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2014 | OriginalPaper | Buchkapitel

Formally Verified Computation of Enclosures of Solutions of Ordinary Differential Equations

verfasst von : Fabian Immler

Erschienen in: NASA Formal Methods

Verlag: Springer International Publishing

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Ordinary differential equations (ODEs) are ubiquitous when modeling continuous dynamics. Classical numerical methods compute approximations of the solution, however without any guarantees on the quality of the approximation. Nevertheless, methods have been developed that are supposed to compute enclosures of the solution.

In this paper, we demonstrate that enclosures of the solution can be verified with a high level of rigor: We implement a functional algorithm that computes enclosures of solutions of ODEs in the interactive theorem prover Isabelle/HOL, where we formally verify (and have mechanically checked) the safety of the enclosures against the existing theory of ODEs in Isabelle/HOL.

Our algorithm works with dyadic rational numbers with statically fixed precision and is based on the well-known Euler method. We abstract discretization and round-off errors in the domain of affine forms. Code can be extracted from the verified algorithm and experiments indicate that the extracted code exhibits reasonable efficiency.

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Metadaten
Titel
Formally Verified Computation of Enclosures of Solutions of Ordinary Differential Equations
verfasst von
Fabian Immler
Copyright-Jahr
2014
Verlag
Springer International Publishing
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-319-06200-6_9