严密系统设计——方法、趋势与挑战

本书提出了一种基于形式化模型的严密的系统设计方法，详细阐述了严密系统设计方法的基本原理，介绍了严密系统设计框架BIP（Behavior, Interaction, Priority）的建模语言、形式语义及其工具链。

自主系统是人工智能技术应用落地的重要形态，本书讨论了自主系统设计的趋势和挑战，阐述了一种集成模型驱动方法与数据驱动方法的思路，并提出了一种新的基于替换测试的智能测试方法，用以判断自主系统在完成多种不同类型任务方面的智能水平。

目 录

第1章 引言 1

1.1 系统设计的概念 2

1.2 系统的演变过程 6

1.3 传统的系统设计方法 12

1.3.1 “V-模型”方法的设计流程 13

1.3.2 “V-模型”方法的假设条件 17

1.4 本书组织结构 19

参考文献 21

第2章 系统设计的正确性和复杂性 23

2.1 正确性内涵 24

2.1.1 可信性 25

2.1.2 关键等级 31

2.2 复杂性挑战 36

2.2.1 设计复杂性 37

2.2.2 模型复杂性 39

参考文献 44

第3章 严密系统设计方法 46

3.1 基本思想 47

3.2 关注点分离 50

3.2.1 从需求到应用软件 52

3.2.2 从应用软件到软硬件融合系统 56

3.3 基于组件的设计 59

3.3.1 基本原则 59

3.3.2 组件框架 61

3.4 语义连贯的设计 65

3.5 “构造即正确”的设计 70

3.5.1 基本原理 70

3.5.2 水平正确性 73

3.5.3 垂直正确性 76

3.6 实践讨论 78

参考文献 81

第4章 基于 BIP 的系统设计框架 86

4.1 BIP框架介绍 87

4.2 BIP语言 92

4.2.1 原子组件 93

4.2.2 连接器 98

4.2.3 优先级 103

4.2.4 复合组件 104

4.3 BIP编译器与引擎 108

4.3.1 BIP操作语义 108

4.3.2 BIP编译器 111

4.3.3 BIP引擎 112

4.4 案例：Dala自主机器人 114

4.4.1 自主机器人功能需求建模 114

4.4.2 基于模型的代码生成 120

4.4.3 形式化验证 121

参考文献 123

第5章 自主系统的设计方法 126

5.1 自主系统的内涵 127

5.1.1 自主系统的功能架构 127

5.1.2 自主系统的目标管理 130

5.1.3 自主系统与自动化系统 133

5.1.4 自主系统的混合设计 137

5.2 自主系统的测试 139

5.2.1 测试的基本原理 141

5.2.2 基于仿真的测试 144

5.3 知识的生成与应用 147

5.3.1 知识的类型 148

5.3.2 知识的生成 150

5.4 自主系统的可信性评估 155

参考文献 160

第6章 自主系统的智能测试 164

6.1 智能的内涵 165

6.1.1 自主系统的视角 165

6.1.2 人类智能的视角 167

6.2 智能测试方法 170

6.2.1 替换测试的概念 171

6.2.2 通用测试框架 174

6.3 智能测试的适用性 179

参考文献 183

第7章 系统设计的挑战与展望 189

参考文献 195