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CTL*

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2101: 3378: 1786: 3143: 2096:{\displaystyle {\bigg (}({\mathcal {M}},s)\models \Phi _{1}\Leftrightarrow \Phi _{2}{\bigg )}\Leftrightarrow {\bigg (}{\Big (}{\big (}({\mathcal {M}},s)\models \Phi _{1}{\big )}\land {\big (}({\mathcal {M}},s)\models \Phi _{2}{\big )}{\Big )}\lor {\Big (}\neg {\big (}({\mathcal {M}},s)\models \Phi _{1}{\big )}\land \neg {\big (}({\mathcal {M}},s)\models \Phi _{2}{\big )}{\Big )}{\bigg )}} 1780: 1402: 1591: 426: 249: 3137: 3835: 2855: 3373:{\displaystyle {\bigg (}\pi \models \phi _{1}\Leftrightarrow \phi _{2}{\bigg )}\Leftrightarrow {\bigg (}{\Big (}{\big (}\pi \models \phi _{1}{\big )}\land {\big (}\pi \models \phi _{2}{\big )}{\Big )}\lor {\Big (}\neg {\big (}\pi \models \phi _{1}{\big )}\land \neg {\big (}\pi \models \phi _{2}{\big )}{\Big )}{\bigg )}} 2996: 1597: 1219: 1408: 1213: 255: 1019: 3645: 3551: 111: 3002: 2644: 3651: 2714: 2720: 2861: 2309: 2180: 1111: 3457: 1775:{\displaystyle {\Big (}({\mathcal {M}},s)\models \Phi _{1}\Rightarrow \Phi _{2}{\Big )}\Leftrightarrow {\Big (}{\big (}({\mathcal {M}},s)\not \models \Phi _{1}{\big )}\lor {\big (}({\mathcal {M}},s)\models \Phi _{2}{\big )}{\Big )}} 1397:{\displaystyle {\Big (}({\mathcal {M}},s)\models \Phi _{1}\land \Phi _{2}{\Big )}\Leftrightarrow {\Big (}{\big (}({\mathcal {M}},s)\models \Phi _{1}{\big )}\land {\big (}({\mathcal {M}},s)\models \Phi _{2}{\big )}{\Big )}} 1586:{\displaystyle {\Big (}({\mathcal {M}},s)\models \Phi _{1}\lor \Phi _{2}{\Big )}\Leftrightarrow {\Big (}{\big (}({\mathcal {M}},s)\models \Phi _{1}{\big )}\lor {\big (}({\mathcal {M}},s)\models \Phi _{2}{\big )}{\Big )}} 3900: 1117: 421:{\displaystyle \phi ::=\Phi \mid (\neg \phi )\mid (\phi \land \phi )\mid (\phi \lor \phi )\mid (\phi \Rightarrow \phi )\mid (\phi \Leftrightarrow \phi )\mid X\phi \mid F\phi \mid G\phi \mid \mid } 926: 244:{\displaystyle \Phi ::=\bot \mid \top \mid p\mid (\neg \Phi )\mid (\Phi \land \Phi )\mid (\Phi \lor \Phi )\mid (\Phi \Rightarrow \Phi )\mid (\Phi \Leftrightarrow \Phi )\mid A\phi \mid E\phi } 3557: 3463: 3132:{\displaystyle {\Big (}\pi \models \phi _{1}\Rightarrow \phi _{2}{\Big )}\Leftrightarrow {\Big (}{\big (}\pi \not \models \phi _{1}{\big )}\lor {\big (}\pi \models \phi _{2}{\big )}{\Big )}} 2468: 3830:{\displaystyle {\Big (}\pi \models {\Big )}\Leftrightarrow {\Big (}\exists n\geqslant 0:{\big (}\pi \models \phi _{2}\land \forall 0\leqslant k<n:~\pi \models \phi _{1}{\big )}{\Big )}} 2560: 2552: 4033: 30:(LTL). It freely combines path quantifiers and temporal operators. Like CTL, CTL* is a branching-time logic. The formal semantics of CTL* formulae are defined with respect to a given 633: 2850:{\displaystyle {\Big (}\pi \models \phi _{1}\land \phi _{2}{\Big )}\Leftrightarrow {\Big (}{\big (}\pi \models \phi _{1}{\big )}\land {\big (}\pi \models \phi _{2}{\big )}{\Big )}} 2991:{\displaystyle {\Big (}\pi \models \phi _{1}\lor \phi _{2}{\Big )}\Leftrightarrow {\Big (}{\big (}\pi \models \phi _{1}{\big )}\lor {\big (}\pi \models \phi _{2}{\big )}{\Big )}} 2650: 77:
community, while CTL* is of practical importance because it provides an expressive testbed for representing and comparing these and other logics. This is surprising because the
2393: 695: 2236: 2107: 527: 918: 1025: 594:) has to be directly preceded by a quantifier, while in CTL* this is not required. The universal path quantifier may be defined in CTL* in the same way as for classical 3384: 2359: 2230: 735: 2416: 809: 772: 592: 2500: 2332: 2203: 892: 497: 473: 872: 832: 449: 846:. As the names imply, state formulae are interpreted with respect to the states of this structure, while path formulae are interpreted over paths on it. 1208:{\displaystyle {\Big (}({\mathcal {M}},s)\models \neg \Phi {\Big )}\Leftrightarrow {\Big (}({\mathcal {M}},s)\not \models \Phi {\Big )}} 4089: 3963: 4074: 78: 3918: 1014:{\displaystyle {\Big (}({\mathcal {M}},s)\models \top {\Big )}\land {\Big (}({\mathcal {M}},s)\not \models \bot {\Big )}} 3640:{\displaystyle {\Big (}\pi \models G\phi {\Big )}\Leftrightarrow {\Big (}\forall n\geqslant 0:\pi \models \phi {\Big )}} 3546:{\displaystyle {\Big (}\pi \models F\phi {\Big )}\Leftrightarrow {\Big (}\exists n\geqslant 0:\pi \models \phi {\Big )}} 814:
Remark: When taking LTL as subset of CTL*, any LTL formula is implicitly prefixed with the universal path quantifier
2639:{\displaystyle {\Big (}\pi \models \Phi {\Big )}\Leftrightarrow {\Big (}({\mathcal {M}},s_{0})\models \Phi {\Big )}} 2421: 3988: 3877: 2505: 23: 600: 4094: 2709:{\displaystyle {\Big (}\pi \models \neg \phi {\Big )}\Leftrightarrow {\Big (}\pi \not \models \phi {\Big )}} 553: 2304:{\displaystyle {\Big (}({\mathcal {M}},s)\models E\phi {\Big )}\Leftrightarrow {\Big (}\pi \models \phi } 2175:{\displaystyle {\Big (}({\mathcal {M}},s)\models A\phi {\Big )}\Leftrightarrow {\Big (}\pi \models \phi } 27: 4070: 4056:
Ph. Schnoebelen: The Complexity of Temporal Logic Model Checking. Advances in Modal Logic 2002: 393–436
2372: 647: 506: 102: 1106:{\displaystyle {\Big (}({\mathcal {M}},s)\models p{\Big )}\Leftrightarrow {\Big (}p\in L(s){\Big )}} 897: 3949: 3452:{\displaystyle {\Big (}\pi \models X\phi {\Big )}\Leftrightarrow {\Big (}\pi \models \phi {\Big )}} 534: 98: 43: 73:
CTL and LTL were developed independently before CTL*. Both sublogics have become standards in the
4047: 4013: 4005: 3924: 595: 2337: 2208: 3959: 3914: 702: 2398: 779: 742: 559: 4039: 3997: 3906: 3867: 2473: 2314: 2185: 843: 530: 31: 877: 482: 458: 94: 4046:: "Sometimes" and "not never" revisited: on branching versus linear time temporal logic. 4043: 3983: 3979: 3945: 3897:
Emerson, E. Allen; Halpern, Joseph Y. (1983). ""Sometimes" and "Not Never" revisited".
3872: 3862: 3846: 3845:
CTL* model checking (of an input formula on a fixed model) is PSPACE-complete and the
857: 817: 546: 452: 434: 74: 67: 59: 4083: 63: 55: 4017: 3928: 51: 4066: 4029: 47: 3953: 3910: 81:
of model checking in CTL* is not worse than that of LTL: they both lie in
3850: 4051: 101:
is generated by the following unambiguous (with respect to bracketing)
4009: 82: 4001: 3901:
ACM SIGPLAN-SIGACT Symposium on Principles of Programming Languages
529:
as well as implication and equivalence can be defined as just for
3955:
Principles of Model Checking (Representation and Mind Series)
503:. (The above grammar contains some redundancies; for example 2602: 2252: 2123: 2045: 1993: 1927: 1878: 1802: 1731: 1682: 1613: 1542: 1493: 1424: 1353: 1304: 1235: 1178: 1133: 1041: 984: 942: 537:) from negation and conjunction, and the temporal operators 4032:: The temporal logic of programs. Proceedings of the 18th 4034:
IEEE Annual Symposium on Foundations of Computer Science
842:
The semantics of CTL* are defined with respect to some
455:. Valid CTL*-formulae are built using the nonterminal 16:
Branching-time logic that is a superset of LTL and CTL
3654: 3560: 3466: 3387: 3146: 3005: 2864: 2723: 2653: 2563: 2508: 2476: 2424: 2401: 2375: 2340: 2317: 2239: 2211: 2188: 2110: 1789: 1600: 1411: 1222: 1120: 1028: 929: 900: 880: 860: 820: 782: 745: 705: 650: 635:, although this is not possible in the CTL fragment. 603: 562: 509: 485: 461: 437: 258: 114: 920:. This relation is defined inductively as follows: 3829: 3639: 3545: 3451: 3372: 3131: 2990: 2849: 2708: 2638: 2546: 2494: 2462: 2410: 2387: 2353: 2326: 2303: 2224: 2197: 2174: 2095: 1774: 1585: 1396: 1207: 1105: 1013: 912: 886: 874:of the Kripke structure satisfies a state formula 866: 826: 803: 766: 729: 689: 627: 586: 521: 491: 467: 443: 420: 243: 3822: 3709: 3699: 3657: 3632: 3592: 3582: 3563: 3538: 3498: 3488: 3469: 3444: 3419: 3409: 3390: 3365: 3358: 3282: 3272: 3202: 3195: 3185: 3149: 3124: 3054: 3044: 3008: 2983: 2913: 2903: 2867: 2842: 2772: 2762: 2726: 2701: 2685: 2675: 2656: 2631: 2592: 2582: 2566: 2346: 2287: 2277: 2242: 2217: 2158: 2148: 2113: 2088: 2081: 1973: 1963: 1861: 1854: 1844: 1792: 1767: 1665: 1655: 1603: 1578: 1476: 1466: 1414: 1389: 1287: 1277: 1225: 1200: 1168: 1158: 1123: 1098: 1073: 1063: 1031: 1006: 974: 964: 932: 644:CTL* formula that is neither in LTL or in CTL: 4036:(FOCS), 1977, 46–57. DOI= 10.1109/SFCS.1977.32 2463:{\displaystyle \pi =s_{0}\to s_{1}\to \cdots } 3815: 3731: 3351: 3328: 3315: 3292: 3265: 3242: 3232: 3209: 3117: 3094: 3084: 3061: 2976: 2953: 2943: 2920: 2835: 2812: 2802: 2779: 2074: 2035: 2022: 1983: 1956: 1917: 1907: 1868: 1760: 1721: 1711: 1672: 1571: 1532: 1522: 1483: 1382: 1343: 1333: 1294: 8: 556:. However, in CTL, every temporal operator ( 3986:(June 1999). "Church's problem revisited". 2547:{\displaystyle s_{n}\to s_{n+1}\to \cdots } 2470:is also defined inductively. For this, let 552:The operators basically are the same as in 3821: 3820: 3814: 3813: 3807: 3755: 3730: 3729: 3708: 3707: 3698: 3697: 3688: 3675: 3656: 3655: 3653: 3631: 3630: 3591: 3590: 3581: 3580: 3562: 3561: 3559: 3537: 3536: 3497: 3496: 3487: 3486: 3468: 3467: 3465: 3443: 3442: 3418: 3417: 3408: 3407: 3389: 3388: 3386: 3364: 3363: 3357: 3356: 3350: 3349: 3343: 3327: 3326: 3314: 3313: 3307: 3291: 3290: 3281: 3280: 3271: 3270: 3264: 3263: 3257: 3241: 3240: 3231: 3230: 3224: 3208: 3207: 3201: 3200: 3194: 3193: 3184: 3183: 3177: 3164: 3148: 3147: 3145: 3123: 3122: 3116: 3115: 3109: 3093: 3092: 3083: 3082: 3076: 3060: 3059: 3053: 3052: 3043: 3042: 3036: 3023: 3007: 3006: 3004: 2982: 2981: 2975: 2974: 2968: 2952: 2951: 2942: 2941: 2935: 2919: 2918: 2912: 2911: 2902: 2901: 2895: 2882: 2866: 2865: 2863: 2841: 2840: 2834: 2833: 2827: 2811: 2810: 2801: 2800: 2794: 2778: 2777: 2771: 2770: 2761: 2760: 2754: 2741: 2725: 2724: 2722: 2700: 2699: 2684: 2683: 2674: 2673: 2655: 2654: 2652: 2630: 2629: 2614: 2601: 2600: 2591: 2590: 2581: 2580: 2565: 2564: 2562: 2526: 2513: 2507: 2475: 2448: 2435: 2423: 2400: 2374: 2345: 2344: 2339: 2316: 2286: 2285: 2276: 2275: 2251: 2250: 2241: 2240: 2238: 2216: 2215: 2210: 2187: 2157: 2156: 2147: 2146: 2122: 2121: 2112: 2111: 2109: 2087: 2086: 2080: 2079: 2073: 2072: 2066: 2044: 2043: 2034: 2033: 2021: 2020: 2014: 1992: 1991: 1982: 1981: 1972: 1971: 1962: 1961: 1955: 1954: 1948: 1926: 1925: 1916: 1915: 1906: 1905: 1899: 1877: 1876: 1867: 1866: 1860: 1859: 1853: 1852: 1843: 1842: 1836: 1823: 1801: 1800: 1791: 1790: 1788: 1766: 1765: 1759: 1758: 1752: 1730: 1729: 1720: 1719: 1710: 1709: 1703: 1681: 1680: 1671: 1670: 1664: 1663: 1654: 1653: 1647: 1634: 1612: 1611: 1602: 1601: 1599: 1577: 1576: 1570: 1569: 1563: 1541: 1540: 1531: 1530: 1521: 1520: 1514: 1492: 1491: 1482: 1481: 1475: 1474: 1465: 1464: 1458: 1445: 1423: 1422: 1413: 1412: 1410: 1388: 1387: 1381: 1380: 1374: 1352: 1351: 1342: 1341: 1332: 1331: 1325: 1303: 1302: 1293: 1292: 1286: 1285: 1276: 1275: 1269: 1256: 1234: 1233: 1224: 1223: 1221: 1199: 1198: 1177: 1176: 1167: 1166: 1157: 1156: 1132: 1131: 1122: 1121: 1119: 1097: 1096: 1072: 1071: 1062: 1061: 1040: 1039: 1030: 1029: 1027: 1005: 1004: 983: 982: 973: 972: 963: 962: 941: 940: 931: 930: 928: 899: 879: 859: 819: 781: 744: 704: 649: 602: 561: 508: 484: 460: 436: 257: 113: 3889: 628:{\displaystyle A\phi =\neg E\neg \phi } 776:CTL* formula that is in CTL and LTL: 7: 4052:http://doi.acm.org/10.1145/4904.4999 3940: 3938: 479:, while those created by the symbol 3764: 3714: 3597: 3503: 3323: 3287: 2667: 2626: 2577: 2063: 2030: 2011: 1978: 1945: 1896: 1833: 1820: 1749: 1700: 1644: 1631: 1560: 1511: 1455: 1442: 1371: 1322: 1266: 1253: 1195: 1153: 1150: 1001: 959: 907: 881: 619: 613: 547:sufficient to define the other two 516: 510: 462: 274: 265: 217: 211: 199: 193: 181: 175: 163: 157: 145: 142: 127: 121: 115: 50:in 1977. Four years later in 1981 14: 4050:33, 1 (Jan. 1986), 151–178. DOI= 2388:{\displaystyle \pi \models \phi } 690:{\displaystyle EX(p)\land AFG(p)} 4075:Free University of Bozen-Bolzano 739:CTL formula that is not in LTL: 699:LTL formula that is not in CTL: 522:{\displaystyle \Phi \lor \Phi } 46:of computer programs, first by 3797: 3791: 3745: 3739: 3704: 3694: 3668: 3621: 3615: 3587: 3527: 3521: 3493: 3433: 3427: 3414: 3190: 3170: 3049: 3029: 2908: 2767: 2680: 2620: 2597: 2587: 2538: 2519: 2489: 2483: 2454: 2441: 2282: 2263: 2247: 2153: 2134: 2118: 2056: 2040: 2004: 1988: 1938: 1922: 1889: 1873: 1849: 1829: 1813: 1797: 1742: 1726: 1693: 1677: 1660: 1640: 1624: 1608: 1553: 1537: 1504: 1488: 1471: 1435: 1419: 1364: 1348: 1315: 1299: 1282: 1246: 1230: 1189: 1173: 1163: 1144: 1128: 1093: 1087: 1068: 1052: 1036: 995: 979: 953: 937: 913:{\displaystyle s\models \Phi } 798: 792: 761: 755: 724: 718: 684: 678: 663: 657: 415: 403: 397: 385: 352: 346: 340: 334: 328: 322: 316: 304: 298: 286: 280: 271: 220: 214: 208: 202: 196: 190: 184: 172: 166: 154: 148: 139: 42:LTL had been proposed for the 1: 475:. 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Index

computational tree logic
linear temporal logic
Kripke structure
verification
Amir Pnueli
E. M. Clarke
E. A. Emerson
model checking
E. A. Emerson
Joseph Y. Halpern
model checking
computational complexity
PSPACE
language
well-formed CTL* formulae
context-free grammar
atomic formulas
Boolean algebras
propositional logic
sufficient to define the other two
CTL
predicate calculus
Kripke structure
satisfiability
2EXPTIME
Temporal logic
Kripke structure
Model checking
Reo Coordination Language
ACM SIGPLAN-SIGACT Symposium on Principles of Programming Languages

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