一种软件演化过程模型的代数语义

随着大量的软件演化过程模型被软件演化过程元模型建模产生,如何验证过程模型的正确性,是摆在人们面前的一个重要任务.针对软件演化过程元模型,引入进程代数ACP(algebra of communicating processes)对其扩展,提出软件演化过程元模型代数,使用进程项指定软件演化过程模型的代数语义,在进程代数的统一框架下,基于等式推理验证软件演化过程模型的行为,使行为验证方式从模型推导变为代数推导.这种方法充分结合了Petri网和ACP的长处,可以有效地支持软件演化过程的形式验证.

基于信息熵和攻击面的软件安全度量

对软件实施安全度量是开发安全的软件产品和实施软件安全改进的关键基础。基于Manadhata等(MANADHATA P K,TAN K M C,MAXION R A,et al.An approach to measuring a system's attack surface,CMU-CS-07-146.Pittsburgh:Carnegie Mellon University,2007;MANADHATA P K,WING J M.An attack surface metric.IEEE Transactions on Software Engineering,2011,37(3):371-386)提出的攻击面方法,结合信息熵理论,提出结合信息熵和攻击面的软件安全度量方法,可以有效地利用信息熵的计算方法对软件攻击面的各项资源进行威胁评估,从而提供具有针对性的威胁指标量化权值。在此基础之上,通过计算软件攻击面各项资源的指标值可以实现软件的安全度量。最后,通过具体的实例分析说明结合信息熵和攻击面的方法可以有效地应用于软件的安全开发过程和软件安全改进过程,为软件的安全设计开发指明可能存在的安全威胁,帮助提早避免软件产品中可能存在的漏洞;而对于已经开发完成待实施安全改进的软件则可以指出明确的改进方向。

可信软件非功能需求形式化表示与可满足分析

可信软件的可信性由其功能需求和非功能需求共同来体现,其中,非功能需求的实现是可信软件获得用户对其行为实现预期目标能力的信任程度的客观依据.针对可信软件的重要性以及对可信软件的迫切需求,在可信软件的早期需求工程阶段,提出可信软件非功能需求驱动的过程策略选取方法.首先,对可信软件需求进行定义,提出由功能需求和非功能需求中的可信关注点构成可信需求,非可信关注点的非功能需求则定义为软目标,用于表达质量需求,基于模糊集合论和信息熵对可信软件非功能需求进行排序并获取可信关注点和软目标.在此基础上,提出可信软件非功能需求驱动的过程策略选取方法.传统的软件早期需求工程阶段的目标是为了获取满足需求的技术及设计决策,与此不同,本文对可信软件非功能需求进行分析的目标是获取过程策略,从过程角度解决可信软件生产问题.由于非功能需求间复杂的相关关系,尤其是因为存在冲突关系,故提出了基于可满足性问题求解方法推理过程策略的方法,选取满足可信软件非功能需求的过程策略.最后,通过第三方可信认证中心软件的案例,说明所提出方法的可行性.

数据驱动的双层次软件过程挖掘方法

为了解决软件过程数据因活动信息及案例属性的缺失而无法应用传统过程挖掘方法的问题,以软件过程数据为研究对象,提出了一种双层次的软件过程挖掘方法.在活动层,提出加权结构连接向量模型对过程日志进行向量化,通过平均活动熵来确定过程日志模糊聚类的结果,将聚类结果作为活动信息支持后续挖掘工作的开展;在过程层,以启发式关系度量为基础,针对非完全循环进行研究,提出了过程层单触发序列循环划分的日志完备性条件,并进一步给出了循环归属的度量方法.基于大量真实软件过程数据的实验结果表明了双层次的软件过程挖掘方法的可行性及正确性.

基于Petri网的面向动态演化的软件体系结构建模

为了应对软件动态演化面临的挑战,应提高所建立的软件体系结构模型的动态演化性。以扩展的Petri网为形式化工具,对面向动态演化的软件体系结构进行建模。首先,将Petri网扩展成为构件网结构,并设计有效支持软件动态演化的构件模型和连接件模型;其次,建立软件体系结构的静态视图和动态视图,为软件动态演化的分析和实施奠定基础;最后,通过案例研究表明:该方法是有效的,并可显著提高所建立的软件体系结构模型的动态演化性。

基于CS-ANN的软件缺陷预测模型研究

为了提高软件缺陷预测的准确率,利用布谷鸟搜索(cuckoo search,CS)算法的寻优能力和人工神经网络(artificial neural network,ANN)算法的非线性计算能力,提出了基于CS-ANN的软件缺陷预测方法。此方法首先使用基于关联规则的特征选择算法降低数据的维度,去除了噪声属性;然后利用布谷鸟搜索算法寻找神经网络算法的权值,使用权值和神经网络算法构建出预测模型;最后使用此模型完成缺陷预测。使用公开的NASA数据集进行仿真实验,结果表明该模型降低了误报率,并提高了预测的准确率,综合评价指标AUC(area under the ROC curve)、F1值和G-mean都优于现有模型。

面向软件动态演化的需求建模及其模型规范化

针对目前需求工程阶段对软件动态演化考虑不足的现状,在分析软件动态演化面临的挑战的基础上,设计了面向动态演化的需求元模型(dynamic-evolution-orientedrequi rements meta-model,DERM)。该元模型以特征为基本部件,按特征组合的方式建立需求模型,需求模型由行为特征和属性特征组成。行为特征被区分为计算行为特征和交互行为特征,以实现计算和交互的相对隔离;属性特征通过其作用域,指定其在行为特征模型中的作用范围,从而将行为特征模型和属性特征模型统一为需求模型。在此基础上,讨论了需求模型的参照完整性、依赖一致性和互斥一致性,并进一步把需求模型规范化为需求模型第一范式到第三范式,需求模型规范化的过程提供了一种保证需求模型一致性的方法。最后通过案例研究,表明了该方法的可行性及其对软件动态演化的有效支持。

基于模糊层次分析法的软件易用性过程综合评价方法

对软件易用性过程进行综合评价是开发可信软件产品的必要因素。通过构建软件易用性生命周期模型和软件易用性度量模型搭建软件易用性过程综合评价模型,通过此模型对软件开发中的易用性问题进行有效的指导,规范易用性开发过程,从而保证能够产出高易用性的产品;利用模糊层次分析法对此模型进行度量评价,量化评估易用性过程优劣;通过一个实例分析说明该方法可以有效地应用于软件开发过程中,能够尽早地确保软件产品的易用性,为开发高易用度的软件产品指明了方向。

面向行为主题的软件特征定位方法

软件特征定位是成功实施软件演化意图的前提条件。针对当前特征定位方法准确率低,定位空间庞大和自动化程度不高等问题,提出了一种面向行为主题的混合特征定位方法。该方法将软件系统的行为知识和主题知识进行有机整合,实现了行为知识对主题知识的约简,并最终通过分析主题知识与软件功能属性间的相似性实现特征定位。实验结果表明,与传统的基于文本的特征定位方法相比,该方法具有较好的查全率、查准率和综合性能,从而验证了该方法的有效性。

一种将需求模型转换为软件体系结构模型的方法

需求模型到软件体系结构(SA)模型的转换是软件工程领域的一个研究热点。针对DERM所建立的ACP风格的需求模型,以扩展Petri网风格的SA模型为模型转换的目标,以行为映射为模型转换的依据,提出了一种将需求模型转换为SA模型的方法。首先,讨论了模型转换的整体思路;其次,将行为特征模型中的各个结点转换为SA模型中的构件和连接件,并提出了相应的转换规则;再次,讨论了属性特征模型中主动属性特征的转换,并提出了子系统划分的策略;最后,通过案例研究展示了该方法在从需求模型到SA模型的转换中的有效性。

演化软件的特征定位方法

确定演化活动潜在影响的过程称为特征定位。特征定位已经被公认为影响软件演化项目成败的一个关键因素,如何利用程序的领域知识促进特征定位的准确性已经成为当前研究的一个重要问题。该方法提取出软件源代码中的特征,并对提取后的特征进行主题分析,然后通过输入查询语句定位出被修改的源代码。利用现有的开源软件进行实验,并将实验结果与对应开源软件的Benchmark进行对比,结果表明所提出方法的精确度有所提高,可以进行软件特征的定位。实验结果中,平均查全率达到69.16%和100%,平均查准率达到1.28%和2.43%,平均调和平均数达到2.50%和4.72%,性能较对比方法有较大的提高。

软件非功能需求权衡代价

软件非功能需求的实现涉及软件质量这一重要问题,非功能需求的满足程度,直接影响软件质量的满足程度.针对一直以来对软件质量的一贯重视以及软件非功能需求权衡的重要性,借鉴微观经济学领域的生产理论、替代弹性原理和线性规划方法,提出了软件非功能需求权衡代价分析方法并开发了辅助工具.首先,对项目组前期完成的可信软件非功能需求可满足性分析方法进行改进,提出了利益相关者通过协商获取非功能需求评估数据的方法,建立了非功能需求本体概念并构建本体知识库;针对实现非功能需求的策略,使用前期已完成的策略推理方法,对推理产生矛盾的策略提出权衡代价分析方法;通过分析策略实施代价,为软件开发及演化提供具有实际可操作的权衡决策依据,从更加符合产业化需要的角度解决软件非功能需求权衡问题;最后,基于可信第三方认证中心软件案例的维护及演化需要,对推理出矛盾的策略进行权衡代价分析,并给予决策建议,说明所提出方法的可行性.

一种面向软件特征定位问题的语义相似度集成方法

特征是软件系统中被需求所定义的可执行功能实体.识别软件特征与源代码间映射关系的过程被称作特征定位.基于信息检索的特征定位方法由于高易用性和低开销等优点,被广泛应于软件维护、代码搜索等领域.所有基于信息检索的特征定位方法均建立在语义相似度计算基础之上,当前语义相似度计算存在2个主要问题:第一,源代码数据中大量噪声信息对相似度计算的干扰;第二,不同索引方法局限性导致的相似度计算结果失准.针对这2个问题,提出了一种面向软件特征定位问题的语义相似度集成方法.该方法在预处理过程引入词性过滤,有效过滤源代码中噪声数据,提升相似性计算的准确度.然后,以源代码数据自身结构特性为依据,集成不同索引方法进行相似度计算.在公开数据集上进行了实验,与现有方法相比,词性过滤和相似度集成在平均排序倒数性能上分别带来了30.88%和10.28%的提升,验证了所提方法的有效性.

软件需求变更管理的系统动力学仿真建模

软件需求变更频繁发生,给软件项目造成了诸多威胁.能否对需求变更进行有效的控制管理,决定着软件的成败.使用系统动力学方法对软件需求变更管理过程进行仿真建模,可以动态地分析并预测需求变更产生的原因以及变更对软件项目造成的影响;对软件需求变更管理过程改进进行系统动力学仿真,亦可以辅助软件项目组织选择合适的过程改进策略.因此,基于系统动力学方法,参考了敏捷过程进行开源软件需求变更管理过程的建模和模型检测.以Spring Framework项目为研究案例,进行该项目3.2.x分支的软件需求变更管理过程的系统动力学仿真分析,并对需求变更管理进行过程改进仿真.通过对过程改进的仿真结果进行比对,说明各改进策略均降低了基线数据的软件缺陷率,提高了软件质量.根据软件项目的成本和进度要求,给出了过程改进建议.

基于Petri网的软件动态演化的一致性分析

在分析软件动态演化面临的挑战的基础上,以扩展的Petri网为主形式化工具,基于面向动态演化的SA元模型DEAM,对如何保证动态演化的一致性问题进行分析。首先,讨论了一致性分析的总体思路和策略,确定以构件作为动态演化实施和分析的基本对象;其次,从构件结构演化的视角对构件的子网类型进行分析,提出了保证结构一致性的方法;再次,从构件行为演化的视角,分别从内部和外部观察构件演化前后的行为,并通过建立模拟关系来分析和判断演化前后构件的行为是否一致;最后,通过案例研究对所提方法的可行性进行验证。

基于EPMM的软件过程性质合理性研究

为提高软件演化的质量和效率、缩短软件演化的周期,有必要对软件演化所涉及的软件过程进行性质合理性研究,以确保软件演化过程的正确性。根据软件演化过程元模型(EPMM)的过程层定义,提出EPMM性质合理性的形式定义,用于确保软件过程在实施执行中应满足的动态性质,并基于Petri网的可达图,设计相应的性质合理性检验算法。应用结果表明,对软件演化过程进行性质合理性检验可以确保过程逻辑不发生异常,满足过程定义性质方面的正确性要求。

基于EPMM的软件过程结构合理性研究

为了确保软件演化过程的正确性,有必要对软件演化所涉及的软件过程进行结构合理性研究,以提高软件演化的质量和效率、缩短软件演化的周期。针对EPMM建模产生的软件演化过程模型,从过程层的角度,提出结构合理性定义,并设计相应的判断算法。结果表明,结构合理性的检验有助于提高软件演化过程的质量。

基于特征组合的软件需求建模

需求建模在需求工程中起着重要的作用。为了提高软件需求建模的效率和质量,提出一种基于特征组合的软件需求建模方法。首先,将特征分为功能性特征和非功能性特征;其次,形式化定义功能性特征的各个部件,包括原子功能性特征和复合功能性特征;第三,把功能性特征之间的特征组合抽象为特征运算,并提出了23条特征运算的公理;第四,形式化定义非功能性特征并通过其作用域把功能性特征和非功能性特征统一为软件需求模型;最后,给出了基于特征组合的软件需求建模过程。

面向软件非功能需求的软件过程建模方法

软件非功能需求决定了软件的质量,而软件质量需求的满足很大程度上依赖于软件开发或演化时所使用的过程.从软件过程的角度出发,总结凝练满足软件非功能需求的过程策略,使用面向方面方法,提出面向软件非功能需求的软件过程建模方法,从软件过程的方法和技术角度保证软件的质量需求贯穿软件生命周期全过程得以实现.首先,基于对软件非功能需求的分析,总结满足非功能需求的过程策略,构建过程策略知识库,在此基础上,使用面向方面方法将过程策略定义的活动封装为方面,并通过方面合成机制织入基本软件过程模型,既实现了基本模型与面向非功能需求活动间的分离,又实现了软件生命周期全过程注入有助于软件质量提升的活动,其中,重点解决了方面织入基本模型的冲突控制及检测问题;另外,通过开发面向非功能需求的软件过程建模辅助工具NPAT(non-functional requirementsoriented processes aided tool),为过程建模及冲突控制提供了技术支持;最后,通过在案例中使用所提出的理论、方法和技术,说明所提出的理论和方法是可行的,开发的辅助工具是有效的,可以通过非功能需求定制的软件生命周期过程达到提升软件质量的目标.

可信软件非功能需求可满足性经济学方法分析

针对软件可信性的重要性以及非功能需求的策略选取对软件可信性的影响,提出了一种在早期需求工程阶段将用于辅助决策的经济学和需求工程相结合的方法,并提出了可信软件非功能需求可满足性的策略选取框架,以辅助策略选取。首先,对功能需求及经济学方法概念进行了定义和转换,例如,将软件开发过程中的非功能需求看作经济学生产过程中的生产要素、软件的利益相关者看作生产过程中的生产者等;并定义了非功能需求分解模型。在此基础上,基于模糊集合论和信息熵对软件非功能需求进行模糊排序从而获取利益相关者的关键非功能需求,并利用经济学中生产过程的相关方法计算使用策略的可信性效益,辅助策略的选取。以移动基础维护管理平台为例,使用提出的方法,说明了所提方法的可行性。