人機協同的自主演化式軟件測試環境構建與優化研究

摘要：本文旨在研究人機協同的自主演化式軟件測試環境構建與優化。通過分析自主演化式軟件測試環境的常見問題與人機協同的應用價值，文章提出了結合人機協同的自主演化式軟件測試環境構建方案，并從整體架構設計、自動化測試工具和技術選擇、測試用例設計和管理方法、人機協同測試的工作流程、數據管理和分析策略以及實施和監控方法等六個方面全面闡述了整體方案的構成；最后分析了人機協同測試環境的潛在風險與優化措施。

關鍵詞：人機協同；自主演化式；軟件測試環境；軟件測試

一、引言

自主演化式軟件測試環境是為支持軟件測試過程設計的重要基礎設施，其目標在于通過協同人員和自動化測試工具來提升測試效率和質量。然而，在其運行中，經常出現資源不足、自動化測試問題和測試用例設計不合理等障礙。解決這些問題，以確保自主演化式軟件測試環境能夠更好地支持測試工作，提高測試的效能和全面性，確保軟件產品質量和可靠性，是當下迫切需要解決的重要需求。人機協同測試是指人類測試員與計算機自動化測試工具協同使用的一種測試方法，旨在提升測試效率和質量。在自主演化式軟件測試環境中，該方法充分利用了人的直觀判斷力和創造性思維，可以捕捉難以預測和模擬的軟件問題，同時結合自動化測試工具的高速執行和一致性，實現更有效的軟件測試。人機協同測試能夠更快速、全面地發現問題，提高測試效率，最終提升軟件質量[1]。

二、結合人機協同的自主演化式軟件測試環境構建方案

（一）人機協同測試環境的架構設計

在構建自主演化式軟件測試環境時，關鍵是將人機協同融入架構設計中。這包括確保測試環境具備適應性，以便根據測試需求集成測試人員和自動化測試工具。架構應該允許測試人員和自動化工具協同執行測試任務，同時提供必要的接口和集成點，以便測試人員能夠參與測試用例設計和執行，同時讓自動化工具可以高效地執行大規模測試。

1.測試環境的核心架構。架構的核心應包括一個測試環境管理模塊，負責協調和監控整個測試過程的模塊。該模塊應具備以下功能：

（1）測試用例管理：用于存儲、維護和管理測試用例，包括人工編寫的測試用例和自動化測試腳本。

（2）資源調度：負責分配硬件、軟件和人力資源，以滿足不同測試任務的需求。

（3）數據管理：管理測試過程中產生的數據，包括測試結果、日志和異常報告。

（4）協同工作：提供協同工作機制，以便測試員和自動化工具能夠協同執行測試任務。

2.測試用例設計和執行界面的功能。架構應提供一個用戶友好的界面，使測試員能夠輕松地設計、編輯和執行測試用例。這包括一個測試用例編輯器，允許測試員創建和修改測試用例，以及一個測試執行界面，用于手動執行測試用例和監控測試進度。

3.自動化測試工具集成。架構需要支持多種自動化測試工具的集成，以適應不同項目和技術棧的需求。這些工具可以包括自動化測試腳本執行引擎、性能測試工具、UI自動化工具等多種工具。集成應該提供靈活性，以允許測試工具與測試環境進行通信和協同工作[2]。

4.通信和協議。架構應該定義明確的通信協議，以確保測試員和自動化工具之間能夠有效地交換信息和數據。這包括任務分配、測試結果傳遞、異常報告等。常見的通信協議可以基于RESTful API、消息隊列或WebSocket等。

5.安全性和權限控制。架構必須考慮安全性和權限控制，以確保只有經過授權的人員能夠訪問和執行測試用例。這包括用戶身份驗證、訪問控制列表和數據加密等安全措施。

6.監控和報告。架構應具備監控和報告功能，以便實時跟蹤測試進度、性能指標和問題。監控可以通過儀表盤和日志記錄來實現，報告可以生成測試摘要、問題報告和趨勢分析等。

7.擴展性和靈活性。架構設計應具備足夠的擴展性和靈活性，以便隨著項目的演化和需求的變化而進行調整和擴展。這包括模塊化設計、可插拔的組件和可配置的參數設置。

8.培訓和支持。架構應提供培訓和支持機制，以確保測試團隊能夠充分利用人機協同測試環境。這包括文檔、培訓課程和技術支持渠道。

（二）自動化測試工具和技術選擇

在構建人機協同測試環境時，自動化測試工具和技術的選擇至關重要。首先，考慮項目特點，如應用類型（Web、移動、桌面、API）。選擇與項目需求匹配的工具，例如對于Web應用，可以考慮使用Selenium等工具。其次，考慮測試團隊的技能和經驗，選擇團隊熟悉的工具有助于提高效率。工具應支持測試用例設計、執行和結果分析，包括斷言、數據驅動和并發測試等功能。社區支持和文檔資源同樣重要，以解決問題。工具必須支持與人工測試員協同工作，包括版本控制、團隊協作、測試任務分配和協同執行，以促進團隊合作。這些因素應綜合考慮，以確保選擇的工具與項目需求和團隊技能相符[3]。

（三）測試用例設計和管理方法

在人機協同測試環境中，測試用例的設計和管理至關重要。明確項目需求、分組和分類測試用例，使用數據和參數化模擬不同情況，進行版本控制與狀態管理，平衡自動化與手動測試比例，定期審查與更新測試用例，都有助于提高測試質量和效率。這些策略有助于應對測試挑戰，加速軟件開發周期，提高產品質量。測試用例的清晰設計、合理管理和定期更新對于確保測試任務的順利執行和滿足用戶需求至關重要[4]。

（四）人機協同測試的工作流程

人機協同測試的工作流程明確了測試任務的執行步驟。具體流程包括需求分析階段和測試計劃、測試用例設計、自動化測試執行、手動測試執行、測試結果分析和報告、問題解決和反饋、測試回歸，以及進行監控和改進。

（五）數據管理和分析策略

在人機協同測試中，數據管理和分析策略不僅僅是一個任務列表，而是一個復雜而關鍵的生命周期過程，對于確保測試的有效性、問題的識別與跟蹤，以及測試流程的不斷改進至關重要。

1.數據采集和捕獲機制。數據管理的基礎是建立可靠的數據采集和捕獲機制。

（1）定義數據范圍和類型：數據采集始于對何種數據需要被捕獲的明確定義。這包括測試執行日志、性能指標、異常報告、用戶交互記錄等多種數據類型，而其中明確的數據范圍則是建立有效數據管理的第一步。

（2）詳盡的日志記錄：對于自動化測試，詳盡的日志記錄機制是不可或缺的。每個測試步驟、每次交互、每個異常事件都應有詳細地記錄，以確保問題的溯源和復現。

（3）大數據處理：隨著測試項目的增長，處理大量數據變得至關重要。這可能需要使用分布式存儲和處理技術，如Hadoop和Spark，以應對海量數據的需求。

2.數據存儲和可擴展性。測試數據的存儲和管理需要考慮規模和可擴展性。對于大規模測試項目，可能需要分布式存儲解決方案。同時，要保證數據存儲滿足性能要求，以便及時訪問和分析數據。

（1）數據存儲方案：測試數據的存儲需要考慮到規模和增長趨勢。選擇合適的數據存儲方案是關鍵，包括關系型數據庫、NoSQL數據庫、云存儲等，以滿足不斷增長的數據需求。

（2）性能要求：數據存儲必須滿足性能要求，以便及時訪問和分析數據。這可能需要數據索引、緩存、負載均衡等性能優化策略的實施。

（3）數據備份和恢復：為防止數據丟失，必須做到定期的數據備份和急救恢復規劃，確保即使在數據中斷或災難事件發生時，測試數據也能夠安全可靠地恢復。

3.數據安全性和合規性。由于測試數據可能包含敏感信息，因此數據安全性和合規性至關重要。這包括訪問控制，加密數據傳輸和存儲，以及確保符合相關法規和標準。

（1）訪問控制和加密：由于測試數據可能包含敏感信息，數據安全性是關鍵。實施強大的訪問控制措施，確保只有經過授權的人員能夠訪問數據。此外，必須做到加密數據傳輸和存儲，以保護數據的機密性。

（2）合規性管理：針對不同行業和地區的法規要求，如GDPR、HIPAA等，確保數據管理策略的合規性具體包括數據保留政策、隱私政策、數據主體權利等法規方面的管理。

4.數據分析工具和技術。數據分析是一個復雜的任務，需要使用適當的工具和技術。數據可視化工具、統計分析軟件、機器學習平臺等可以幫助測試團隊從海量數據中提取有價值的見解。

（1）數據可視化工具：使用數據可視化工具，將大量數據轉化為易于理解和分析的可視化圖表和儀表盤，有助于快速發現趨勢和問題，例如使用Tableau、PowerBI等工具。

（2）統計分析軟件：利用統計分析軟件，如R、Python的Pandas和NumPy庫等，進行深入的數據探索、模型構建和統計測試，以識別異常和模式。

（3）機器學習和人工智能：運用機器學習和深度學習技術，可以自動化問題識別、模式發現和測試優化，加速問題解決和測試過程改進。

5.問題關聯和追蹤。數據管理系統必須能夠將問題報告與測試數據關聯起來。這有助于測試團隊更快速地定位問題的根本原因，并追蹤問題的解決進度。

（1）無縫集成：問題追蹤系統和數據管理系統必須無縫集成，以確保問題報告與相關測試數據關聯，保障問題的根本原因更容易定位，并跟蹤問題的解決進度。

（2）版本控制：在測試數據中引入版本控制，可以跟蹤數據的演化和變更，有助于測試問題的歷史分析和溯源。

6.持續改進策略。數據管理和分析策略需要不斷演化和改進。定期審查數據管理流程是提高數據質量、完整性和準確性的關鍵所在。

（1）流程審查和優化：定期審查數據管理流程可以提高數據質量、完整性和準確性。這包括識別和消除數據收集中的冗余和無效數據，以確保數據的質量。

（2）自動化和持續集成/持續交付（CI/CD）：利用自動化測試工具和CI/CD實踐，可以實現更快速地測試反饋循環和更高質量的軟件發布。自動化測試和分析過程的集成有助于提高整體測試效率和質量。

（六）實施和監控方法

實施和監控方法是確保人機協同測試環境運行順利的關鍵步驟。首先，制定詳細的測試執行計劃，包括任務分配、時間表和執行策略，以減少沖突和混亂。其次，培訓測試團隊成員，確保團隊具備必要的技能和知識，包括自動化測試工具的使用和測試流程。建立監控和報告機制，監測測試進度、工具穩定性和手動測試員工作負載，并建立問題跟蹤系統。定期的測試報告和問題分析有助于及時識別和解決問題。持續改進是不可或缺的，通過審查測試執行和結果，優化計劃、改進培訓和監控機制等，不斷提高測試效率和質量。最后，方法應具備適應性和靈活性，以滿足項目需求變化、技術挑戰和人員變動，確保測試環境的穩定運行[5]。

三、人機協同測試環境的潛在風險與優化方案

在構建人機協同測試環境時，必須認真評估可能出現的風險，并采取相應的優化方案來降低這些風險。

（一）人機協同測試環境的潛在風險預估

在構建人機協同測試環境時，需要考慮三種潛在風險。首先，人為誤操作可能導致測試質量下降，例如錯誤的測試用例執行或誤報缺陷。其次，自動化測試工具可能存在漏洞，可能導致測試任務不穩定或測試數據泄漏。最后，測試環境中的測試數據可能包含敏感信息，如果未經妥善保護，可能導致數據泄露或未經授權的訪問。為應對這些風險，需要制定相應的預防措施和應急計劃，以確保人機協同測試環境的有效性和安全性。

（二）優化方案

為降低上述風險，以下是一些優化方案，以確保人機協同測試環境的安全性和高效性：

1.建立安全策略和控制措施：設立明確的安全策略，包括訪問控制、身份驗證以及數據備份和恢復機制，降低誤操作和數據泄露風險。

2.定期更新和維護自動化測試工具：定期更新自動化測試工具，對其進行漏洞掃描和安全審查，確保工具的穩定性和安全性。

3.數據加密和隱私保護策略：采用強加密算法，建立隱私策略，明確規定數據收集、存儲和共享規則，以保護測試數據的隱私性。

4.培訓和教育測試團隊成員：為團隊成員提供測試流程、工具使用和安全培訓，提高測試準確性、效率和數據安全意識。

四、結束語

人機協同的自主演化式軟件測試環境是一個不斷發展和完善的領域，需要不斷關注和改進。在構建和優化這樣的測試環境時，需要始終牢記項目需求的定制化和與持續集成、持續交付的緊密結合。隨著技術的不斷演進和新的挑戰的出現，人機協同測試環境將繼續發展，以適應不斷變化的軟件測試需求。通過不斷學習和探索，利用人類的洞察力和創造性思維，與自動化測試工具相結合，提高測試效率和質量，最終實現高質量的軟件產品交付。

作者單位：黃俊杰 數字廣西集團有限公司

參考文獻

[1]李戈，彭鑫，王千祥，等.大模型：基于自然交互的人機協同軟件開發與演化工具帶來的挑戰[J].軟件學報，2023，34（10）：4601-4606.

[2]梁博成，凡霞.基于工作流技術的軟件測試標準化管理工具的研究[J].價值工程，2023，42（22）：7-9.

[3]周學花.基于智能優化算法的軟件測試數據生成模型及其應用研究[J].北華航天工業學院學報，2023，33（03）：10-12.

[4]楊麗娟，李瑛，孫紅艷.項目驅動的軟件測試實驗設計[J].北華航天工業學院學報，2022，32（05）：11-13.

[5]吳靜.計算機軟件測試技術與開發應用研究[J].內江科技，2022，43（08）：135-136.