Формальные методы (Formal Methods)

Эта тема касается математических (строгих) методов программной инженерии.

К сожалению, SWEBOK не дает здесь какого-либо определения формальных методов, поэтому, хотелось бы привести в данном контексте характеристику, данную им одним из классиков программной инженерии – Ианом Соммервиллем [Соммервилл, 2002, стр. 188]: “Термин формальные методы подразумевает ряд операций, в состав которых входит создание формальной спецификации системы, анализ и доказательство спецификаций, реализация системы на основе преобразования формальной спецификации в программы и верификация программ. Все эти действия зависят от формальной спецификации программного обеспечения. Формальная спецификация – это системная спецификация, записанная на языке, словарь, синтаксис и семантика которого определены формально. Необходимость формального определения языка предполагает, что этот язык основывается на математических концепциях. Здесь используется область математики, которая называется дискретной математикой и основывается на алгебре, теории множеств и алгебре логики.”

Эти методы можно классифицировать в виде следующих категорий:

• Языки и нотации специфицирования (specification languages and notations). Языки спецификаций могут быть ориентированы на модель, свойства и поведение. По мнению автора, ярким примером такого рода методов являются формальные методы описания требований, интерес к которым периодически возникает на протяжении всей истории программной инженерии.
• Уточнение (refinement). Данные подходы связаны с уточнением (трансформацией) превращения спецификаций в конечный результат, максимально близкий желаемому. В качестве результата применения таких методов рассматривается конечный - исполнимый программный продукт.

Подтверждение/доказательство (verification/proving properties). Этот подход основывается на строгом доказательстве точности <любых> характеристик <исходных предпосылок и получаемого продукта> с использованием теорем и проверки точности моделей.

История программной инженерии показала, что в области разработки прикладных систем, обоснованность (в частности, в силу трудоемкости) применения формальных методов не подтверждается на практике, за исключением случаев “скрытого” (неявного для разработчиков) применения определенных формальных методов на уровне внутренней реализации конкретных инструментов программной инженерии, например, в средствах моделирования и проектирования. Иан Соммервилл дает такую характеристику формальным методам [Соммервилл, 2002, стр. 188]: “Традиционные технические дисциплины … обычно легко адаптируют математические методы. Однако инженерия программного обеспечения не идет таким путем. Хотя прошло более 25 лет исследований по использованию математических методов в процессе создания ПО, воздействие этих методов все же ограничено. Так называемые формальны методы … широко не используются. Многие компании, разрабатывающие ПО, не считают экономически выгодным применение этих методов в процессе разработки.”