[發明專利]含隨機數軟件測試數據生成問題的優化模型及進化求解

有效

• 申請號: 201410139311.6
• 申請日: 2014-04-08
• 公開（公告）號: CN103902455A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 姚香娟;鞏敦衛;王文亮;李彬;張功杰;田甜
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G06F11/36
• 分類號: G06F11/36
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及含隨機數軟件的測試問題，設計了含隨機數軟件測試數據生成問題的優化模型及進化求解方法。含隨機數軟件在運行時行為具有很大的不確定性，因此，必須采用全新的方法進行研究。采用進化優化方法建立含隨機數軟件的數學模型時，個體適應值的表示和優劣比較都變得更為困難，生成有效測試數據的難度更大。本發明擬通過不確定優化、概率論和模糊數學等相關知識，給出含隨機數軟件的測試充分性原則，依此建立含隨機數軟件測試數據生成問題的不確定優化模型，并提出相應的進化求解方法，這些都將為復雜性軟件的測試提供理論和方法上的支持，從而有效提高含隨機數軟件測試的質量，具有重要的推廣應用價值。計算機軟件有非常明確的產業需求，對國民經濟和社會發展，以及國家安全具有非常重要的作用，其質量一直是業內非常關注且難以有效解決的問題。本發明的研究成果將應用于含隨機數軟件測試中，以提高軟件測試效率，從而產生高可信度的軟件，具有明顯的經濟效益和社會效益。?

背景技術

計算機軟件是信息產業的重要組成部分，對國民經濟和社會發展起著至關重要的作用，其質量一直是人們非常關注的問題。這是因為，劣質軟件不但導致高昂的維護成本，而且還可能導致用戶的巨額財產損失甚至嚴重的國家安全和環境問題。千年蟲問題、迪斯尼的獅子王問題、阿麗亞娜5型火箭爆炸事件，以及風云一號衛星問題等就是最有力的說明。?

軟件測試是提高和保障軟件質量的重要手段，在軟件生命周期中占據重要的地位。已有研究數據顯示，軟件測試占開發成本的50％以上，包括：明確測試需求、準備測試數據、執行被測軟件，以及評價與分析測試結果等諸多環節。對于一些要求高可靠、高安全的軟件，測試費用可能相當于整個軟件項目開發所有費用的3至5倍。由此可見，要成功開發出高質量的軟件產品，必須加強和重視對軟件的測試工作。而軟件測試的核心，是采用有針對性的理論和方法，生成有效的測試數據，以滿足既定的測試充分性準則。?

現有的軟件測試方法都是針對常規軟件的。而現實中的軟件內部往往含有隨機數或其它不確定因素，從而導致軟件在運行時行為具有很大的不確定性，具體表現為：利用相同輸入多次執行程序，可能會穿越不同的路徑、覆蓋不同的語句，具有不同的輸出等。對于內部含有隨機數等不確定因素的復雜軟件，傳統的測試數據生成方法往往難以奏效。?

目前，也有學者對運行結果具有不確定性的軟件測試問題展開了研究，并產生了許多相關研究成果，但卻很少是針對含隨機數軟件的。另一方面，隨機數又廣泛存在于實際的軟件中，小至Windows包含的小游戲，大到Windows操作系統，以及各種網絡軟件等都需用到隨機數，因此對含隨機數軟件測試數據生成問題的研究具有普遍的現實意義。?

發明內容

軟件測試自動化可以提高軟件測試的效率和質量，自動生成測試數據是軟件測試自動化的核心。對于內部含有隨機數等不確定參數的復雜軟件，傳統的測試數據生成方法往往難以奏效。?

本發明針對含隨機數被測軟件，研究其基于進化優化的測試數據生成理論與方法，通過研究，擬給出含隨機數軟件可靠性測試充分性準則，為該類軟件的測試提供理論依據和方法；建立含隨機數軟件測試數據生成問題的數學模型，把測試數據生成問題轉化為不確定優化問題；提出相應的進化優化求解方法。?

本發明所要解決的技術問題：本發明針對內部含有隨機數的軟件，給出了一種基于進化優化的測試數據生成理論與方法。首先，建立了含隨機數軟件的測試充分性準則；在此基礎上，給出含隨機數軟件測試數據生成問題的隨機規劃模型，并提出了相應的進化求解方法；最后，把相應方法應用于實際的含有隨機數的軟件測試中，實驗結果表明該方法生成的測試數據具有很高的覆蓋率及檢錯能力。?

本發明的技術解決方案：一種基于進化優化的測試數據生成理論與方法，其特征包含以下步驟：?

步驟1：含隨機數軟件測試充分性理論研究。?

首先，研究含隨機數軟件測試充分性基礎理論與方法，為該類軟件的測試提供支持。一個軟件系統是否被充分測試依賴于所選取的測試充分性準則。如果軟件內部包含隨機數，那么測試數據所能覆蓋的語句、穿越的路徑以及輸出的結果等都將變成隨機的。因此，傳統的測試充分性準則將不再適用。本發明擬以概率統計為工具，研究基于覆蓋的含隨機數軟件測試充分性準則的合理描述方法，建立了立含隨機數軟件測試充分性準則的可靠性評價體系。?

準則1：對給定的測試目標（語句、分支、路徑等）集，在程序的輸入空間尋找測試數據集，使得以該測試數據集為輸入程序運行時，每個測試目標被執行的概率達到給定的閾值。?