Hoare-like verification of graph transformation

par Jon Haël Brenas

Thèse de doctorat en Mathématiques et informatique

Sous la direction de Rachid Echahed.

Le président du jury était Jean-Guillaume Dumas.

Le jury était composé de Martin Strecker.

Les rapporteurs étaient Pascale Le Gall, Fernando Orejas.

  • Titre traduit

    Raisonnement sur les transformations de graphes


  • Résumé

    En informatique comme dans de multiples autres domaines, les graphes peuvent être trouvés partout. Ils sont utilisés pour représenter des données dans des domaines allant de la chimie à l'architecture, en tant que structures abstraites ou que modèles des données et de leurs évolutions. Dans tous ces domaines, il est prévisible que les graphes évoluent au cours du temps suite à des réactions chimiques, une mise à jour des connaissance ou l'exécution d'un programme. Être capable de traiter ces transformations est une tâche particulièrement importante et difficile. Dans ce travail, notre objectif est d'étudier la vérification de telles transformations de graphes, c'est à dire comment prouver qu'une transformation de graphes est correcte. La correction d'une transformation est plus précisément définie comme la correction d'une spécification pour cette transformation contenant en plus une précondition et une postcondition. Nous avons décidé d'utiliser un calcul à la Hoare générant une plus faible précondition pour une postcondition et une transformation. Si cette plus faible précondition est impliquée par la précondition, la spécification est correcte. Nous avons choisi une approche plus algorithmique pour les transformation de graphes utilisant des actions atomiques. Nous définissons deux moyens de construire des transformations de graphes: en utilisant un langage impératif ou en utilisant des systèmes de règles de réécriture. Le principal ingrédient est la logique qui est choisie pour représenter la précondition, la postcondition et les possibles conditions internes. Pour que la logique puisse interagir avec le calcul, nous demandons que le problème de décision soit décidable, qu'elle soit fermée par substitutions et qu'elle soit capable d'exprimer l'existence ou l'absence d'un sous-graphe affecté par la transformation. Le résultat central de ce travail est l'identification et l'explication de ces conditions.


  • Résumé

    In computer science as well as multiple other fields, graphs have become ubiquitous. They are used to represent data in domains ranging from chemistry to architecture, as abstract structures or as models of the data or its evolution. In all these domains, graphs are expected to evolve over time due to chemical reactions, update of the knowledge or programs. Being able to deal with such transformations is an extremely important and difficult task. In this work, our aim is to study the verification of such graph transformation, that is how to prove that a graph transformation is correct. Correctness of a graph transformation is more precisely defines as correctness of a specification for the transformation containing additionally a precondition and a postcondition. We decided to use a Hoare-like calculus generating the weakest precondition for a postcondition and a transformation. If this weakest precondition is implied by the actual precondition, the specification is correct. We chose a more algorithmic approach to graph transformation by using atomic actions.We chose to define two ways to build graph transformations: using an imperative programming language and using rule-base rewriting systems. The main ingredient of the verification of graph transformation is the logic that is chosen to represent the precondition, the postcondition and the possible conditions internal to the transformation. So that the logic can interact with the calculus, we require that the decision problem be decidable, that the logic be closed under the substitutions introduced by the Hoare-like calculus and that it has to be able to express the existence and absence of a match for the transformation. The core result of this work is the identification and explanation of these conditions.


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