Formal derivation of finite state machines for class testing

Previous work on generating state machines for the purpose of class testing has not been formally based. There has also been work on deriving state machines from formal specifications for testing non-object-oriented software. We build on this work by presenting a method for deriving a state machine for testing purposes from a formal specification of the class under test. We also show how the resulting state machine can be used as the basis for a test suite developed and executed using an existing framework for class testing. To derive the state machine, we identify the states and possible interactions of the operations of the class under test. The Test Template Framework is used to formally derive the states from the Object-Z specification of the class under test. The transitions of the finite state machine are calculated from the derived states and the class's operations. The formally derived finite state machine is transformed to a ClassBench testgraph, which is used as input to the ClassBench framework to test a C++ implementation of the class. The method is illustrated using a simple bounded queue example.

Time Reversibility of Stationary Regular Finite State Markov Chains

We propose an alternate parameterization of stationary regular finite-state Markov chains, and a decomposition of the parameter into time reversible and time irreversible parts. We demonstrate some useful properties of the decomposition, and propose an index for a certain type of time irreversibility. Two empirical examples illustrate the use of the proposed parameter, decomposition and index. One involves observed states; the other, latent states.

IMEX finite volume methods for the shallow water equations

Die Flachwassergleichungen (SWE) sind ein hyperbolisches System von Bilanzgleichungen, die adäquate Approximationen an groß-skalige Strömungen der Ozeane, Flüsse und der Atmosphäre liefern. Dabei werden Masse und Impuls erhalten. Wir unterscheiden zwei charakteristische Geschwindigkeiten: die Advektionsgeschwindigkeit, d.h. die Geschwindigkeit des Massentransports, und die Geschwindigkeit von Schwerewellen, d.h. die Geschwindigkeit der Oberflächenwellen, die Energie und Impuls tragen. Die Froude-Zahl ist eine Kennzahl und ist durch das Verhältnis der Referenzadvektionsgeschwindigkeit zu der Referenzgeschwindigkeit der Schwerewellen gegeben. Für die oben genannten Anwendungen ist sie typischerweise sehr klein, z.B. 0.01. Zeit-explizite Finite-Volume-Verfahren werden am öftersten zur numerischen Berechnung hyperbolischer Bilanzgleichungen benutzt. Daher muss die CFL-Stabilitätsbedingung eingehalten werden und das Zeitinkrement ist ungefähr proportional zu der Froude-Zahl. Deswegen entsteht bei kleinen Froude-Zahlen, etwa kleiner als 0.2, ein hoher Rechenaufwand. Ferner sind die numerischen Lösungen dissipativ. Es ist allgemein bekannt, dass die Lösungen der SWE gegen die Lösungen der Seegleichungen/ Froude-Zahl Null SWE für Froude-Zahl gegen Null konvergieren, falls adäquate Bedingungen erfüllt sind. In diesem Grenzwertprozess ändern die Gleichungen ihren Typ von hyperbolisch zu hyperbolisch.-elliptisch. Ferner kann bei kleinen Froude-Zahlen die Konvergenzordnung sinken oder das numerische Verfahren zusammenbrechen. Insbesondere wurde bei zeit-expliziten Verfahren falsches asymptotisches Verhalten (bzgl. der Froude-Zahl) beobachtet, das diese Effekte verursachen könnte.Ozeanographische und atmosphärische Strömungen sind typischerweise kleine Störungen eines unterliegenden Equilibriumzustandes. Wir möchten, dass numerische Verfahren für Bilanzgleichungen gewisse Equilibriumzustände exakt erhalten, sonst können künstliche Strömungen vom Verfahren erzeugt werden. Daher ist die Quelltermapproximation essentiell. Numerische Verfahren die Equilibriumzustände erhalten heißen ausbalanciert.rnrnIn der vorliegenden Arbeit spalten wir die SWE in einen steifen, linearen und einen nicht-steifen Teil, um die starke Einschränkung der Zeitschritte durch die CFL-Bedingung zu umgehen. Der steife Teil wird implizit und der nicht-steife explizit approximiert. Dazu verwenden wir IMEX (implicit-explicit) Runge-Kutta und IMEX Mehrschritt-Zeitdiskretisierungen. Die Raumdiskretisierung erfolgt mittels der Finite-Volumen-Methode. Der steife Teil wird mit Hilfe von finiter Differenzen oder au eine acht mehrdimensional Art und Weise approximniert. Zur mehrdimensionalen Approximation verwenden wir approximative Evolutionsoperatoren, die alle unendlich viele Informationsausbreitungsrichtungen berücksichtigen. Die expliziten Terme werden mit gewöhnlichen numerischen Flüssen approximiert. Daher erhalten wir eine Stabilitätsbedingung analog zu einer rein advektiven Strömung, d.h. das Zeitinkrement vergrößert um den Faktor Kehrwert der Froude-Zahl. Die in dieser Arbeit hergeleiteten Verfahren sind asymptotisch erhaltend und ausbalanciert. Die asymptotischer Erhaltung stellt sicher, dass numerische Lösung das "korrekte" asymptotische Verhalten bezüglich kleiner Froude-Zahlen besitzt. Wir präsentieren Verfahren erster und zweiter Ordnung. Numerische Resultate bestätigen die Konvergenzordnung, so wie Stabilität, Ausbalanciertheit und die asymptotische Erhaltung. Insbesondere beobachten wir bei machen Verfahren, dass die Konvergenzordnung fast unabhängig von der Froude-Zahl ist.

Aerodynamic study of three-dimensional larynx models using finite element methods

The airflow velocities and pressures are calculated from a three-dimensional model of the human larynx by using the finite element method. The laryngeal airflow is assumed to be incompressible, isothermal, steady, and created by fixed pressure drops. The influence of different laryngeal profiles (convergent, parallel, and divergent), glottal area, and dimensions of false vocal folds in the airflow are investigated. The results indicate that vertical and horizontal phase differences in the laryngeal tissue movements are influenced by the nonlinear pressure distribution across the glottal channel, and the glottal entrance shape influences the air pressure distribution inside the glottis. Additionally, the false vocal folds increase the glottal duct pressure drop by creating a new constricted channel in the larynx, and alter the airflow vortexes formed after the true vocal folds. (C) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Finite integration methods for isospectral flows

In this paper we consider the approximate computation of isospectral flows based on finite integration methods( FIM) with radial basis functions( RBF) interpolation,a new algorithm is developed. Our method ensures the symmetry of the solutions. Numerical experiments demonstrate that the solutions have higher accuracy by our algorithm than by the second order Runge- Kutta( RK2) method.

Stabilized finite element methods applied to transient convection-diffusion-reaction and population balance equations

Magdeburg, Univ., Fak. für Mathematik, Diss., 2011

A finite state model for on-line analytical processing in triadic contexts

About ten years ago, triadic contexts were presented by Lehmann and Wille as an extension of Formal Concept Analysis. However, they have rarely been used up to now, which may be due to the rather complex structure of the resulting diagrams. In this paper, we go one step back and discuss how traditional line diagrams of standard (dyadic) concept lattices can be used for exploring and navigating triadic data. Our approach is inspired by the slice & dice paradigm of On-Line-Analytical Processing (OLAP). We recall the basic ideas of OLAP, and show how they may be transferred to triadic contexts. For modeling the navigation patterns a user might follow, we use the formalisms of finite state machines. In order to present the benefits of our model, we show how it can be used for navigating the IT Baseline Protection Manual of the German Federal Office for Information Security.

Gradient recovery in adaptive finite-element methods for parabolic problems

We derive energy-norm a posteriori error bounds, using gradient recovery (ZZ) estimators to control the spatial error, for fully discrete schemes for the linear heat equation. This appears to be the �rst completely rigorous derivation of ZZ estimators for fully discrete schemes for evolution problems, without any restrictive assumption on the timestep size. An essential tool for the analysis is the elliptic reconstruction technique.Our theoretical results are backed with extensive numerical experimentation aimed at (a) testing the practical sharpness and asymptotic behaviour of the error estimator against the error, and (b) deriving an adaptive method based on our estimators. An extra novelty provided is an implementation of a coarsening error "preindicator", with a complete implementation guide in ALBERTA in the appendix.

Comparing finite state machine test coverage criteria

To plan testing activities, testers face the challenge of determining a strategy, including a test coverage criterion that offers an acceptable compromise between the available resources and test goals. Known theoretical properties of coverage criteria do not always help and, thus, empirical data are needed. The results of an experimental evaluation of several coverage criteria for finite state machines (FSMs) are presented, namely, state and transition coverage; initialisation fault and transition fault coverage. The first two criteria focus on FSM structure, whereas the other two on potential faults in FSM implementations. The authors elaborate a comparison approach that includes random generation of FSM, construction of an adequate test suite and test minimisation for each criterion to ensure that tests are obtained in a uniform way. The last step uses an improved greedy algorithm.

Checking Completeness of Tests for Finite State Machines

In testing from a Finite State Machine (FSM), the generation of test suites which guarantee full fault detection, known as complete test suites, has been a long-standing research topic. In this paper, we present conditions that are sufficient for a test suite to be complete. We demonstrate that the existing conditions are special cases of the proposed ones. An algorithm that checks whether a given test suite is complete is given. The experimental results show that the algorithm can be used for relatively large FSMs and test suites.