPIO, LA RICHIESTA DI ACCESSO A UNA RISORSA CONDIVISA. EVENTI PRIVATI POSSONO RAPPRESENTARE INVECE DELLE AZIONI CHE NON VINCOLANO IL COMPORTAMENTO DEGLI AGENTI ESTERNI ALL’AUTOMA. ES: DINING PHILOSOPHERS AND PARALLEL COMPOSITION 1f1 1 f 1, 2 f 1 P1 F1 in use free think idle 1f 1f 2 eat 1f ,2 f 1f 2 idle 1f1 L’INTERAZIONE TRA DUE FILOSOFI PUO’ ESSERE DESCRITTA DALL’AUTOMA: DF F1 || P1 || F 2 || P 2 L’AUTOMA E’ BLOCCANTE SINTESI DEL CONTROLLORE DF || Controller coAcc( DF ) SAPIENZA - Università di Roma – Dipartimento di Ingegneria Informatica Automatica e Gestionale Antonio Ruberti (DIS) Via Ariosto 25 - 00185 Roma – http://www.dis.uniroma1.it Corso di Laurea: Insegnamento: Lezione n°: Titolo: Docenti: INGEGNERIA AUTOMAZIONE II 3 OPERAZIONI SUGLI AUTOMI ED ANALISI DELLE PROPRIETA’ DEI DES PROF. ALESSANDRO DE CARLI DR. VINCENZO SURACI Facoltà di Ingegneria LINGUAGGI REGOLARI (PROBLEMI PRATICI DI MODELLAZIONE) SAPIENZA - Università di Roma – Dipartimento di Ingegneria Informatica Automatica e Gestionale Antonio Ruberti (DIS) Via Ariosto 25 - 00185 Roma – http://www.dis.uniroma1.it Corso di Laurea: Insegnamento: Lezione n°: Titolo: Docenti: INGEGNERIA AUTOMAZIONE II 3 OPERAZIONI SUGLI AUTOMI ED ANALISI DELLE PROPRIETA’ DEI DES PROF. ALESSANDRO DE CARLI DR. VINCENZO SURACI Facoltà di Ingegneria CONSIDERAZIONI SULLA MODELLAZIONE I DES (CIOE’ I SISTEMI CHE INTENDIAMO MODELLARE E CONTROLLARE) SONO CARATTERIZZATI DA LINGUAGGI. COSTRUIRE AUTOMI CHE GENERANO LINGUAGGI (CIOE’ MODELLIZZANO QUEL SISTEMA) E MARCANO LINGUAGGI (CIOE’ RICONOSCONO TASK SPECIFICI) E’ PIU’ AGEVOLE RISPETTO A LAVORARE DIRETTAMENTE SUI LINGUAGGI. PER OGNI LINGUAGGIO ESISTE UN AUTOMA CHE GENERA/MARCA QUEL LINGUAGGIO. LA QUESTIONE DI INTERESSE PRATICO E’: PER OGNI LINGUAGGIO, ESISTE UN AUTOMA FINITO CHE GENERA/MARCA QUEL LINGUAGGIO? LA RISPOSTA E’ NO. Def. (Linguaggio regolare): UN LINGUAGGIO E’ DETTO REGOLARE SE PUO’ ESSERE MARCATO DA UN AUTOMA A STATI FINITI. R E’ LA CLASSE DEI LINGUAGGI REGOLARI. LE RETI DI PETRI CONSENTONO DI RAPPRESENTARE ALCUNI LINGUAGGI NON REGOLARI SAPIENZA - Università di Roma – Dipartimento di Ingegneria Informatica Automatica e Gestionale Antonio Ruberti (DIS) Via Ariosto 25 - 00185 Roma – http://www.dis.uniroma1.it Corso di Laurea: Insegnamento: Lezione n°: Titolo: Docenti: INGEGNERIA AUTOMAZIONE II 3 OPERAZIONI SUGLI AUTOMI ED ANALISI DELLE PROPRIETA’ DEI DES PROF. ALESSANDRO DE CARLI DR. VINCENZO SURACI Facoltà di Ingegneria MODELLI MINIMI IN GENERE, PIU’ AUTOMI MARCANO UNO STESSO LINGUAGGIO REGOLARE. SIAMO INTERESSATI A TROVARE L’AUTOMA CARATTERIZZATO DA MINIMO SPAZIO DI STATO (DETTO RICONOSCITORE CANONICO). SOTTO BLANDE IPOTESI, IL RICONOSCITORE CANONICO E’ UNICO. UN AUTOMA NON MINIMO E’ CARATTERIZZATO DALLA PRESENZA DI STATI EQUIVALENTI. Def. (Stati equivalenti): DUE STATI DI UN AUTOMA G SONO DETTI EQUIVALENTI SE: x1 x2 se Lm (G( x1 )) Lm (G( x2 )) CIOE’ STATI DA CUI E’ POSSIBILE RAGGIUNGERE STESSI STATI MARCATI. IL RICONOSCITORE CANONICO PUO’ ALLORA ESSERE OTTENUTO DAPPRIMA INDIVIDUANDO, QUINDI AGGREGANDO TUTTI GLI STATI EQUIVALENTI. SAPIENZA - Università di Roma – Dipartimento di Ingegneria Informatica Automatica e Gestionale Antonio Ruberti (DIS) Via Ariosto 25 - 00185 Roma – http://www.dis.uniroma1.it Corso di Laurea: Insegnamento: Lezione n°: Titolo: Docenti: INGEGNERIA AUTOMAZIONE II 3 OPERAZIONI SUGLI AUTOMI ED ANALISI DELLE PROPRIETA’ DEI DES PROF. ALESSANDRO DE CARLI DR. VINCENZO SURACI Facoltà di Ingegneria AUTOMI OSSERVATORI DI DES SAPIENZA - Università di Roma – Dipartimento di Ingegneria Informatica Automatica e Gestionale Antonio Ruberti (DIS) Via Ariosto 25 - 00185 Roma – http://www.dis.uniroma1.it Corso di Laurea: Insegnamento: Lezione n°: Titolo: Docenti: INGEGNERIA AUTOMAZIONE II 3 OPERAZIONI SUGLI AUTOMI ED ANALISI DELLE PROPRIETA’ DEI DES PROF. ALESSANDRO DE CARLI DR. VINCENZO SURACI Facoltà di Ingegneria OSSERVATORI IN ASSENZA DI INCERTEZZE/IMPERFEZIONI DI MODELLAZIONE, L’OSSERVAZIONE DI UN MODELLO DETERMINISTICO DEL DES ASSICUREREBBE PIENA INFORMAZIONE RIGUARDO LO STATO. NELLA REALTA’ OCCORRE IMPIEGARE MODELLI NON DETERMINISTICI. E’ UTILE IN TAL CASO DARE UN NOME ANCHE AGLI EVENTI INOSSERVABILI (INVECE DI ETICHETTARLI CON ). INFATTI, SPESSO QUESTI EVENTI SONO CONOSCIUTI (E.G. GUASTI). E Eobs EunObs SI PONE ALLORA IL PROBLEMA DI COSTRUIRE UN AUTOMA DETERMINISTICO (OSSERVATORE) CHE STIMI LO STATO DEL DES IN ESAME (MODELLIZZATO DA UN AUTOMA NON DETERMINISTICO). SAPIENZA - Università di Roma – Dipartimento di Ingegneria Informatica Automatica e Gestionale Antonio Ruberti (DIS) Via Ariosto 25 - 00185 Roma – http://www.dis.uniroma1.it Corso di Laurea: Insegnamento: Lezione n°: Titolo: Docenti: INGEGNERIA AUTOMAZIONE II 3 OPERAZIONI SUGLI AUTOMI ED ANALISI DELLE PROPRIETA’ DEI DES PROF. ALESSANDRO DE CARLI DR. VINCENZO SURACI Facoltà di Ingegneria OSSERVATORI (cont.: esempio) EunObs {ed , u, v} AUTOMA OSSERVATORE DETERMINISTICO SAPIENZA - Università di Roma – Dipartimento di Ingegneria Informatica Automatica e Gestionale Antonio Ruberti (DIS) Via Ariosto 25 - 00185 Roma – http://www.dis.uniroma1.it Corso di Laurea: Insegnamento: Lezione n°: Titolo: Docenti: INGEGNERIA AUTOMAZIONE II 3 OPERAZIONI SUGLI AUTOMI ED ANALISI DELLE PROPRIETA’ DEI DES PROF. ALESSANDRO DE CARLI DR. VINCENZO SURACI Facoltà di Ingegneria EVENT DIAGNOSIS SAPIENZA - Università di Roma – Dipartimento di Ingegneria Informatica Automatica e Gestionale Antonio Ruberti (DIS) Via Ariosto 25 - 00185 Roma – http://www.dis.uniroma1.it Corso di Laurea: Insegnamento: Lezione n°: Titolo: Docenti: INGEGNERIA AUTOMAZIONE II 3 OPERAZIONI SUGLI AUTOMI ED ANALISI DELLE PROPRIETA’ DEI DES PROF. ALESSANDRO DE CARLI DR. VINCENZO SURACI Facoltà di Ingegneria DIAGNOSI DI EVENTI ESAMINANDO GLI EVENTI (OSSERVABILI) ACCADUTI, E’ POSSIBILE DECIDERE SE UN DATO EVENTO INOSSERVABILE (ES. GUASTO) E’ ACCADUTO O MENO? L’IDEA CHIAVE E’ CHE, COME ANCHE SI EVINCE DALLO STUDIO DEGLI OSSERVATORI, ALL’AUMENTARE DEGLI EVENTI OSSERVATI DIMINUISCE L’INCERTEZZA SULLO STATO DEL SISTEMA (PROBLEMA DELLA DIAGNOSTICABILITA’ DI UN EVENTO INOSSERVABILE) SI PONE ALLORA IL PROBLEMA DI COSTRUIRE UN AUTOMA DETERMINISTICO ETICHETTATO (DIAGNOSER) CHE DECIDA (OVE POSSIBILE) SE UN DATO EVENTO INOSSERVABILE E’ ACCADUTO O MENO. SAPIENZA - Università di Roma – Dipartimento di Ingegneria Informatica Automatica e Gestionale Antonio Ruberti (DIS) Via Ariosto 25 - 00185 Roma – http://www.dis.uniroma1.it Corso di Laurea: Insegnamento: Lezione n°: Titolo: Docenti: INGEGNERIA AUTOMAZIONE II 3 OPERAZIONI SUGLI AUTOMI ED ANALISI DELLE PROPRIETA’ DEI DES PROF. ALESSANDRO DE CARLI DR. VINCENZO SURACI Facoltà di Ingegneria DIAGNOSI DI EVENTI (cont.: esempio) EunObs {ed , u, v} DIAGNOSER DETERMINISTICO DELL’EVENTO ed SAPIENZA - Università di Roma – Dipartimento di Ingegneria Informatica Automatica e Gestionale Antonio Ruberti (DIS) Via Ariosto 25 - 00185 Roma – http://www.dis.uniroma1.it Corso di Laurea: Insegnamento: Lezione n°: Titolo: Docenti: INGEGNERIA AUTOMAZIONE II 3 OPERAZIONI SUGLI AUTOMI ED ANALISI DELLE PROPRIETA’ DEI DES PROF. ALESSANDRO DE CARLI DR. VINCENZO SURACI Facoltà di Ingegneria FORMAL VERIFICATION AND MODEL CHECKING (SAFETY, BLOCKING, DIAGNOSABILITY) SAPIENZA - Università di Roma – Dipartimento di Ingegneria Informatica Automatica e Gestionale Antonio Ruberti (DIS) Via Ariosto 25 - 00185 Roma – http://www.dis.uniroma1.it Corso di Laurea: Insegnamento: Lezione n°: Titolo: Docenti: INGEGNERIA AUTOMAZIONE II 3 OPERAZIONI SUGLI AUTOMI ED ANALISI DELLE PROPRIETA’ DEI DES PROF. ALESSANDRO DE CARLI DR. VINCENZO SURACI Facoltà di Ingegneria FORMAL VERIFICATION SVILUPPO DI PROCEDURE FORMALI PER LA VALIDAZIONE DI PROTOTIPI HARDWARE E SOFTWARE (ES: CIRCUITI INTEGRATI, PROTOCOLLI DI COMUNICAZIONE,...). OCCORRE ASSICURARE CHE IL PROTOTIPO ESIBISCA SEMPRE UN COMPORTAMENTO ACCETTABILE (NON BANALE NEL CASO DI SISTEMI COMPLESSI, CON MIGLIAIA/MILIONI DI COMPONENTI). VENGONO TESTATE UNA SERIE DI PROPRIETA’. AD ESEMPIO: 1. SAFETY: PROBLEMA DELLA RAGGIUNGIBILITA’ DI STATI INDESIDERATISTUDIO DI ACCESSIBILITA’ SUL PARALLELO DEI COMPONENTI DEL SISTEMA COMPLESSIVO; 2. BLOCKING: STUDIO DI CO-ACCESSIBILITA’ SUL PARALLELO DEI COMPONENTI DEL SISTEMA COMPLESSIVO. E’ ANCHE POSSIBILE INDIVIDUARE GLI EVENTUALI DEADLOCKS/LIVELOCKS (STATI NON CO-ACCESSIBILI); 3. DIAGNOSTICABILITA’ ALGORITMI EFFICIENTI CHE RESTITUISCONO UNA RISPOSTA POSITIVA, OPPURE UN CONTROESEMPIO NEGATIVO. SAPIENZA - Università di Roma – Dipartimento di Ingegneria Informatica Automatica e Gestionale Antonio Ruberti (DIS) Via Ariosto 25 - 00185 Roma – http://www.dis.uniroma1.it Corso di Laurea: Insegnamento: Lezione n°: Titolo: Docenti: INGEGNERIA AUTOMAZIONE II 3 OPERAZIONI SUGLI AUTOMI ED ANALISI DELLE PROPRIETA’ DEI DES PROF. ALESSANDRO DE CARLI DR. VINCENZO SURACI Facoltà di Ingegneria BIBLIOGRAFIA DELLA LEZIONE Consigliati: [1] Cassandras, Lafortune, Introduction to Discrete Event Systems, Second Edition, Springer Editore. Capitolo 2 (Languages and Automata); SAPIENZA - Università di Roma – Dipartimento di Ingegneria Informatica Automatica e Gestionale Antonio Ruberti (DIS) Via Ariosto 25 - 00185 Roma – http://www.dis.uniroma1.it