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基于动态集合进化的弱变异测试用例集生成

基于动态集合进化的弱变异测试用例集生成

作者：郭后钱北京化工大学

学位级别：硕士

软件测试日渐重要,基于变异的测试用例生成技术(Mutation-based Test Case Generation, MTCG)得到了学术界的广泛关注。变异测试是一种基于故障植入的软件测试技术,使用变异算子对被测程序语句进行合乎语法的微小改动,生成变异体。MTCG... 详细信息

软件测试日渐重要,基于变异的测试用例生成技术(Mutation-based Test Case Generation, MTCG)得到了学术界的广泛关注。变异测试是一种基于故障植入的软件测试技术,使用变异算子对被测程序语句进行合乎语法的微小改动,生成变异体。MTCG技术旨在生成极少的测试用例杀死尽可能多的变异体,以获得较高质量的测试用例集。然而,变异测试代价昂贵,无法应用于软件实际测试中,因此,如何降低变异执行开销是MTCG技术的重点研究内容之一。基于集合进化的弱变异测试用例集生成是一种较好的测试用例集生成方法,它以测试用例集为个体,以所有变异分支为目标生成测试用例集,但也存在下面两个问题:一是个体规模(即其包含的测试用例个数)在进化过程中是固定不变的,然而确定合适的个体规模较难。二是目前采用的适应度函数计算开销大,且不适合于以集合为个体的进化搜索。为此,本文提出了一种基于动态集合进化算法的弱变异测试用例集生成方法,通过增设集合精简算子,使个体规模在进化过程中根据执行情况动态调整,避免了个体初始规模对于测试用例集生成的影响;同时设计了一个适用于集合个体进化的适应度函数,能够对集合个体的优劣进行更为准确的评估,其计算开销较少,算法效率较高。此外,种群更新采取(μ,1+λ)更新策略,在父代中只保留最优个体来保证种群更新质量。该方法在满足弱变异测试准则的前提下,能够生成较小规模的弱变异测试用例集,且生成时间大大降低。将本文方法与基于集合进化的弱变异测试用例集生成方法在五组变异测试基准程序上进行实验比较,结果表明,本文方法不受个体初始规模影响,在满足弱变异测试准则的前提下,可以在更少的时间内生成规模更小的弱变异测试用例集,且规模平均减少了 50.15%,执行时间最高降低了 74.58%。因此,本文提出的动态集合进化算法为基于弱变异测试准则的测试用例集生成提供了一种可行的解决方案。

关键词：集合进化测试用例生成变异测试贪心算法

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运用变异测试的并行程序测试用例最小化算法

计算机科学 2017年第11期44卷 109-113页

作者：郑炜冯晨吴潇雪黄月明方靓芸西北工业大学软件与微电子学院西安710072

在并行程序测试中,测试输入和线程交互时序是影响并行错误检测的两个关键因素。以缩减并行错误检测的输入空间为目标,给出一种基于变异测试的测试用例最小化算法。首先对并行程序进行研究,选取与并行错误密切相关的9个变异算子,并以此... 详细信息

在并行程序测试中,测试输入和线程交互时序是影响并行错误检测的两个关键因素。以缩减并行错误检测的输入空间为目标,给出一种基于变异测试的测试用例最小化算法。首先对并行程序进行研究,选取与并行错误密切相关的9个变异算子,并以此为基础为待测程序生成多种变异体;采用JPF作为线程调度工具来执行测试用例,根据变异评分与平均时间成本对测试用例进行排序,在优化后的测试用例集中选取检测能力不重复的测试用例,从而得到面向并行错误检测的最小测试用例集。实验结果证明,该方法能有效减小测试用例集的规模,并大幅缩短运行时间,从而提高了并行程序的测试效率。

关键词：并行程序变异测试测试用例优化测试用例最小化

面向Solidity语言的变异测试系统设计与实现

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面向Solidity语言的变异测试系统设计与实现

作者：巫浩然南京大学

学位级别：硕士

Solidity是一种面向以太坊智能合约（Ethereum Smart Contract,ESC）的高级编程语言,用于在以太坊网络上实现智能合约。以太坊是当前最流行的智能合约开发与运行平台,已有超过百万款智能合约在以太坊中部署。然而研究表明,约90%的智能... 详细信息

Solidity是一种面向以太坊智能合约（Ethereum Smart Contract,ESC）的高级编程语言,用于在以太坊网络上实现智能合约。以太坊是当前最流行的智能合约开发与运行平台,已有超过百万款智能合约在以太坊中部署。然而研究表明,约90%的智能合约中存在缺陷,且由于区块链的不可修改性,这些缺陷难以被修复。因此,智能合约在部署前要尽可能充分地测试,这对保障以太坊用户资金安全以及构建可持续的以太坊生态具有重要意义。变异测试是一种衡量测试套件充分性的软件测试方法,它通过将故障注入到源程序中来检查测试套件揭示这些故障的能力。变异测试已被证明适用于各种编程语言及编程范式,因此采用变异测试来评估ESC测试的充分性是可行的。然而,现有变异算子无法覆盖ESC特有的缺陷,为了提高变异测试的效果,需要针对ESC编程语言Solidity设计新的变异算子。本文设计并实现了一个面向Solidity语言的变异测试系统。具体来说,本文从关键字、全局变量/函数、异常检测及合约漏洞等方面研究了Solidity的语言特性,提出了16个Solidity特殊变异算子。随后,基于Spring boot框架实现了一个面向Solidity语言的变异测试工具Mu SC。Mu SC能够在抽象语法树的层次上高效且准确地生成大量变异体,并基于Truffle框架实现合约的自动化部署及测试。此外,Mu SC还提供变异体展示、自定义测试链创建、测试报告生成等功能,具有较强的可用性。本文在4个真实以太坊分布式应用（DApp）中的26个智能合约上进行了实证研究,来证实变异测试以及新变异算子的有效性。实验结果显示,基于变异测试的方法在缺陷检测率上优于基于覆盖的方法（变异得分63.1比53.6）,表明变异测试相比代码覆盖率可以更好的衡量ESC测试的充分性。此外,本文对729个真实ESC错误报告进行浏览分类,发现其中有117个与Solidity特殊变异算子有关,表明本文提出的新变异算子能够有效揭示真实缺陷。这些结果揭示了变异测试在ESC质量保障中的巨大潜力。

关键词： Solidity 区块链以太坊智能合约变异测试变异算子

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变异测试技术应用研究

变异测试技术应用研究

作者：茆亮亮中国科学技术大学

学位级别：硕士

随着计算机技术的快速发展与普遍应用,人们对软件的质量要求越来越高,如何能够开发出高质量的软件成为从事软件行业技术人员亟待解决的问题。软件测试技术是保证软件质量的重要手段和方法。软件测试的方法主要分为静态与动态两大... 详细信息

随着计算机技术的快速发展与普遍应用,人们对软件的质量要求越来越高,如何能够开发出高质量的软件成为从事软件行业技术人员亟待解决的问题。软件测试技术是保证软件质量的重要手段和方法。软件测试的方法主要分为静态与动态两大类。静态测试方法,不运行被测试的软件系统,而是对软件系统进行全面分析,以此检查软件系统的正确性和完备性;动态测试方法,运行被测软件系统来检验软件的动态行为和运行结果的正确性。变异测试技术是动态测试的一种,它能系统地模拟软件中的各种缺陷,并且寻找能够发现这些缺陷的测试数据。变异测试具有排错能力强、方便灵活等优点,既可以用来揭示软件缺陷,又可以用来衡量测试数据集的发现错误的能力,评估测试的充分性。本文主要研究两个问题:一是利用变异测试技术,构造变异因子检测整数溢出漏洞;二是利用变异测试评估不变量约简测试用例技术的可行性。整数溢出漏洞是缓冲区溢出漏洞的一种特殊形式,至今没有有效的办法检测整数溢出漏洞,静态分析的方法因缺少动态执行而不能判定运行时的内存动态分配可能带来的安全问题,代码审计的代价过高,动态检测对整数溢出的分析能力不足。本文中,我们通过定义新的变异因子,达到检测整数溢出的目的。测试用例约简是软件测试领域的关键问题之一。随着软件开发过程的不断深化,需要频繁地进行回归测试,测试用例集的规模也越来越大,而在这些测试用例集中往往存在着大量不满足测试需求的冗余测试用例。本文中,我们利用变异测试技术评估不变量约简测试用例的基本方法,证明不变量约简测试用例的有效性。此外,我们对基于不变量约简测试用例的方法进行了进一步研究,提出了一种基于贪心思想的不变量约简测试用例算法。实验结果表明,基于不变量技术的测试用例约简是非常有效的,约简效率较高,运行约简后的测试用例得到的Mutation Score只有非常小幅度的降低甚至不变;基于贪心思想改进的算法与基本的算法相比,虽然约简效率有所降低,但约简程序执行效率有了约40%左右的提高。

关键词：软件测试变异测试整数溢出漏洞测试用例约简不变量技术回归测试贪心算法 Mutation Score

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基于变异关联分析的测试用例约简方法研究

基于变异关联分析的测试用例约简方法研究

作者：陈琪武汉纺织大学

学位级别：硕士

随着软件产业的迅速发展,软件应用已经融入了人们的日常生活中,如何有效保障的软件质量变得至关重要。正因如此,高效、适用、可扩展和有效检测缺陷的软件测试技术受到了广泛的关注。其中,变异测试被视为一种基于缺陷的软件测试技术,在... 详细信息

随着软件产业的迅速发展,软件应用已经融入了人们的日常生活中,如何有效保障的软件质量变得至关重要。正因如此,高效、适用、可扩展和有效检测缺陷的软件测试技术受到了广泛的关注。其中,变异测试被视为一种基于缺陷的软件测试技术,在程序分析、缺陷检测和测试用例生成方面,提供了具体的测试目标和严格的测试有效性标准。但由于生成的变异体中,包含许多既无用又不可操作的变异体,使得变异测试的执行效率低下。与此同时,在回归测试过程中,由于每次修改软件都需要重新确定测试需求,导致测试用例需要不断进行调整和执行,从而存在一些具有相同缺陷检测能力的测试用例,使得测试成本不断升高。因此,为了提升整体的测试效率以及降低其测试成本,本文结合变异包容方法和改进Apriori算法对测试用例约简展开研究,主要内容如下:(1)针对生成的变异体数量较多,变异测试执行效率降低的问题,本文提出一种基于变异包容的变异体约简方法。首先,对原程序执行变异分析,创建所有可能产生的变异体。然后,通过变异体和测试用例之间的检测关系来生成kill矩阵,矩阵中的值代表变异体是否被杀死。接着,分析kill矩阵,获取变异体之间的动态变异包容关系。最后,根据该关系找出并舍去冗余的变异体,使得平均变异体约简率达到69.83%,降低了生成的变异体规模,并提高变异测试的整体性能。(2)针对测试用例集中存在冗余,导致计算消耗大和测试成本增加的问题,本文提出一种基于改进Apriori的测试用例约简方法。首先执行变异测试,构建变异体事务集矩阵,然后不断压缩矩阵,从而获得各个层次的频繁项集,最后根据频繁集合及其对应的置信度找出测试用例间的关联规则,进而约简测试用例。实验结果表明,本文方法的平均测试用例约简率达到45%,与其他两种算法相比,其平均约简率分别上升了7%和5%,运行测试所需时间分别下降了46.1%和38.4%。综上,本文提出的方法在一定的程度上,约简测试用例方面具有有效性,并且能降低测试成本,提高测试效率。

关键词：变异测试动态包容关联规则 Apriori 测试用例约简

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基于变异测试的错误修正系统的设计与实现

基于变异测试的错误修正系统的设计与实现

作者：王雪华哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

在信息化社会不断发展壮大的今天,作为信息技术的核心,软件行业由于其强大的渗透和辐射作用,对国民经济的提高和社会的发展起到了一定的推动作用,可以说,软件正以数据的形式重新定义我们的世界。随着众多信息企业的迅猛发展,海量的软件... 详细信息

在信息化社会不断发展壮大的今天,作为信息技术的核心,软件行业由于其强大的渗透和辐射作用,对国民经济的提高和社会的发展起到了一定的推动作用,可以说,软件正以数据的形式重新定义我们的世界。随着众多信息企业的迅猛发展,海量的软件产品日趋多样化,给人们带来了极大的效益。尽管如此,即使是最高质量的软件仍然可能包含错误,这样很可能会导致软件失效,这就需要对程序进行调试。调试失效程序的过程分为两步:第一步错误定位,第二步错误修正。目前,研究人员提出一系列错误定位技术来检测软件程序中的错误,然而,这些研究仅仅局限于发现软件中的错误,而没有对检测到的错误信息进行分析和修正处理。即使一个错误被检测和定位到,修正错误的负担仍然留给了程序员进行人工处理。变异测试最初用于评价测试集的有效性和生成测试套件,主要思想是引入合理的错误到原始程序中并运行测试用例看它们是否可以识别这些错误。这个过程能让测试人员生成一个有效的测试集,帮助找到程序中真实的错误。后来,变异测试被研究人员应用于错误定位和错误修正领域。因此,本文重点研究错误自动修正技术,在对错误修正系统进行需求分析的基础上,主要完成了以下工作:首先,通过对正确的原始程序和错误版本进行词法语法分析生成相应的抽象语法树,使用插桩技术获取待测程序的执行路径信息,并且随机提取失败和成功的测试用例及其执行结果,研究测试用例对减少变异测试开销的影响。其次,使用Tarantula和Ochiai两种错误定位技术,对程序进行错误定位,对语句的执行信息进行统计分析,生成可疑度排名列表,研究错误定位技术对整个错误修正效率的影响。然后,为了对定位到的错误进行修正,本文采取了8个预设的变异算子,按照一定的比例优先变异可疑度排名列表中排名靠前的语句并产生变异体。此外,使用TCC编译器在随机提取的测试用例上执行变异体,通过变异体在测试用例上全部执行成功验证变异体是潜在的修复。最后,设计实现了基于变异测试的错误修正系统,并在Siemens Suite标准测试集上对系统进行了测试,测试结果表明基于变异测试的方法对错误进行修正是有效的。

关键词：错误定位错误修正变异测试变异体变异算子

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面向组件接口的XACML变异测试策略

电子科技大学学报 2009年第2期38卷 288-291页

作者：聂南夏启明姚俊峰何克清武汉大学软件工程国家重点实验室武汉430074 郑州轻工业学院计算机与通信学院郑州450002

XACML是一种适用于各种信息资源保护的访问控制语言。由于其严格的语法规范,且具有多种平台之间的可移植性,非常适用于各种组件交互的安全管理。借助该访问控制语言提出的一种面向组件的三层访问控制方法,组件交互、接口调用和参数访问... 详细信息

XACML是一种适用于各种信息资源保护的访问控制语言。由于其严格的语法规范,且具有多种平台之间的可移植性,非常适用于各种组件交互的安全管理。借助该访问控制语言提出的一种面向组件的三层访问控制方法,组件交互、接口调用和参数访问都能实现安全控制。在该基础上设计了相应的变异测试策略,规则变异可以导致策略变异,策略变异可以导致整个策略集的变异;反之亦然。通过测试具体实例与验证其语义模型,该测试策略为组件访问及交互提供了安全保障。

关键词：访问控制接口组件变异测试访问控制语音

基于TIOA及Ecdar的高铁ATO系统变异测试方法研究

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基于TIOA及Ecdar的高铁ATO系统变异测试方法研究

作者：张志轩北京交通大学

学位级别：硕士

近年来,随着我国高速铁路的发展和运输压力的增大,将列车自动驾驶（ATO）技术应用到高速铁路上的需求尤为迫切。因此,新增了 ATO功能的高速铁路ATO系统应运而生。测试是保证高铁ATO系统正确性和可靠性的重要技术方法,而测试案例作为测... 详细信息

近年来,随着我国高速铁路的发展和运输压力的增大,将列车自动驾驶（ATO）技术应用到高速铁路上的需求尤为迫切。因此,新增了 ATO功能的高速铁路ATO系统应运而生。测试是保证高铁ATO系统正确性和可靠性的重要技术方法,而测试案例作为测试中的核心问题,关系到测试的质量和效率。如何自动地生成测试案例集并确保其覆盖度和完备性一直是列控系统的关键问题与研究重点。变异测试通过有目的地向程序/系统中注入不同类型的故障来模拟程序/系统在运行中可能出现的缺陷,由此生成的变异体可以用来生成新的测试案例。本文将变异测试技术和输入输出时间自动机（TIOA）理论相结合,设计了基于TIOA及Ecdar的高铁ATO系统变异测试方法,实现了高铁ATO系统的形式化建模与验证,以及基于变异测试的测试案例自动生成。论文主要工作如下。首先,介绍了 TIOA相关理论、变异测试技术和集建模、验证和测试功能于一体的工具Ecdar,在此基础上设计了本文的高铁ATO系统变异测试方法,包括高铁ATO系统形式化建模与验证方法,11种变异算子以及测试案例生成方法。其次,从整体架构、系统接口和运营场景三个方面总结了高铁ATO系统。通过分析列车在区间跨TSRS运行场景的信息交互过程和功能需求,设计并建立了该场景的TIOA模型,然后验证了该模型的逻辑功能和时序功能。接着,将变异算子注入至TIOA模型进行变异以生成变异体模型,并使用Java在Intellij下开发了区间跨TSRS运行场景的SUT程序。之后根据测试案例生成方法,通过将原模型、变异体模型、SUT程序作为Ecdar的输入,使用Ecdar生成了测试案例。最后,使用C#在VS 2015下开发了测试案例解析与转化工具,然后使用该工具将生成的XML形式测试案例转化为了可读性更高的中文案例。之后,以高铁ATO系统测试情况及现有列控系统测试案例集为依据,总结了 3条筛选原则,并从转化后的测试案例中筛选出了适用于高铁ATO系统的测试案例。这些测试案例不仅可以用来丰富原有的测试案例集,也验证了本文所研究的变异测试方法的有效性。图47幅,表18个,参考文献67篇。

关键词：高铁ATO系统变异测试输入输出时间自动机（TIOA）测试案例 Ecdar

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一种基于UML状态图的规约变异测试方法

计算机工程与科学 2012年第2期34卷 150-158页

作者：米磊贲可荣海军工程大学计算机工程系湖北武汉430033

规约变异测试从软件功能的角度,对规约进行分析,从而揭示规约中存在的问题。本文提出一种基于UML状态图的变异测试方法,针对每种变异算子,分析其是否会引入冲突,进而有效避免不合理的变异操作;分析了每种变异算子产生等价变异体的条件,... 详细信息

规约变异测试从软件功能的角度,对规约进行分析,从而揭示规约中存在的问题。本文提出一种基于UML状态图的变异测试方法,针对每种变异算子,分析其是否会引入冲突,进而有效避免不合理的变异操作;分析了每种变异算子产生等价变异体的条件,能够在生成变异体的同时检测并移除等价变异体,进而减少其对测试过程的影响;给出了杀掉每种变异体所需满足的条件,可在此基础上产生杀掉特定变异体所需的测试用例,从而提高测试用例集的质量。在此基础上,根据变异算子的实际功能,整合了功能相同的算子,减少了变异算子的数量,从而进一步降低了变异测试的开销。实验结果表明,本方法能够较好地提高测试用例的质量,进而提升测试的效率。

关键词：变异测试 UML 状态图变异算子等价变异体