Dafny证明中非稳健性的来源是什么



我偶尔(不经常,但足够经常(看到一个证明在Dafny中工作,然后一些看起来不相关的东西会改变(例如,变量名、与证明无关的函数定义等(,证明就会中断。

我很想知道发生这种情况的技术原因。我目前对电子匹配和量词实例化有一个大致的了解。对我来说,这些算法应该对这些看似无关的输入特征具有鲁棒性,这一点并不明显;也不清楚为什么它们不会是健壮的。我也不知道在实践中是否有任何考虑因素会导致E匹配实现的不健壮性。

通过";稳健";,我的意思是";将永远成功或永远不会成功,这与变量名等因素无关;。

因此,我有兴趣了解这种非鲁棒性的技术原因(无论是实际的还是理论的(。

我想在这里获得更多直觉的部分原因是,当我遇到这样的情况时,我可以用这样的方式修补证据,使其更加稳健。(相反,现在通常发生的情况是,我会以某种任意的方式修补证据,它会被修复,然后它会在稍后再次损坏。(

我希望找到的答案是类似于";Z3使用算法X,该算法使用复杂的启发式Y来确定何时放弃在搜索空间的一部分中搜索,并且很明显,Y取决于搜索顺序";。这样的答案可能不会帮助我写出更好的愚蠢证明,但它会满足我的好奇心。

这些问题都没有简单的答案。下面,我将总结我使用z3的经验。虽然Dafny的人可能会提供其他建议,但我大胆猜测,它适用于现有的所有此类(半(自动化证明工具。

众所周知,即使更改变量名也会使z3响应satunknown,请参阅本线程进行讨论。

当你使用Dafny/Boogie等时,它们会对你的程序执行大量转换,即使是简单的更改也会导致后端求解器表现出截然不同的行为。(注意,sat永远不应该变成unsat,反之亦然:这将是一个合法的错误。但事情可能会变成unknown,或者需要非常不同的时间。(下面是另一个讨论类似现象的线程。

根本原因总是要追溯到z3用于该问题的随机种子、选择的启发式方法以及可能影响搜索过程的大量设置。在您的终端上运行z3 -pd。截至今天;参数";你可以调整!几乎不可能尝试所有相关的选项,更不用说选择";右";设置。对";修改";为了回归的目的,可以选择性能最好的参数集,但这通常没有帮助,因为问题和求解器不断变化。

通过改变z3参数smt.random_seed=N,您甚至可以在完全相同的问题上获得不同的性能。对于不同的N值,性能可能会有所不同。

因此,作为一名从业者,你真的没什么可做的;不幸地尤其是如果你在z3上使用Dafny/Boogie这样的工具,它会增加自己的魔力。一个简单的想法是使用你的多个核心:用不同的种子、启发式方法、策略等在你的许多核心上启动求解器的许多实例,并选择最快的结果。当然,这说起来容易做起来难。

总之,这些解算器/系统中的大多数都是黑匣子。即使你对它们的内部了解很多,也很难总是";稳健地";使用它们。事实上,如果你能够想出一个不受这种差异影响的求解器/证明系统,那么能够做到这一点可能值得一篇博士级的论文。

作为最终用户,假设您使用的是SMTLib;普通的";您应该注意的技巧和陷阱可以帮助创建性能更好的模型。请参阅此答案以了解概述。

但也没有必要绝望。情况正在好转,与去年相比,今天的解决方案的性能提高了很多倍。SMT竞赛结果是跟踪进度的好方法。

祝你好运!

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