自动程序修复方法研究述评

当开发人员面对大量缺陷报告无从入手的时候,自动程序修复(Automatic Program Repair,APR)可以成功完成其中一些缺陷的自动修复,从而有效减少开发人员的程序调试时间.因此自动程序修复逐渐成为当前软件维护领域中的一个研究热点并取得了一定的研究进展.该文通过对权威期刊和会议进行检索,搜集了100余篇相关论文,从现有自动程序修复的研究历程、该方法中的重要问题以及国内外相关研究团队及成果等几个方面对该领域进行了系统的总结.其中基于测试用例的自动程序修复方法是当前一种主流方法,其通过配套测试用例集来评估生成补丁的质量.论文将这类方法细分为三个阶段:软件缺陷定位阶段、生成补丁阶段和补丁评估阶段.其中软件缺陷定位阶段是自动程序修复的基础,其目标是尽可能精确识别出可能含有缺陷的语句.生成补丁阶段一般通过预先定义的修改操作对缺陷语句进行修改,代码修改操作在设定时可以考虑修复程序的自身代码、开源项目的代码或者问答网站中的知识等.补丁评价阶段则对生成的候选补丁进行评估,直到找到一个补丁可以使得所有测试用例均执行通过,并随后借助开发人员的人工分析进行最终确认.在上述三个阶段中,生成补丁阶段是自动程序修复方法的核心,论文将已有补丁生成方法细分为三类:基于搜索的方法、基于语义的方法和其他类型方法.其中基于搜索的方法在搜索空间内通过搜索生成补丁,并借助配套测试用例集对该补丁进行验证,经典的方法包括GenProg、PAR、AE、RSrepair等;基于语义的方法则借助语义信息来合成补丁,主要基于符号执行和约束求解,经典的方法包括SemFix、DirectFix、Angelix、Nopol等;而不属于上述两类方法的研究工作则被归于其他类型的方法,经典的工作包括基于问答网站和开源项目托管网站挖掘来生成补丁.而补丁评价阶段是自动程序修复方法研究的争议焦点,近两年研究人员更多关注正确补丁在搜索空间中的分布和补丁的正确性.特别是针对减少补丁的验证花销和提高补丁质量的问题做出了进一步的探索.随后论文针对特定领域的自动程序修复方法进行了总结,包括并发缺陷、数据库缺陷、空指针缺陷、数据结构缺陷、内存泄漏缺陷等的自动修复方法.其中重点分析了针对并发缺陷的自动修复方法,将已有研究工作分为数据竞争的自动修复、原子性违背的自动修复、顺序违背的自动修复和死锁的自动修复.然后论文总结了自动程序修复方法在有效性评估中经常使用的缺陷库,不难看出ManyBugs、IntroClass、Simens程序集和Defect4J是目前使用最多的缺陷库.为了方便研究人员更好的与自己提出的修复方法进行比较,论文搜集了目前已经共享的自动程序修复工具并给出了相关参考文献和具体下载地址.接着论文对国内外在程序自动修复领域比较活跃的研究小组进行了总结,并对每个研究组的主要贡献进行了总结,以方便国内外研究人员对他们的后续研究工作进行及时跟踪.最后总结全文,并依次从缺陷定位、补丁生成和评估、缺陷数量和类型、特定领域的缺陷修复以及缺陷修复在工业界中的应用这五个维度对未来的研究工作进行了展望.

自动程序设计──模拟进化的途径

本文基于一种新颖的进化计算模型，提出一个自动程序设计框架．通过引入程序概括的概念，将给定任务的程序设计转换为寻优问题．程序进化器以形式文法作为遗传表示，它是独立于具体任务的进化模拟机．当程序概括的结果经联编器翻译后，程序进化器能够自动地构造出完成给定任务的目标程序．本文用符号回归任务的自动程序设计检验这一框架的可行性．

程序重用的自动程序设计方法

在基因表达程序设计(GEP)基础上,从自动程序设计方法学的观点出发,对程序重用的程序表示方法进行了研究.①提出了一种新的基因结构:头+身+尾,使计算机自动设计的程序具有必要的复杂性,又便于引入学习机制;②提出了一种新的同源基因结构,它不仅可实现子程序的调用,还具有很强的编程能力;③提出了异族同源基因的概念:一种多细胞结构,它能描述复杂的多层次程序结构,实现可重用程序的复杂调用;④提出了分布估计变异方法,将统计学习机制融入算法,既提高了算法的收敛速度,又提高了解的质量.计算实例表明了这种新的自动程序设计方法的可行性和实用性.

自动程序设计探索：论遗传程序设计

自动程序设计是计算机科学的中心目标之一。近几年来该在理论上取得了突破性进展，那就是演化计算理论，特别是其中的遗传程序设计ＧＰ的理论与方法的进展。本文从３个方面论证ＧＰ方法学给自动程序设计带来了希望的曙光。

面向领域的自动程序设计——研究与实践

本文讨论了面向领域自动程序设计的研究现状和存在的问题,介绍了我们在这方面所进行的工作:在通用算法设计模型下,通过支持面向领域自动程序设计的设施完成程序设计任务。文中给出了银行领域中的若干应用实例,并提出了基于概念网的面向领域自动程序设计的研究方向。

一个面向CAD的自动程序设计系统的实现

对一个面向CAD的自动程序设计系统(CAPS)的功能和实现方法作了介绍。该系统采用转换与过程相结合的方法,实现了从规格说明语言GSL编写的软件规格说明(FML)到可执行程序的自动生成。讨论了规格说明语言GSL的定义和特点;用于语法检查的检测程序(SCAN)的功能;自动转换程序(AUP)的工作原理和实现方法;知识库的组成及其在自动转换中的作用。最后对该系统的特点作了简要说明。

遗传程序设计——计算机自动程序设计的新途径

遗传程序设计作为演化计算的分支 ,具有概率搜索的本质和结构优化的特征 ,已成为研究计算机自动程序设计的重要工具。文中对遗传程序设计的研究进展作了综述 ,着重比较了遗传程序设计与传统的人工智能方法在本质上的差异 ,并展望了今后遗传程序设计在计算机自动程序设计方面的应用前景。

一种可行的自动程序理解途径

自动程序理解是软件工程和人工智能的非常活跃的研究领域,本文提出了一种独立于程序设计语言,具有明显结构性和流图结构的中间表示plan 来表示程序代码,本文首次提出了应用图文法分析技术于自动程序理解的方法,并给出了基于人工智能技术来进行自动程序理解的模型。

APA:类比自动程序设计系统

自动程序设计系统APA使用类比推理技术,向过去经验学习编写新的LISP程序.本文首先给出了它的知识表示和系统结构,然后讨论怎样发现与新问题相似的已解问题,怎样沿着相似推导构作新问题的程序.APA是[1,2]中类比推理理论的一个实验系统.

自动程序设计的研究

自动程序设计是计算机科学的中心目标之一,围绕中心目标进行研究是计算机科学工作者的责任。采用一种形式化方法,即演化计算(EvolutionaryComputation)理论,特别是其中的遗传程序设计(GeneticProgramming,简称GP)的理论,深刻研究了自动程序设计的概念和遗传算法。基于该方法的自动程序设计能够模拟生物进化的机制来适应外界环境,并获得最佳解,从而使得自动程序设计获得较好效果。

基于变型空间代数的自动程序修复方法

基于代码枚举的自动程序修复方法借助变异算子对程序中错误语句进行变更操作,从而得到程序修复解.由于缺乏文法制导及变异算子数量的有限性,该方法的有效性有待进一步提高.本文提出一种基于变型空间代数的自动程序修复方法,即将回归测试用例集视为训练实例,通过归纳学习得到程序中出错语句的修复解.具体而言,该方法包括以下特征:(1)从文法到变型空间的自动构造生成方法;(2)根据变型空间树中变型空间的不同类别,分别给出一致性定义;(3)结合静态及类型检查的变型空间代数运算.实验结果表明:与基于代码枚举及基于搜索的修复方法相比,本文提出的方法在修复成功率方面更具优势;与此同时,方法中的静态及类型检查机制可以有效地削减假设空间的规模.

基于知识的自动程序设计系统XAPS

一、引言自动程序设计的研究由来已久,它的发展可以追溯到本世纪五十年代.当前所进行的自动程序设计活动主要是把人工智能技术应用到软件工程。

自动程序修复中的安全隐患场景及解决方案

为提高自动程序修复方法的修复质量,指出在自动程序修复方法修复程序缺陷过程中存在的两种安全隐患场景,即脏补丁源场景和脏测试集场景,并为两种安全隐患场景分别提出相应的解决方案,即补丁校验方案和测试集校验方案。实验结果表明,所提出的补丁校验方案能够促使自动程序修复方法获取安全性更高的补丁,所提出的测试集校验方案能够准确地定位测试集中的脏测试用例,误报率为7.20%。

一个基于类型理论的自动程序设计系统

本文提出了一个基于类型理论的自动程序设计系统。系统把用户定义的关于各种问题的代数说明做为深度知识构成系统的深度知识库。对用户提出的一个问题的规范说明,系统给出符合这一规范的“程序”做为回答。系统初步体现了软件形式化开发中的规范、构造和验证一体化。

专家系统在自动程序构造中的应用

结合“企业管理计算机程序的自动生成系统(HAPS)”的研制,本文简要地介绍HAPS 的设计思想,概述了专家系统在HAPS 中的应用以及几个有关问题。

计算机自动程序设计研究

自动程序设计是计算机科学的中心目标之一,围绕中心目标进行研究是计算机科学工作者的责任。遗传程序设计作为演化计算的分支,具有概率搜索的本质和结构优化的特征,已成为研究计算机自动程序设计的重要工具。文中研究了自动程序设计的概念和遗传程序设计的方法,利用并行计算技术来实现自动程序设计。

自动程序生成工具QUICK

本文介绍的QUICK工具以构造通用事务处理系统的样板程序模式为基础,通过对软件规格说明信息作非过程性描述,实现了微机管理信息系统中许多应用软件FoxBASE源程序的自动生成.该工具在微机上实现,由FoxBASE和PASCAL语言混合编写而成.

一种基于规则的自动程序修复方法

为解决基于测试集自动程序修复方法修复缺陷正确率低的问题,提出一种基于规则的自动程序修复方法——RuleFix。该方法首先通过挖掘代码中的隐式编程规则定位缺陷位置,然后根据隐式编程规则选取合适的补丁,最后采用程序合成工具对补丁进行校验以保证修复结果的正确性。此外,为解决现有规则挖掘算法无法有效挖掘低频规则的问题,提出一种低频规则挖掘算法,根据已有规则推演生成新的规则,以提升规则挖掘的能力。基于所提方法实现了原型工具,并与现有的自动程序修复方法进行对比。实验结果表明,与现有的GenProg和PAR方法相比,所提方法有明显更高的修复率和正确率。

助听器自动程序切换技术的发展——从自动导声到动态声景自适应

使用助听器来改善听力一直是听力学专家和研发人员不断追求的目标。目前面临的最大挑战是如何使用电子设备来改善听觉功能这种生物系统。几年前．助听器公司首次将听觉仿生技术引入了助听器领域．其中最具关键性的是Palio技术平台的开发，这一通用型芯片使得当时的听力学技术产生了革命性的变化。多重声景处理模式的使用．实现了在不同聆听环境中因个性化特制的各种不同的聆听程序的转换。虽然其他现有的助听系统也采用了单声景处理系统，即每一程序均只对应单一声景．相比之下．多重声景处理技术则能根据不同聆听环境．激活各种相降噪或方向性麦克风等参数设置．创造出完全不同的聆听程序，最大限度地满足个性化聆听需求。

PRAPS：一个用于自动程序设计的问题表示系统

提出了使用领域知识与专家系统技术形成形式问题模型的方法，并在ＰＲＡＰＳ系统中得以实现。这一方法的应用，使用户仅以自然语言形式提出问题，经ＰＲＡＰＳ系统，最终形成描述问题的形式化模型，从而为自动设计解决问题的程序奠定了基础。