基於多層網路理論的軟體系統結構分析和行為建模研究

《基於多層網路理論的軟體系統結構分析和行為建模研究》是依託西安交通大學，由屈宇擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於多層網路理論的軟體系統結構分析和行為建模研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：屈宇
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

當前軟體系統規模日益增大，開發和維護成本急劇上升，對軟體結構評測、運行時監控的需求日益強烈。近年來，研究者將複雜網路理論套用於軟體系統分析和建模中，取得了顯著進展，但仍存在尚未解決的問題：軟體系統是典型的多層複雜人造系統，包含類、函式（方法）、語句等多個層次的實體，這些實體相互依存、調用，構成了軟體系統。然而，已有研究往往僅考慮某單一層次的軟體網路模型（如類依賴網路），沒有在多個層次上形成有機統一。本項目擬將近期發展成熟的多層複雜網路理論套用於軟體系統的分析和建模中，提出軟體系統多層網路模型（M-CN），研究其構建方法及特性；基於M-CN及其社團結構，提出新的軟體結構指標；研究面向軟體執行過程及其M-CN的節點中心性計算方法，提出軟體執行過程中重要模組定位方法。本項目的實施，將有望填補多層網路理論套用於軟體系統分析和建模研究的空白，在軟體系統結構分析、行為建模方面形成新的理論方法和技術突破。

結題摘要

隨著技術進步和套用的深入，軟體系統的規模和複雜度日益增長，缺陷和漏洞急劇增多，對軟體結構評測、缺陷及漏洞分析的需求日益強烈。與此同時，軟體系統在多個層次上體現出典型複雜網路的特性。本項目提出了軟體系統多層網路模型建模方法，構建了軟體系統類依賴網路和檔案依賴網路；基於構建的網路，將k核分解理論套用於上述網路中的軟體缺陷和漏洞分布規律挖掘，發現了軟體系統缺陷和漏洞分布的共性規律；提出了基於網路表示學習的軟體缺陷預測方法node2defect；基於挖掘到的缺陷分布共性規律，提出了一個簡單但高效的等式top-core，對工作量感知缺陷預測模型生成的可疑類列表進行重新排序。通過基於18個大型開源軟體系統的實證研究和實驗，論證了軟體系統缺陷和漏洞分布規律的普遍性，證明了所提出的node2defect方法和top-core等式的有效性。本項目研究過程中，項目負責人作為主要完成人，獲得2017年國家科技進步二等獎一項。研究成果在IEEE TSE，IEEE TIFS，ACM/IEEE ASE 2018等國際期刊和會議上發表論文5篇，申請國家發明專利1項，培養博士後1人，碩士2人。所發表的5篇論文中，4篇論文為中國計算機學會（CCF）A類期刊及會議論文。完成了項目計畫書所規定的各項目標。