本發明屬于軟件工程,更具體地說,特別涉及基于模版映射的自然語言驅動形式化語義提取的方法、裝置、設備及存儲介質。
背景技術:
1、隨著信息技術的快速發展,安全關鍵系統在各個領域的應用越來越廣泛,如航空航天、軌道交通、醫療設備等。這類系統一旦發生故障,往往會造成嚴重的人身傷亡和財產損失,因此保證系統需求的完整性和一致性至關重要。然而,傳統的需求檢查方法通常耗時且昂貴,而且往往難以在開發的早期階段有效地發現潛在問題。為此,工業界迫切需要一種能夠盡早、自動地發現系統故障的方法,以提高系統的安全性和可靠性。
2、形式化方法作為一種基于數學邏輯的技術手段,為安全關鍵系統的需求驗證提供了強大的支持。通過形式化方法,可以將自然語言描述的需求轉化為精確的數學模型,進而利用邏輯推理和自動驗證技術來確保需求的完整性和一致性。然而,形式化方法在實際應用中面臨著諸多挑戰。首先,非專業的工業用戶往往難以理解和掌握形式化語言的復雜語法和邏輯規則,這使得他們在項目和應用程序中難以有效地應用形式化方法。其次,現有的形式化驗證工具往往缺乏直觀性和易用性,難以提供對需求完整性進行自動驗證的有效方法。
3、此外,盡管形式符號在理論上具有強大的表達能力,但在實際應用中卻往往得不到充分的利用。一方面,像線性時態邏輯(ltl)這樣的形式化語言由于其抽象性和復雜性,使得非專業人員難以掌握和使用;另一方面,現有的形式化方法往往缺乏對非形式化需求的可追溯性支持,這使得在需求變更或系統升級時難以保持驗證的一致性。
4、為了解決上述問題,一種基于模板的需求規范和驗證方法通過設計直觀易懂的描述語言來形式化自然語言描述的需求,并使用通用模板來規范需求的表述方式。通過這種方式,非專業的工業用戶可以更加便捷地使用形式化方法,降低學習成本和使用門檻。同時,基于模板的驗證方法還能夠提供對需求完整性的自動驗證,進一步提高系統的安全性和可靠性。
5、需求規范模板化技術為安全關鍵系統的自動化驗證提供了一種新的解決方案。通過設計合理的模板,可以將自然語言描述的需求轉化為具有統一格式和語法的結構化描述,進而利用形式化方法進行自動驗證,不僅提高驗證的效率和準確性,還降低驗證過程中的錯誤率和成本。在實際應用中,該技術與現有的形式化驗證工具相結合,形成一套完整的自動化驗證系統,可以實現對安全關鍵系統需求的全面覆蓋和自動驗證,從而確保系統的安全性和可靠性。此外,該系統還可以提供對需求變更的靈活支持,確保在需求變更或系統升級時能夠保持驗證的一致性。
6、基于模版映射的自然語言驅動形式化語義提取方法是通過定義需求規范通用模版,自動化地將自然語言描述的規范轉化為邏輯公式描述的形式化語義,降低了工業用戶的使用門檻,有利于形式化方法在工業界的推廣和應用,提高安全關鍵系統的安全性和可靠性。
技術實現思路
1、為了解決上述技術問題,本發明提供了基于模版映射的自然語言驅動形式化語義提取的方法、裝置、設備及存儲介質,以解決現有技術中,模型驅動開發的軟件開發方式中存在的形式化驗證效率低、成本高的技術問題。
2、本發明基于模版映射的自然語言驅動形式化語義提取的方法、裝置、設備及存儲介質的目的與功效,由以下具體技術手段所達成:
3、一種基于模版映射的自然語言驅動形式化語義提取的方法,包括有以下步驟:
4、s101:基于形式化語義,根據自然語言和形式化語義的映射關系,定義需求規范通用模板;
5、s102:借助需求規范通用模版,將自然語言描述的規范轉換為邏輯公式,實現自然語言的形式化語義提取。
6、在一個優選地實施方式中,在s101中,基于形式化語義,根據自然語言和形式化語義的映射關系,定義需求規范通用模板,包括:
7、基于ltl,ctl,tctl形式化語義,根據自然語言和形式化語義的映射關系,定義需求規范通用模板,所述需求規范通用模板分為定性規范模版和實時規范模版;
8、其中,所述定性規范模版分為發生類模版和順序類模版,每個定性模板都包括一個作用域和到邏輯公式的映射;
9、所述實時規范模板包括實時發生類模版和實時順序類模版,每個實時模板都包括一個作用域和到實時時間邏輯的映射。
10、在一個優選地實施方式中,在s102中,借助需求規范通用模版,將自然語言描述的規范轉換為邏輯公式,實現自然語言的形式化語義提取,包括:
11、根據規范的自然語言描述,確定其事件、事件的實物化、響應和優先級等信息,選擇合適的作用域和需求規范通用模版;
12、根據需求規范通用模版,自定義變量、宏、實例等信息,將自然語言描述的需求規范轉換為相同語義的邏輯公式,實現自然語言的形式化語義提取。
13、一種基于模版映射的自然語言驅動形式化語義提取的裝置,包括有模板管理模塊、性質管理模塊與映射配置模塊;
14、所述模板管理模塊,用于定義并管理需求規范通用模板,根據上述的基于模版映射的自然語言驅動形式化語義提取的方法,定義需求規范通用模板;
15、所述性質管理模塊,用于管理輸入的自然語言需求規范,根據上述基于模版映射的自然語言驅動形式化語義提取的方法,提供需求規范通用模板并記錄輸入的自然語言需求規范;
16、所述映射配置模塊用于將自然語言需求規范映射到需求規范通用模板定義的原子命題上,根據上述基于模版映射的自然語言驅動形式化語義提取的方法,將其轉換為邏輯公式描述的形式化語義,實現自然語言的形式化語義提取。
17、一種基于模版映射的自然語言驅動形式化語義提取的設備,包括處理器和存儲有程序指令的存儲器,所述處理器被配置為在執行所述程序指令時,執行上述的基于模版映射的自然語言驅動形式化語義提取的方法。
18、一種基于模版映射的自然語言驅動形式化語義提取的存儲介質,其上存儲有計算機可讀指令,所述計算機可讀指令被存儲器執行,以實現上述的基于模版映射的自然語言驅動形式化語義提取的方法。
19、現有技術相比,本發明具有如下有益效果:
20、1.首先基于ltl、ctl和tctl形式化語義的元素定義,根據自然語言到形式化語義的映射關系,定義了需求規范通用模版;之后,借助定義的需求規范通用模版,確定輸入的自然語言描述規范的事件、作用域等信息,選擇合適的通用模版,通過自定義變量、宏、實例和狀態,將其轉換為邏輯公式描述的形式化語義;這種基于模板映射的自然語言驅動形式化語義提取方法,能夠降低對形式化方法使用者專業性的要求,可以顯著提高形式化性質規范的編寫速度。
21、2.通過將需求規范描述抽象為事件、實體等概念,并利用模板匹配這些概念元素,實現了自然語言規范到邏輯公式的自動轉換;這種基于模板的映射機制使提取工作規范化和自動化,減少了人工參與和錯誤概率,降低了軟件開發過程中的成本投入,同時也減少了因為主觀判斷導致的提取錯誤。
1.一種基于模版映射的自然語言驅動形式化語義提取的方法,其特征在于:包括有以下步驟:
2.根據權利要求1所述的基于模版映射的自然語言驅動形式化語義提取的方法,其特征在于:在s101中,基于形式化語義,根據自然語言和形式化語義的映射關系,定義需求規范通用模板,包括:
3.根據權利要求1所述的基于模版映射的自然語言驅動形式化語義提取的方法,其特征在于:在s102中,借助需求規范通用模版,將自然語言描述的規范轉換為邏輯公式,實現自然語言的形式化語義提取,包括:
4.一種基于模版映射的自然語言驅動形式化語義提取的裝置,其特征在于:包括有模板管理模塊(1001)、性質管理模塊(1002)與映射配置模塊(1003);
5.一種基于模版映射的自然語言驅動形式化語義提取的設備,其特征在于:包括處理器(1100)和存儲有程序指令的存儲器(1101),所述處理器(1100)被配置為在執行所述程序指令時,執行權利要求1至3任一項所述的基于模版映射的自然語言驅動形式化語義提取的方法。
6.一種基于模版映射的自然語言驅動形式化語義提取的存儲介質,其特征在于:其上存儲有計算機可讀指令,所述計算機可讀指令被存儲器(1101)執行,以實現權利要求1至3任一項所述的基于模版映射的自然語言驅動形式化語義提取的方法。