JML- Based formal development of a Java card application for managing medical appointments

Although formal methods can dramatically increase the quality of software systems, they have not widely been adopted in software industry. Many software companies have the perception that formal methods are not cost-effective cause they are plenty of mathematical symbols that are difficult for non-experts to assimilate. The Java Modelling Language (short for JML) Section 3.3 is an academic initiative towards the development of a common formal specification language for Java programs, and the implementation of tools to check program correctness. This master thesis work shows how JML based formal methods can be used to formally develop a privacy sensitive Java application. This is a smart card application for managing medical appointments. The application is named HealthCard. We follow the software development strategy introduced by João Pestana, presented in Section 3.4. Our work influenced the development of this strategy by providing hands-on insight on challenges related to development of a privacy sensitive application in Java. Pestana’s strategy is based on a three-step evolution strategy of software specifications, from informal ones, through semiformal ones, to JML formal specifications. We further prove that this strategy can be automated by implementing a tool that generates JML formal specifications from a welldefined subset of informal software specifications. Hence, our work proves that JML-based formal methods techniques are cost-effective, and that they can be made popular in software industry. Although formal methods are not popular in many software development companies, we endeavour to integrate formal methods to general software practices. We hope our work can contribute to a better acceptance of mathematical based formalisms and tools used by software engineers. The structure of this document is as follows. In Section 2, we describe the preliminaries of this thesis work. We make an introduction to the application for managing medical applications we have implemented. We also describe the technologies used in the development of the application. This section further illustrates the Java Card Remote Method Invocation communication model used in the medical application for the client and server applications. Section 3 introduces software correctness, including the design by contract and the concept of contract in JML. Section 4 presents the design structure of the application. Section 5 shows the implementation of the HealthCard. Section 6 describes how the HealthCard is verified and validated using JML formal methods tools. Section 7 includes some metrics of the HealthCard implementation and specification. Section 8 presents a short example of how a client-side of a smart card application can be implemented while respecting formal specifications. Section 9 describes a prototype tools to generate JML formal specifications from informal specifications automatically. Section 10 describes some challenges and main ideas came acrorss during the development of the HealthCard. The full formal specification and implementation of the HealthCard smart card application presented in this document can be reached at https://sourceforge.net/projects/healthcard/.

Comparação e validação de vários métodos de mapeamento cortical para o planeamento pré-cirúrgico por Imagem Funcional de Ressonância Magnética

Na análise funcional de imagens do cérebro podem utilizar-se diferentes métodos na identificação de zonas de activação. Tem havido uma evolução desde o método de correlação [19], para outros métodos [9] [14] até o método baseado no modelo linear generalizado que é mais comum ser utilizado hoje e que levou ao pacote de software SPM [15]. Deve-se principalmente à versatilidade que o método tem em realizar testes com diferentes objectivos. Têm sido publicados alguns estudos comparativos. Poucos têm sido quantitativos [20] e quando o são, o número de métodos testados é reduzido[22]. Há muitos estudos comparativos do ponto de vista da estatística envolvida (da matemática) mas que têm em geral apenas ns académicos. Um objectivo deste estudo é comparar os resultados obtidos por diferentes métodos. É de particular interesse averiguar o comportamento de cada método na fronteira do local de activação. As diferenças serão avaliadas numericamente para os seguintes métodos clássicos: t de Student, coeficiente de correlação e o modelo linear generalizado. Três novos métodos são também propostos - o método de picos de Fourier, o método de sobreposição e o método de amplitude. O segundo pode ser aplicado para o melhoramento dos métodos de t de Student, coe ciente de correlação e modelo linear generalizado. Ele pode no entanto, também manter-se como um método de análise independente. A influência exercida em cada método pelos parâmetros pertinentes é também medida. É adoptado um conjunto de dados clínicos que está amplamente estudado e documentado. Desta forma elimina-se a possibilidade dos resultados obtidos serem interpretados como sendo específicos do caso em estudo. Há situações em que a influência do método utilizado na identificação das áreas de activação de imagens funcionais do cérebro é crucial. Tal acontece, por exemplo, quando um tumor desenvolve-se perto de uma zona de activação responsável por uma função importante . Para o cirurgião tornase indispensável avaliar se existe alguma sobreposição. A escolha de um dos métodos disponíveis poderá ter infuência sobre a decisão final. Se o método escolhido for mais conservador, pode verificar-se sobreposição e eliminar-se a possibilidade de cirurgia. Porém, se o método for mais restritivo a decisão final pode ser favorável à cirurgia. Artigos recentes têm suportado a ideia de que a ressonância magnética funcional é de facto muito útil no processo de decisão pré-operatório [12].O segundo objectivo do estudo é então avaliar a sobreposição entre um volume de activação e o volume do tumor. Os programas informáticos de análise funcional disponíveis são variados em vários aspectos: na plataforma em que funcionam (macintosh, linux, windows ou outras), na linguagem em que foram desenvolvidos (e.g. c+motif, c+matlab, matlab, etc.) no tratamento inicial dos dados (antes da aplicação do método de análise), no formato das imagens e no(s) método(s) de análise escolhido(s). Este facto di culta qualquer tentativa de comparação. À partida esta poderá apenas ser qualitativa. Uma comparação quantitativa implicaria a necessidade de ocorrerem três factos: o utilizador tem acesso ao código do programa, sabe programar nas diferentes linguagens e tem licença de utilização de software comercial (e.g. matlab). Sendo assim foi decidido adoptar uma estratégia unificadora. Ou seja, criar um novo programa desenvolvido numa linguagem independente da plataforma, que não utilize software comercial e que permita aplicar (e comparar quantitativamente) diferentes métodos de análise funcional. A linguagem escolhida foi o JAVA. O programa desenvolvido no âmbito desta tese chama-se Cérebro.

A JML-Based strategy for incorporating formal specifications into the software development process

This thesis presents a JML-based strategy that incorporates formal specifications into the software development process of object-oriented programs. The strategy evolves functional requirements into a “semi-formal” requirements form, and then expressing them as JML formal specifications. The strategy is implemented as a formal-specification pseudo-phase that runs in parallel with the other phase of software development. What makes our strategy different from other software development strategies used in literature is the particular use of JML specifications we make all along the way from requirements to validation-and-verification.

Impacto do realismo e qualidade gráfica no desenvolvimento de jogos móveis

O mundo dos jogos é extremamente vasto e muito apreciado pela maior parte dos jovens e também adultos. Os computadores, as consolas e agora também os telemóveis acabam por se tornar os maiores companheiros das pessoas no que ao entretenimento diz respeito. No entanto, existem algumas lacunas a nível de jogos para telemóvel e pretendeu-se então criar um jogo, que se baseia num acontecimento real muito apreciado por toda uma população e que permitiu explorar a ferramenta Flash, que tem vindo a retirar protagonismo ao Java, por se revelar uma ferramenta mais simples de utilizar. No início apenas era usada para simples animações, mas entretanto passou a ser utilizada para criar aplicações para diversas plataformas e dispositivos. Neste momento, o Flash já chegou aos dispositivos móveis e são cada vez mais aqueles que suportam estas aplicações, que podem variar dos simples utilitários aos jogos ou ainda a complexos sistemas.

Medidas da complexidade da estrutura de algoritmos codificados em C

Nesta dissertação defendemos uma forma nova de medir o produto de software com base nas medidas usadas na teoria dos sistemas complexos. Consideramos o uso dessas medidas vantajoso em relação ao uso das medidas tradicionais da engenharia de software. A inovação desta dissertação sintetiza-se em considerar o produto de software como um sistema complexo, dotado de uma estrutura que comporta vários níveis e na proposta da correlação de gama longa como medida da complexidade de estrutura de programas fontes. Essa medida, invariante para a escala de cada nível da estrutura, pode ser calculada automaticamente. Na dissertação, primeiro descrevemos o processo de desenvolvimento do software e as medidas existentes para medir o referido processo e produto e introduzimos a teoria dos sistemas complexos. Concluímos que o processo tem características de sistema complexo e propomos que seja medido como tal. Seguidamente, estudamos a estrutura do produto e a dinâmica do seu. processo de desenvolvimento. Apresentamos um estudo experimental sobre algoritmos codificados em C, que usamos para validar hipóteses sobre a complexidade da estrutura do produto. Propomos a correlação de gama longa como medida da complexidade da estrutura. Estendemos essa medida a uma amostra codificada em Java. Concluímos, evidenciando as limitações e as potencialidades dessa medida e a sua aplicação em Engenharia de Software.

VirtualLabs@UMa: uma plataforma personalizável para a realização de actividades experimentais

Os presentes métodos de estudo complementar fora de aulas adequam-se a um contexto mais teórico onde alunos, necessitam somente de manuais escolares ou acesso a um computador para complementar os seus estudos e atingirem os objectivos. O mesmo não se enquadra para cadeiras ou contextos mais práticos como por exemplo química ou biologia. Nestes contextos normalmente necessitamos de um laboratório ou localização específica onde se encontra as condições mínimas para a realização destes exercícios ou ensino. Actualmente existem laboratórios virtuais que vêem suplantar esta necessidade, mas os nossos estudos indicam que estes não são capazes de se adaptar a novas actividades sendo necessário desenvolver um laboratório específico para cada actividade. Neste contexto, a principal contribuição desta dissertação de mestrado é a proposta e o desenvolvimento de uma aplicação de Realidade Virtual, que seja capaz de adaptar-se facilmente às novas actividades laboratoriais de forma a personalizar as tarefas a serem realizadas pelos alunos, e que possa ser acedido através da plataforma Moodle. A aplicação desenvolvida proporciona aos alunos uma melhor percepção da forma como a actividade será realizada e prepara-os para realiza-la com sucesso num ambiente real.