正交試驗法在參數配置類軟件測試中的應用分析

蘇晶

山東理工大學 山東 淄博 255049

前言

軟件測試是軟件開發過程中的重要組成環節，是發現軟件缺陷和提高軟件質量的重要舉措，其本質為通過建立輸入與輸出之間的映射關系驗證系統功能是否滿足用戶需求。

軟件測試的方法繁多，各有長處和不足，可分別適用于不同的應用場景中。對于參數配置類軟件的測試問題，由于不同輸入條件取值組合將產生不同的輸出結果，若采用傳統的基于軟件等價類的劃分方法設計測試用例，僅僅滿足于輸入條件取值的覆蓋，則勢必忽略重要組合的驗證，帶來遺漏缺陷的風險。

另外，由于輸入條件取值往往無法簡單通過邏輯值概括，加之其間毫無關聯、相互獨立，不具備合并化簡的必要條件，若采用判定表驅動法設計測試用例，則隨著輸入條件的增多，通常會導致排列組合數量過于龐大，在有限時間和成本的條件下，無法保證測試效率。反之若從海量規則中隨意選取輸入組合生成測試用例，雖然可以保證測試效率，但由于選取不具備代表性，測試的有效性無法得到保障，因此同樣不具備可行性。

為了解決上述問題，需要借鑒數理統計領域中的正交試驗法進行數據組合的科學采樣，通過較少的排列組合達成最佳測試效果，以提高測試的效率和有效性[1]。

1 測試需求描述

微軟PowerPoint打印問題的測試需求描述如下：

打印范圍：必須在全部、當前幻燈片、給定范圍三者中選擇其一；

打印內容：必須在幻燈片、講義、備注頁、大綱視圖四者中選擇其一；打印顏色：必須在彩色、灰度、純黑白三者中選擇其一；打印效果：必須在幻燈片加框、幻燈片不加框兩者中選擇其一。

打印問題屬于典型的參數配置類軟件測試，用戶選擇的配置項組合不同，打印效果千差萬別。四個輸入項取值的笛卡爾乘積為3×4×3×2=72，排列組合數量較為龐大，且該測試涉及輸入輸出設備，若窮舉測試勢必會花費大量的成本，但由于輸入條件間相互獨立，隨意篩選無法確保測試的有效性，此類測試需考慮使用正交試驗法解決。

2 正交試驗法概述

正交試驗法是從大量的試驗點中挑選出適量的、有代表性的點，應用伽羅瓦理論導出的正交表，合理安排實驗的一種科學的試驗設計方法。軟件功能測試作為試驗的一種，完全可以利用正交試驗法進行測試數據的選擇，以提高測試的效率[2]。

正交表應用在軟件測試中的表示形式為：

L測試用例數（輸入條件取值數輸入條件數）

正交試驗法在選擇數據時，可滿足所有因子和水平取值的均勻分配，以及兩兩組合取值的均勻搭配，因此在減少測試用例絕對數量的同時，測試效果不會大打折扣。

比如，L9(34)為三水平的正交表，其中“L”為正交表的代號，指數“4”為表的列數，表示最多可安排4個輸入條件，底數“3”表示每個輸入條件可取3個不同的取值，下標“9”為表的行數，表示若采用正交試驗法，可從34=81個排列組合中科學采樣選取9個輸入組合作為測試用例開展測試。

3 測試用例設計步驟

3.1 提取功能說明

根據被測軟件的規格說明書找出影響其功能實現的操作對象和外部因素，將其作為因子，將各因子的取值作為水平。

根據測試需求描述，分解功能要求，確定影響打印功能的因子分別為打印范圍、打印內容、打印顏色和打印效果。每個因子的取值均為離散集合，則直接構造因子-水平二維表[3]。

3.2 加權篩選

并非每個輸入條件及取值在測試過程中都是同等重要的，為了確保測試的有效性，可對因子及水平按其重要程度進行加權篩選，并生成因素分析表。

通常情況下，用戶較少關注打印的幻燈片是否加框，而備注頁由于不涉及關鍵信息往往被忽視，則在測試進度較為緊張的情況下，可舍棄重要程度偏低的因子及水平。加權篩選后，最終生成的因素分析表中保留的輸入條件排列組合數量為3×3×3=27。

3.3 利用正交表構造測試數據集

若加權篩選后排列組合數量仍然超出預期，則需根據因子和水平的個數選擇合適的正交表。由于不存在三因子三水平的正交表，則需在現有正交表中選擇并套用因子數略大的，即四因子三水平正交表L9(34)，并將多余因子舍棄，構造出的表格仍然滿足兩大正交特性，確保數據采樣的均勻性及科學性。

最后只需將保留的三個輸入條件及其取值依次映射并代入現成的正交表中，即可完成9個測試用例的設計任務[4]。

4 結束語

利用正交試驗法設計測試用例，較使用其他方法具有如下優點：

（1）節省測試工作工時。由于把現成的規范化的正交表直接應用到測試用例選取中，不需要多步驟的推導，也不需要豐富的經驗和創造力，可以有效減輕測試者的負擔。

（2）可控制生成測試用例的數量。利用加權篩選，考慮測試輸入條件與條件取值的重要程度及條件間的相互影響，做出一定的篩選，可以把生成測試用例的數量控制在允許范圍內。

（3）測試用例具有一定的覆蓋度。正交試驗法是一種合理的、有效的抽樣方法，對被測軟件來說，測試用例的涉及范圍在整體上比較均勻，可排除偏向于功能某個局部的可能性。

通過上述分析可以看出，正交試驗法是科學有效的采樣方法，可應用于參數配置類軟件的測試過程中，以達到提高測試效率和有效性的目的。

但是這種方法受限于數理統計的應用背景，無法考慮輸入參數相互組合的實際意義，在一定程度上對測試效果產生了不利影響，通常需要與其他黑盒測試方法相結合用于解決實際問題。