Questo insegnamento ha lo scopo di introdurre la teoria dei linguaggi formali, i relativi strumenti di definizione della sintassi (tramite grammatiche e automi), e la formalizzazione della loro semantica. Nel contesto di tali strumenti formali, sono illustrate tecniche per modellare sistemi software complessi e verificarne le relative proprietà attraverso l'uso di metodologie basate su automi e logiche.

01. Introduzione ai metodi formali:
      01.01 L'esigenza di metodi formali nello sviluppo del software.
      01.02 Linguaggi formali ed automi.
      01.03 Grammatiche a struttura di frase.
      01.04 Classificazione di Chomsky.

02. Linguaggi regolari e automi a stati finiti:
      02.01 Automi a stati finiti deterministici.
      02.02 Automi a stati finiti non deterministici.
      02.03 Automi a stati finiti con ε-transizioni.
      02.04 Minimizzazione ed equivalenza per automi a stati finiti.
      02.05 Relazione tra automi a stati finiti e grammatiche lineari destre.
      02.06 Proprietà dei linguaggi regolari e pumping lemma.
      02.07 Espressioni regolari.
      02.08 Relazione tra espressioni regolari e automi a stati finiti.

03. Linguaggi liberi e automi a pila:
      03.01 Grammatiche libere e alberi sintattici.
      03.02 Grammatiche libere in forma normale di Chomsky.
      03.03 Proprietà dei linguaggi liberi.
      03.04 Automi a pila e relazione con grammatiche libere.
      03.05 Parsing top-down.
      03.06 Grammatiche LL(1).
      03.07 Parsing bottom-up.
      03.08 Grammatiche SLR, LR(1) e LALR(1).

04. Semantica denotazionale:
      04.01 Semantica denotazionale per programmi sequenziali aciclici.
      04.02 Semantica denotazionale per l'operatore WHILE.
      04.03 Semantica denotazionale con blocchi e procedure.

05. Semantica operazionale:
      05.01 Semantica operazionale naturale per programmi sequenziali.
      05.02 Semantica operazionale naturale con blocchi e procedure.
      05.03 Semantica operazionale strutturata.

06. Logiche temporali e model checking:
      06.01 Strutture di Kripke.
      06.02 Linear Temporal Logic.
      06.03 Computation Tree Logic.
      06.04 Algoritmi di model checking.

07. Attività di laboratorio:
      07.01 Modellazione di sistemi tramite strutture di Kripke.
      07.02 Model checking di sistemi descritti tramite strutture di Kripke.
      07.03 Casi di studio reali.
 

Non vi sono propedeuticità obbligatorie.
 
Si suggerisce di sostenere l'esame di Linguaggi di Programmazione e Verifica del Software dopo aver sostenuto gli esami di Programmazione e Modellazione a Oggetti, Ingegneria e Architettura del Software, Sistemi Operativi, e di rispettare le propedeuticità relative a questi.

Conoscenze e comprensione: lo studente sarà in grado di capire la struttura sintattica, le regole di compilazione, e la semantica dei più comuni linguaggi di programmazione, nonché i principi metodologici delle tecniche formali di modellazione e verifica di sistemi software illustrati nel programma.

Capacità di applicare conoscenze e comprensione: lo studente sarà in grado di progettare i moduli base dei compilatori per linguaggi di programmazione e di modellare e verificare formalmente sistemi software tramite gli strumenti presentati a lezione.

Autonomia di giudizio: lo studente sarà in grado di valutare la correttezza di sintassi e semantica di qualunque linguaggio di programmazione e di rappresentare e confrontare formalmente le diverse specifiche di un sistema software in corso di progettazione e sviluppo.

Abilità comunicative: lo studente sarà in grado di illustrare in modo appropriato le caratteristiche semantiche dei linguaggi di programmazione e di descrivere, in modo formale, le funzionalità e le proprietà di un sistema software tramite gli strumenti di modellazione e verifica utilizzati a lezione.

Capacità di apprendimento: lo studente apprenderà la capacità di descrivere formalmente sintassi e semantica di linguaggi di programmazione e di modellare e verificare sistemi software.

Il materiale didattico predisposto dalla/dal docente in aggiunta ai testi consigliati (come ad esempio diapositive, dispense, esercizi, bibliografia) e le comunicazioni della/del docente specifiche per l'insegnamento sono reperibili all'interno della piattaforma Moodle › blended.uniurb.it

Modalità didattiche

Lezioni teoriche ed esercitazioni guidate in laboratorio.

Obblighi

Sebbene fortemente consigliata, la frequenza non è obbligatoria.

Testi di studio

Hopcroft, Motwani, Ullman, "Automi, Linguaggi e Calcolabilità", Addison-Wesley, 2009 oppure Aiello, Pirri, "Strutture, logica, linguaggi", Pearson, 2005 a copertura delle sezioni 01-03 del programma del corso. La versione originale del primo testo è Hopcroft, Motwani, Ullman, "Introduction to Automata Theory, Languages, and Computation", Addison-Wesley, 2007.

Le sezioni 04 e 05 sono ispirate a Nielson, Nielson, "Semantics with Applications: An Appetizer", Springer, 2007.

La sezione 06 è coperta da Clarke, Grumberg, Peled, "Model Checking", MIT Press, 1999.

La sezione 07 si basa sul software tool NuSMV http://nusmv.fbk.eu/

Modalità di
accertamento

Progetto individuale, prova scritta e prova orale.

Il progetto consiste nella modellazione e verifica di un sistema software tramite NuSMV. Il testo del progetto, uno per sessione e uguale per tutti, è pubblicato almeno un mese prima dell'inizio di ogni sessione, con consegna entro le ore 12.00 di due giorni prima della prova scritta che si vuole sostenere. Il progetto, anche se superato, vale solo per la sessione cui viene associato. Il testo è dato dalla specifica di un sistema reale da modellare e verificare. Sono a libera scelta il livello di astrazione del modello, le varianti e configurazioni sotto analisi, e le proprietà da verificare. La consegna avviene tramite email con subject LPVS: consegna progetto nome_cognome e contenente file sorgenti con specifiche e risultati della verifica, ogni parte adeguatamente commentata. Il risultato pesa per un terzo del voto complessivo. Scopo del progetto è la verifica della capacità di autonomia dello studente nell'impiego pratico delle competenze acquisite in ambito di modellazione e verifica del sofware.

La prova scritta può essere sostenuta solo dopo la consegna del progetto della stessa sessione. Ha una durata di 90 minuti e consiste di esercizi pratici. Appunti e materiale sono consultabili. Il risultato pesa per due terzi del voto complessivo. Scopo della prova scritta è la verifica della capacità di comprensione in merito agli argomenti teorici affrontati nel corso.

L'orale è obbligatorio sul progetto e facoltativo sul programma del corso. L'orale facoltativo comporta un aggiustamento positivo o negativo (di al più 5 punti) sul voto complessivo. Scopo dell'orale è la valutazione di autonomia di giudizio, abilità comunicative e livello di comprensione della materia.

Per testi di progetti e compiti d'esame visitare questo link.

Disabilità e DSA

Le studentesse e gli studenti che hanno registrato la certificazione di disabilità o la certificazione di DSA presso l'Ufficio Inclusione e diritto allo studio, possono chiedere di utilizzare le mappe concettuali (per parole chiave) durante la prova di esame.

A tal fine, è necessario inviare le mappe, due settimane prima dell’appello di esame, alla o al docente del corso, che ne verificherà la coerenza con le indicazioni delle linee guida di ateneo e potrà chiederne la modifica.