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降低变异测试代价方法的研究

降低变异测试代价方法的研究

作者：黄玉涵中国科学技术大学

学位级别：硕士

随着信息时代的到来,软件逐渐渗透到社会的各个领域,给人类社会带来了诸多好处,但同时,软件质量问题也给人类社会造成了巨大的危害。软件产品的质量牵动着社会的命脉,如何开发出高质量的软件是软件行业急需解决的问题。软件测试是... 详细信息

随着信息时代的到来,软件逐渐渗透到社会的各个领域,给人类社会带来了诸多好处,但同时,软件质量问题也给人类社会造成了巨大的危害。软件产品的质量牵动着社会的命脉,如何开发出高质量的软件是软件行业急需解决的问题。软件测试是保证软件质量的重要手段,贯穿于整个软件开发生命周期。测试的直接目的是在软件投入使用之前,尽可能的发掘软件中可能存在的错误与缺陷,并加以纠正,从而保证软件的质量和性能。变异测试是一种基于错误的软件测试技术,能够系统的模拟软件中的各种缺陷,并在测试过程中构造能够揭示这些错误的数据集。变异测试一方面可以构造完备的测试数据集用来揭示软件缺陷,另一方面,又可以作为衡量测试数据集充分度的准则,评估测试的充分性。但是,变异测试的高代价严重阻碍了它的广泛应用,本文从导致高代价的两个原因——庞大的测试用例数目,庞大的变异体及等价变异体数目出发,对降低变异测试的代价问题进行了研究。测试用例的优化是降低变异测试代价的一个重要手段。已有优化算法的评估多以代码覆盖为基础,这并不能完全反应程序的错误状况,因为高代码覆盖率的测试用例并不一定具有高的揭示错误的能力。因此,本文结合变异测试,从新的角度——错误覆盖出发,对几种搜索算法,包括两种贪心算法（基本贪心算法、额外贪心算法）、一种启发式算法（爬山算法）、及遗传算法的优化效果进行了评估。实验证明,额外贪心算法的优化效果最优,该实验结果的置信度更高。变异体的约简是降低变异测试代价的又一重要手段。本文提出基于遗传算法聚类的变异体约简方法,通过把具有相似特征的变异体置于同一簇中,再从每个簇中随机选择一个作为代表,从而实现变异体的约简。实验表明:（1）该方法可在不降低构造出的测试用例集的测试充分度的前提下,约简变异体;（2）与K-means算法、凝聚型层次聚类算法相比,该方法能够在自适应产生合适的聚类数目的同时,具有更好的约简效果。

关键词：软件测试变异测试测试用例优化变异体约简搜索算法遗传算法聚类技术

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数字集成电路功能验证中的变异测试方法研究

数字集成电路功能验证中的变异测试方法研究

作者：刘林山东大学

学位级别：硕士

随着集成电路设计的规模越来越大,设计验证的重要性越来越突出。由于具有良好的可扩展性,模拟验证一直是功能验证的主要手段。然而随着设计复杂性的持续增长,模拟验证的不完备性日益突出,这使得提出更准确、更有意义的验证质量评估方法... 详细信息

随着集成电路设计的规模越来越大,设计验证的重要性越来越突出。由于具有良好的可扩展性,模拟验证一直是功能验证的主要手段。然而随着设计复杂性的持续增长,模拟验证的不完备性日益突出,这使得提出更准确、更有意义的验证质量评估方法,提高模拟验证的效率成为一个亟待解决的问题。在模拟验证质量评估方面,目前的研究主要集中在覆盖率评估。覆盖率一方面能够作为量化功能验证完全性的尺度,另一方面可以发现验证不充分的地方,指导后续的激励生成。业界常用的一些覆盖评估方法有语句覆盖、条件覆盖、翻转覆盖、路径覆盖等,然而,这些覆盖评估方法或者是评估意义太简单,或者常常是计算上不可行,不能完全满足设计验证的需要。起源于软件测试的变异测试是一种基于故障的测试方法。变异测试通过修改源程序引入程序的错误版本,这些错误版本称为变异体,将测试用例运行在变异体上,如果输出结果与源程序的输出结果不同,则认为该测试用例杀死了这个变异体,一般根据变异体被杀死的比率来评价测试用例的发现错误的能力,并且通过分析未被杀死的变异体来指导新的测试激励的生成。本文将软件变异测试与数字集成电路的功能验证相结合,研究变异测试方法在功能验证质量评估中的应用。首先,在软件变异测试的基础上,针对Verilog HDL描述的寄存器传输级电路,提出一种运用于数字集成电路功能验证的变异测试方法。然后,基于前述变异测试方法,通过调研商用模拟器的Verilog编程接口,在Linux系统上实现了一个硬件变异测试系统原型工具。最后,结合工程实践中的一个Verilog HDL设计,进一步验证该方法的正确性,以及系统应用于评判功能验证质量的可用性。

关键词：数字集成电路功能验证变异测试验证质量评估

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降低软件变异测试复杂性的新方法

上海大学学报（自然科学版） 2007年第5期13卷 524-531页

作者：徐拾义上海大学计算机工程与科学学院上海200072

基于硬件测试技术中经常使用的故障控制及等价关系的理论,对软件变异测试提出一种新的简化决策条件故障的思想和技术,使得在变异测试中需要注入的故障数得以减少,从而简化软件变异测试过程,缩短了测试时间.由此也可有效降低软件测试复杂... 详细信息

基于硬件测试技术中经常使用的故障控制及等价关系的理论,对软件变异测试提出一种新的简化决策条件故障的思想和技术,使得在变异测试中需要注入的故障数得以减少,从而简化软件变异测试过程,缩短了测试时间.由此也可有效降低软件测试复杂性,提高测试效率.实验结果证明了所提出的思想和方法的正确性和有效性.

关键词：软件测试测试复杂性故障控制故障等价变异测试

基于变异和聚类技术的测试用例优化和约简方法研究

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基于变异和聚类技术的测试用例优化和约简方法研究

作者：李隆波西南大学

学位级别：硕士

近年来,随着信息时代中互联网的迅速发展,软件在人类社会生活中的应用越来越普遍,移动支付、物联网、云计算、AI技术的普及,都依赖于软件为载体,我们正在步入智能软件的社会。与此同时,软件规模在急剧的扩大,软件复杂性不断提升,如何保... 详细信息

近年来,随着信息时代中互联网的迅速发展,软件在人类社会生活中的应用越来越普遍,移动支付、物联网、云计算、AI技术的普及,都依赖于软件为载体,我们正在步入智能软件的社会。与此同时,软件规模在急剧的扩大,软件复杂性不断提升,如何保障软件的质量,对软件测试技术提出了新的要求。其中,由于软件版本的更新更加频繁,软件工程师通过执行回归测试来确保软件系统的质量,这意味着整个软件生命周期中需要多次执行回归测试。因此,提高回归测试的效率对确保软件系统的质量和快速交付具有重要的实际意义。变异测试又称变异分析,它是基于程序源代码缺陷的软件测试技术,通过对源程序代码进行合理的语法更改,生成变异程序,使用测试用例执行变异程序,评估测试用例的有效性,进而指导软件工程师修改或设计更高质量的测试用例,目前该技术是评估测试用例集充分性最强的技术之一。在回归测试中,测试用例优先级排序和测试用例集约简是两个不同的研究问题,但本质上存在相互关联性。对测试用例进行优化排序,总会存在一些重复检测能力的测试用例;被约简之后的测试用例集,再次执行回归测试时,需要全新的测试用例执行顺序。为了提升整体回归测试的时间效率,本文利用变异和聚类技术对测试用例进行优化和约简。考虑测试用例的多样性,从聚类簇中选择边缘测试用例;依据测试用例的相似性,把具有相同故障检测能力的测试用例聚类到相同的簇中,进而实现约简大量相似的测试用例。针对回归测试过程中多次执行测试用例消耗大量时间和计算成本的问题,本文提出了一个基于变异和聚类技术的多优先级选择方法框架,能够对测试用例进行优先级排序和约简,再次执行回归测试时,可以使用优化和约简之后的测试用例集,进而提高回归测试整体效率,实现软件系统快速交付的任务。在此框架中,一共包含两个部分。第一个部分,提出了多优先级选择方法（Multi-Priority Selection Method,简称:MPS）。首先,对源程序进行变异分析,获得变异分析之后的日志文件。依据这些日志信息,提出了日志解析算法,把日志信息转化为矩阵信息,每个矩阵中的值代表测试用例是否能够杀死相应的变异程序。其次,通过更改测试用例的权重,转化为多优先级矩阵,根据相同的变异算子对高维矩阵进行拆解,划分为变异程序单元矩阵,每个变异程序单元中的变异程序由相同的变异算子生成。然后对变异程序单元矩阵并行聚类,从聚类之后的测试用例簇中选择高优先级测试用例。最后,每一个变异程序单元都能够获得一个约简之后的测试用例集,将结果进行整合,在集合中增量式添加测试用例,再进行一次优先级排序操作,获得最终优化和约简之后的测试用例集。在更新测试用例集部分,首先复制一份测试用例集源文件,将集合中的编号和测试用例的名称进行映射,移除没有在集合中出现的测试用例,并调整测试方法的执行顺序,再次执行回归测试时,使用优化和约简之后的测试用例集,提升回归测试过程的整体测试效率。多优先级选择方法中的MPS算法对395个现实世界的开源程序数据集和五个现有的算法进行评估。实验结果表明,MPS算法通过并行聚类的方式能够保证较低测试用例集错误检测能力的损失,降低计算成本,与其它的启发式算法相比,具有一定的优势。MPS算法主要有以下特点:1)多样性和相似性:同时考虑测试用例的多样性和相似性,将具有相似故障检测能力的测试用例聚到相同的簇中,在每个测试用例簇中选择边缘测试用例。使用相似性距离的比例来控制产生簇的数量,解决了预先指定固定K簇数量的问题。MPS算法不会受到各种相似性距离计算方式的影响,并且在保留触发真实程序错误的测试用例方面具有显著的优势。2)速度快和高性能:软件系统中测试用例的数量能够达到几万个,生成的矩阵维度很高,计算测试用例之间的相似性代价大,花费大量时间成本,MPS算法采用矩阵拆解,并行聚类,以增量式的方式添加测试用例,能够大幅降低计算成本,可以很好的处理高维度的测试用例集,拥有较快的计算速度。3)灵活性和扩展性:设置不同相似性距离比例的阈值将生成不同大小的测试用例簇,MPS算法可以根据不同的测试目标来调整簇的数量,具有较强的灵活性。对于多优先级选择方法框架,在变异分析阶段可以和自动生成测试用例工具集成,进而实现自动生成测试用例,自动执行回归测试,整个框架易于扩展。

关键词：多优先级选择方法变异测试聚类测试用例优化测试用例集约简

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变异测试在嵌入式软件中的应用

微计算机信息 2009年第32期25卷 87-88页

作者：赵性颂顾斌北京控制工程研究所北京100190

航天器软件属于高可靠软件,对软件测试要求较高。作为一种基于故障的软件测试方法,变异测试能力较强,至今未在航天器软件中得到有效应用。Opencxx是一种基于反射机制的C++语言的扩展语言,详细剖析了C++语言的各个成份,在其基础上定义了... 详细信息

航天器软件属于高可靠软件,对软件测试要求较高。作为一种基于故障的软件测试方法,变异测试能力较强,至今未在航天器软件中得到有效应用。Opencxx是一种基于反射机制的C++语言的扩展语言,详细剖析了C++语言的各个成份,在其基础上定义了部分适用于计算类软件的变异算子,设计了变异测试的流程,实现了C语言变异测试软件的设计。通过对实际的模块程序测试,获取实际软件的测试充分度,揭示现有软件测试用例的不足。

关键词：变异测试变异算子故障测试充分度

基于TAIO变异分析的新型列控系统安全功能测试评价研究

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基于TAIO变异分析的新型列控系统安全功能测试评价研究

作者：魏柏全北京交通大学

学位级别：硕士

列车运行控制系统是确保列车安全运行的核心设备。随着轨道交通的快速发展和人们日益增长的需求,列控系统向着高效、智能、低成本等方向发展。目前,国内外已有许多针对新型列控系统（NewTrain Control System,NTCS）的研究,其中研究热... 详细信息

列车运行控制系统是确保列车安全运行的核心设备。随着轨道交通的快速发展和人们日益增长的需求,列控系统向着高效、智能、低成本等方向发展。目前,国内外已有许多针对新型列控系统（NewTrain Control System,NTCS）的研究,其中研究热门最高的是基于车车通信的列控系统,即通过车-车无线通信方式实现列车之间的间隔控制。新型列控系统是典型的安全苛求系统,一旦系统发生错误,将会导致严重的人身伤亡和巨大的经济损失。因此,保证系统功能的安全和正确及其重要。测试是检验系统安全功能正确性的有效手段,需要对列控系统进行安全功能测试研究以确保列车安全运行,而产生故障覆盖度较高和查错能力较强的测试案例是研究的关键。变异测试是有目的地向系统注入错误,创造出系统故障集,从而模拟系统错误行为。论文引入了输入输出时间自动机（Timed Automata with Input and Output,TAIO）理论和变异测试技术,提出了一种基于TAIO变异分析的新型列控系统安全功能测试框架,针对该框架研发了具体的软件工具,并以新型列控系统车载作为被测对象进行了应用实例研究。论文的主要工作内容如下:（1）分析了新型列控系统和列控系统安全功能测试的国内外研究现状,介绍了新型列控系统下的结构和运营场景。基于故障树原理,分析并产出了新型列控系统下的一系列安全功能特征。（2）提出了一种基于TAIO变异分析的新型列控系统安全功能测试框架。首先,基于TAIO理论建立了新型列控系统模型（TAIO A）。然后,设计了 8种变异算子对TAIO A进行变异,形成变异体模型（TAIO M）;将TAIO A与TAIO M之间的输入输出时间一致性关系转换为k-Bounded模型检验方程,以判定测试案例生成的条件。最后,根据测试案例生成算法实现测试案例的生成,一致性关系分数（Conformance Relation Score,CRS）、平均一致性关系分数（Average Conformance Relation Score,ACRS）和加权一致性关系分数（Weighted Conformance Relation Score,WCRS）来评价系统安全功能。（3）研发了新型列控系统测试案例生成软件。首先阐述了软件的需求和实现方案,然后设计变异体模型生成控制器和测试案例生成控制器以实现变异执行和测试案例生成的全局观测和控制。（4）实现了基于测试框架的新型列控系统车载应用实例研究。针对新型列控系统车载参考模型,论文总共得到14778个变异体模型和10515个测试案例。通过对测试案例CRS的分析,测试案例能够有效覆盖“改变行为”、“改变不变量”和“增加Sink位置”三种故障模式,而不能有效覆盖“约束取反”和“复位取反”两种故障模式。此外,测试案例的ACRS和WCRS达到了 0.72和0.8,表明论文生成测试案例的整体故障覆盖度较高和查错能力较强,具有很强的应用价值。

关键词：新型列控系统（NTCS）安全功能输入输出时间自动机（TAIO）变异测试 k-Bounded模型检验测试案例

基于本体的Web服务测试生成与变异测试研究

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基于本体的Web服务测试生成与变异测试研究

作者：李树芳清华大学

学位级别：硕士

可信任性已经成为面向服务应用的严重障碍,例如服务使用方可能无法信任在服务中介上动态发现的服务的功能正确性、性能和可靠性。Web服务是SOA的一种具体实现,但传统的校核与验证（V＆V）技术无法满足Web服务测试的新挑战。因此,需要在... 详细信息

可信任性已经成为面向服务应用的严重障碍,例如服务使用方可能无法信任在服务中介上动态发现的服务的功能正确性、性能和可靠性。Web服务是SOA的一种具体实现,但传统的校核与验证（V＆V）技术无法满足Web服务测试的新挑战。因此,需要在Web服务V＆V过程中建立一种自动的、动态的、协同的测试过程,包括测试生成、测试执行与监视、以及测试充分性评估等。语义Web服务使用本体来描述服务规约的语义信息,使服务规约能够被Agent理解和共享,提供了服务自动发现、匹配和组合支持。本文的主要工作是提出了基于本体的测试模型、测试数据自动生成方法、以及变异测试的应用。（1）提出了一种与UML 2.0 Test Profile（U2TP）元模型兼容的、采用OWL本体描述的测试模型TOM,作为一种标准的测试契约。TOM模型支持测试用例、测试数据、测试计划和测试结果等测试信息。各种利益相关者都可以构建、分享和重用基于TOM模型的测试资产,从而促进动态协同测试的自动化;（2）提出了一种基于OWL-S服务规约的Web服务测试数据自动生成方法。首先针对服务的输入参数类型构建数据池,分析本体类的属性和约束关系,进行等价类分析,建立数据分区。然后根据不同的组合策略将各种预定义数据自动组合生成新的数据实例,利用OWL DL推理机和规则推理机对数据实例进行自动分类。对TOM模型的数据进行完整性和一致性的规则检查;（3）提出了一种基于OWL-S服务规约的Web服务变异测试方法。针对OWL和OWL-S容易发生歧义或错误的地方给出了4种类别的变异算子定义。建立了一个基于本体的Web服务变异测试框架,支持生成OWL和OWL-S变异体,通过OWL-S执行引擎进行变异测试,评估测试用例集的有效性。

关键词：测试模型测试生成变异测试语义Web服务本体

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一种面向缺陷的软件测试方法:变异测试

载人航天 2007年第2期13卷 39-43页

作者：单锦辉李炳斌孙萍中国酒泉卫星发射中心

软件测试是保证软件质量的重手段。变异测试是一种行之有效的软件测试方法,系统地模拟软件中的各种缺陷,然后构造能够发现这些缺陷的测试数据集。通过简介绍变异测试的基本原理,分析软件故障模型与变异算子的关系,探讨了变异测试中测试... 详细信息

软件测试是保证软件质量的重手段。变异测试是一种行之有效的软件测试方法,系统地模拟软件中的各种缺陷,然后构造能够发现这些缺陷的测试数据集。通过简介绍变异测试的基本原理,分析软件故障模型与变异算子的关系,探讨了变异测试中测试数据自动生成的方法,并指出变异测试进一步的研究方向。

关键词：变异测试测试数据充分性准则软件缺陷软件测试

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面向SOA的合约变异测试技术研究

面向SOA的合约变异测试技术研究

作者：王恒南华大学

学位级别：硕士

随着信息技术的飞速发展,软件的应用领域不断扩大,但是软件的可靠性和质量却没有得到相应的提高,这成为制约软件产业发展的一个重要因素。工业控制、交通、金融和医疗等领域都迫切需要高质量、高可靠性的软件系统,此类软件的失效会引起... 详细信息

随着信息技术的飞速发展,软件的应用领域不断扩大,但是软件的可靠性和质量却没有得到相应的提高,这成为制约软件产业发展的一个重要因素。工业控制、交通、金融和医疗等领域都迫切需要高质量、高可靠性的软件系统,此类软件的失效会引起巨大的经济损失。软件测试技术可以用于估计和改善软件的可靠性,有效的提高软件的开发质量。由于软件测试在软件质量保证和软件可靠性验证中的重要作用,其受到了广泛的重视和比较深入的研究。 SOA（Service-Oriented Architecture）是一种进行分布式开发的新体系结构。在基于SOA架构的应用系统中,系统的功能是由一组松散耦合、位置透明并且具有统一接口定义方式的服务组合构建起来的。SOA技术在解决企业信息系统集成方面有重要作用,该技术在短时间内得到了广泛的认可和应用。由于SOA与传统的软件开发架构差异很大,SOA的系统测试难度很大,目前尚无成型的解决方案。本文首先将SOA系统的测试活动分为三个方面,分析了这三方面活动的关系。鉴于变异测试在SOA系统测试中取得的成功,在前人的基础上提出了基于合约变异的服务测试改进方法,该方法避免了先前方法在测试等价类判断中的一个缺陷,在实际测试中也得到了良好的效果。在基本合约变异方法的基础上,提出了一种基于人工免疫系统的服务变异测试方法。通过人工免疫系统可以有效的优化选取测试所需的变体,从而提高了测试的效率。最后讨论了变体耦合效应的理论模型,给出了变体优化的重要原则,为整个SOA服务变异测试的优化提供了理论依据。

关键词： SOA 服务合约变异测试 Web服务形式化