關(guān)聯(lián)規(guī)則在故障模式庫(kù)中挖掘出最有效，最相關(guān)故障模式的應(yīng)用

熊登峰

摘 要：基于故障模式的嵌入式軟件智能測(cè)試方法作為一種解決嵌入式軟件測(cè)試問(wèn)題的新途徑，其關(guān)鍵技術(shù)之一就是如何從故障模式庫(kù)中找出與嵌入式軟件相關(guān)的故障模式。文章論述了如何使用關(guān)聯(lián)規(guī)則，在故障模式庫(kù)中挖掘出與被測(cè)試對(duì)象相關(guān)的故障模式。

關(guān)鍵詞：關(guān)聯(lián)規(guī)則；軟件故障模式庫(kù)；故障模式

1 概述

隨著嵌入式系統(tǒng)在航空航天武器裝備、工業(yè)控制、車(chē)輛導(dǎo)航、信息家電、家庭智能管理系統(tǒng)、POS網(wǎng)絡(luò)及電子商務(wù)、自然環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)控、機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域廣泛運(yùn)用。用戶(hù)對(duì)嵌入式系統(tǒng)質(zhì)量要求日趨嚴(yán)格，嵌入式軟件測(cè)試作為嵌入式系統(tǒng)項(xiàng)目質(zhì)量控制的主要手段，正受到越來(lái)越多的重視。而嵌入式軟件運(yùn)行是實(shí)時(shí)的，運(yùn)行過(guò)程中嵌入式軟件，硬件以及外部設(shè)備的頻繁交互，嵌入式軟件系統(tǒng)本身對(duì)性能的要求也高，因此，所有這些特點(diǎn)決定嵌入式軟件測(cè)試是一類(lèi)最難的測(cè)試。

基于故障模式的嵌入式軟件智能測(cè)試方法作為一種解決嵌入式軟件測(cè)試問(wèn)題的新途徑，具有缺陷探測(cè)率（DDP）更高，測(cè)試周期更短，測(cè)試成本更低優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)該測(cè)試方法的關(guān)鍵技術(shù)之一就是如何從故障模式庫(kù)中找出與嵌入式軟件相關(guān)的故障模式。文章將介紹使用Apriori算法實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘在該智能測(cè)試方法中的應(yīng)用。

2 關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘過(guò)程

2.1 挖掘任務(wù)

該智能測(cè)試方法要根據(jù)用戶(hù)要求為軟件系統(tǒng)提供最有效、最相關(guān)的故障模式，而要實(shí)現(xiàn)此功能就必須依據(jù)一定的推理規(guī)則，所以在這里關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘的任務(wù)就是要從大量的故障模式數(shù)據(jù)中獲取一定的關(guān)聯(lián)規(guī)則，作為測(cè)試方法中要用到的推理規(guī)則的一部分。以后文章所提到的關(guān)聯(lián)規(guī)則就是指推理規(guī)則。

2.2 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

我們假設(shè)在某行業(yè)嵌入式軟件故障模式庫(kù)中，故障模式數(shù)據(jù)記錄在一個(gè)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中。下面列出其中最重要的一張數(shù)據(jù)表。

在上述表格中，每條故障模式包含信息有：編號(hào)、軟件類(lèi)型、模塊類(lèi)型、編程語(yǔ)言、故障模式名稱(chēng)、出錯(cuò)次數(shù)、危害程度。其中主要特征的含義如下：

●軟件類(lèi)型：是指軟件系統(tǒng)的應(yīng)用類(lèi)型；

●模塊類(lèi)型：指一個(gè)軟件系統(tǒng)中的模塊的分類(lèi)，例如是圖形模塊、編澤器模塊還是通訊模塊等等，當(dāng)然還可以分的更細(xì)；

●編程語(yǔ)言：是用什么語(yǔ)言編程，C++、iava或是C#等；

●故障模式描述：故障模式的描述；

●出錯(cuò)次數(shù)：符合這種故障模式的錯(cuò)誤次數(shù)；

●危害度：此故障模式測(cè)出的錯(cuò)誤的危害程度。

當(dāng)然除了上述特征外，還有另外一些特征，例如編程工具、軟件運(yùn)行平臺(tái)等，上表沒(méi)有一一列舉。

將這些特征除全部數(shù)值化和離散化表示，這樣符合關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘的要求。我們的目的主要是想通過(guò)關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘找出諸如什么類(lèi)型的軟件的故障模式導(dǎo)致較高的危害，或者什么類(lèi)型的模塊中什么類(lèi)型的故障模式出錯(cuò)次數(shù)較多等等推理規(guī)則，這些規(guī)則止是故障模式提供中要用到的。把這些數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好以后，下面就可以挖掘關(guān)聯(lián)規(guī)則了。

2.3 挖掘關(guān)聯(lián)規(guī)則

我們指定最小支持度和最小可信度，這可以由系統(tǒng)缺省指定，也可以由用戶(hù)自己指定。假設(shè)最小支持度為50%，要求的最小支持度越高，挖掘出的規(guī)則越少，挖掘的過(guò)程也越快；最小可信度為50%。然后利用Apriofi算法對(duì)故障模式數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行挖掘處理，處理過(guò)程這里不再詳述。最終可以獲取一系列的關(guān)聯(lián)規(guī)則。其中可能的一條規(guī)則形式如下：

（軟件類(lèi)型=3，輸入類(lèi)型=15）=> （出錯(cuò)次數(shù)>=4，危害度>=4）

支持度為60.77%，可信度是85.18%，期望可信度是84.00%，作用度是1.03

這條規(guī)則表明，60.77%的軟件類(lèi)型為3，故障模式類(lèi)型為15的故障模式它們的出錯(cuò)次數(shù)>=4，危害度>-4。

2.4 應(yīng)用關(guān)聯(lián)規(guī)則

運(yùn)用上述規(guī)則，軟件故障模式庫(kù)根據(jù)用戶(hù)所提供的軟件的特征，將滿(mǎn)足此規(guī)則的所有故障模式推薦給用戶(hù)。用戶(hù)首先給出其軟件的類(lèi)型，假定為3，然后再給出危害度>=4，最小支持度為50%，則故障模式庫(kù)根據(jù)上述規(guī)則將所有故障模式描述為15的故障模式列舉出來(lái)給用戶(hù)，實(shí)現(xiàn)了所要求的功能。

通過(guò)以上步驟，得到了一些關(guān)聯(lián)規(guī)則。當(dāng)然在實(shí)際運(yùn)用中，還應(yīng)該反復(fù)作一些調(diào)整、比較，力求得到最符合實(shí)際、最能達(dá)到目標(biāo)要求的結(jié)果。有些關(guān)聯(lián)規(guī)則可能沒(méi)有任何意義，因該將其手動(dòng)剔除，以免導(dǎo)致故障模式庫(kù)提供一些無(wú)效的或不太相關(guān)的故障模式。

3 結(jié)束語(yǔ)

文章對(duì)關(guān)聯(lián)規(guī)則在軟件故障模式庫(kù)中的故障模式提供上的簡(jiǎn)單應(yīng)用作了描述，給出了挖掘步驟和方法，并舉例說(shuō)明了應(yīng)用于軟件故障模式庫(kù)的過(guò)程，具有一定的實(shí)用價(jià)值。但對(duì)關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘在軟件故障模式庫(kù)中更迸一步的應(yīng)用有待研究。

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