[發(fā)明專利]一種基于規(guī)則的軟件體系結(jié)構(gòu)層性能演化優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410546025.1
• 申請日: 2014-10-16
• 公開（公告）號: CN104268278B
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 杜欣;倪友聰;葉鵬;謝大同;肖如良;汪春燕;昂鳳平;王曉紅;李松
• 申請（專利權(quán)）人: 福建師范大學(xué)
• 主分類號: G06F17/30
• 分類號: G06F17/30;G06N3/12
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司35100
• 代理人: 蔡學(xué)俊

1.一種基于規(guī)則的軟件體系結(jié)構(gòu)層性能演化優(yōu)化方法，其特征在于，采用遺傳算法進(jìn)行軟件體系結(jié)構(gòu)層性能演化優(yōu)化，包括以下步驟：

步驟A.進(jìn)行種群初始化：設(shè)置種群規(guī)模、交叉概率、變異概率、最大進(jìn)化代數(shù)、迭代數(shù)t＝0，并采用一定的個體編碼方法，隨機(jī)生成初始種群P(t)中的每個個體；所述個體編碼方法為：

任意個體的編碼X'＝<x'₁,x'₂,L,x'_k,L,x'_l'>均采用定長自然數(shù)編碼，碼長l’由下式定義：

$l^{\&prime;}=\underset{i=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}{u}_i$

其中u_i表示i號規(guī)則最多可使用的次數(shù)；規(guī)則號1到n表示對n條性能改進(jìn)規(guī)則的依次編號；特別地，引入0號規(guī)則表示不做任何動作的空規(guī)則，并令：1)0號規(guī)則最多可使用的次數(shù)u₀＝l’；2)0號規(guī)則作用在任何軟件體系結(jié)構(gòu)SA上都沒有性能改進(jìn)；3)由0號規(guī)則構(gòu)成的單規(guī)則序列作用在任何軟件體系結(jié)構(gòu)SA上得到的改進(jìn)后的軟件體系結(jié)構(gòu)仍是SA；

X’的每位x'_k滿足下式：

x'_k∈N∧0≤x'_k≤n

其中1≤k≤l'，N表示自然數(shù)；

X’中i號規(guī)則出現(xiàn)的次數(shù)記為h_i(X’)，其滿足下式：

h_i(X')≤u_i,0≤i≤n

步驟B.適應(yīng)度計算：輸入個體編碼X’、初始軟件體系結(jié)構(gòu)SA₀和空的規(guī)則使用歷史表T_RuleUseInHis，采用solveFitness算法計算P(t)中每個個體的適應(yīng)度值fitness，并更新T_RuleUseInHis表；T_RuleUseInHis表包括rulNum、loc、nxtRulNum、impNum、totNum五個字段，rulNum表示規(guī)則號，loc表示規(guī)則號在編碼中的位置，nxtRulNum表示loc+1位置的規(guī)則號，若loc+1大于碼長，則其值為-1，impNum表示在loc和loc+1位置的規(guī)則號分別是rulNum和nxtRulNum的情景下，rulNum對應(yīng)規(guī)則有改進(jìn)效果的使用次數(shù)，totNum表示在loc和loc+1位置的規(guī)則號分別是rulNum和nxtRulNum的情景下，rulNum對應(yīng)規(guī)則的使用總數(shù)；所述solveFitness算法包括以下步驟：

B1.將個體編碼X’中的0號規(guī)則依次全部刪除，獲得規(guī)則號序列X；

B2.將初始軟件體系結(jié)構(gòu)SA₀和規(guī)則號序列X作為一定的規(guī)則序列執(zhí)行算法的輸入，運(yùn)行所述規(guī)則序列執(zhí)行算法，輸出X對應(yīng)規(guī)則序列執(zhí)行前的系統(tǒng)響應(yīng)時間BRT和執(zhí)行后的系統(tǒng)響應(yīng)時間ART，以及序列中規(guī)則使用情況表T_RuleUseInSeq；T_RuleUseInSeq表包括rulNum、loc、isImp三個字段，rulNum表示規(guī)則號，loc表示規(guī)則號在X中的位置，isImp表示根據(jù)loc位置上編號為rulNum的規(guī)則執(zhí)行前后的系統(tǒng)響應(yīng)時間，判定該規(guī)則的應(yīng)用是否有性能改進(jìn)效果，是則isImp為1，否則為0；

B3.根據(jù)X對應(yīng)規(guī)則序列執(zhí)行前的系統(tǒng)響應(yīng)時間BRT和執(zhí)行后的系統(tǒng)響應(yīng)時間ART，計算兩者的差值Δ_RT；

B4.根據(jù)T_RuleUseInSeq表，統(tǒng)計有性能改進(jìn)效果的規(guī)則數(shù)impRulNum(X)和使用的總規(guī)則數(shù)totRulNum(X)，按下式計算出個體編碼X’的適應(yīng)度值fitness：

$fitness\left(X^{\&prime;}\right)={\mathrm{\&Delta;}}_{RT}\&times;\frac{impRulNum\left(X\right)}{totRulNum\left(X\right)}$

其中，X為刪除X’中出現(xiàn)的0號規(guī)則得到的規(guī)則號序列；

B5.根據(jù)T_RuleUseInSeq表，更新T_RuleUseInHis表；

B6.輸出適應(yīng)度值fitness和更新后的T_RuleUseInHis表，算法結(jié)束；

步驟C.選擇操作：采用基于精英保留的輪盤賭選擇策略在P(t)上進(jìn)行個體選擇，并生成臨時種群P₁(t)；

步驟D.交叉操作：采用帶約束檢查機(jī)制的一點(diǎn)交叉，對交叉操作生成的兩個新個體，從交叉位開始至最后一位依次檢查每位上的規(guī)則號是否違反最大出現(xiàn)次數(shù)的約束，若違反則將該位賦值為0；按此方法在P₁(t)上進(jìn)行交叉操作生成臨時種群P₂(t)；

步驟E.變異操作：采用帶約束檢查機(jī)制的一點(diǎn)變異，變異操作后執(zhí)行約束檢查，若變異后的規(guī)則號違反最大出現(xiàn)次數(shù)的約束，則將變異位賦值為0；按此方法在P₂(t)上進(jìn)行變異操作生成下一代種群；

步驟F.判斷是否滿足終止條件：最優(yōu)個體經(jīng)過多次迭代后其適應(yīng)度不再發(fā)生變化，或者迭代次數(shù)達(dá)到最大進(jìn)化代數(shù)，是則轉(zhuǎn)步驟G，否則基于步驟E得到的下一代種群，返回步驟B進(jìn)行下一次迭代；

步驟G.將最優(yōu)個體中出現(xiàn)0及沒有改進(jìn)效果的規(guī)則號依次刪除，獲得最優(yōu)改進(jìn)方案X并輸出。