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基于源代码的软件网络结构研究

刘宇航  
【摘要】: 复杂网络广泛存在于现代社会的各个领域,其结构与性质特点已经成为当前研究的热门领域。计算机技术自上世纪诞生以来,已经深入现代人生活的方方面面。其中现代软件技术的发展使得软件结构日趋复杂化,令其开发和测试越来越困难,质量也越来越难以评估和保证。为了解决目前软件发展中存在的研发周期过长,测试投入人力物力不断增大,软件质量仍然无法得到可靠保证,需要通过长期的更新版本或发布补丁来不断修正等软件危机,发展出了软件工程(software engineering)学科。然而,由于软件系统本身的行为特点更像是一种人类思维活动的逻辑再现,其本身也具有人类思维的很多不确定因素,带来灵活,便利的同时,也带来了许多设计上的缺陷。近几十年以来,人们对软件工程的研究一直在摸索中探寻,其研究成果也在软件开发过程中起到了一定指导作用,却并没有从根本上解决软件设计缺陷的原生问题与控制问题。随着软件的网络化发展,其规模得到爆炸性扩张,传统方法已经难以准确预测和指导软件开发,近年来,运用复杂网络方法对软件结构进行抽象和研究是热门的研究方向,也发展出了许多令人瞩目的研究成果。 本文的研究首先通过复杂网络的研究方法,分别根据面向过程设计和面向对象设计的软件系统自身的特点,将其结构抽象为复杂网络拓扑的形式并建立了其网络模型。继而在复杂网络理论基础上针对软件的封装性和代码的重用性指标提出了“局部波纹度”和“到达概率”这两个参数来刻画软件系统中不同功能模块之间的独立性与封装性优劣,并运用工具分别对面向过程设计以及面向对象设计软件系统的几个优秀的开源软件项目进行实验研究和统计分析,发现了面向过程设计软件网络以及面向对象设计软件系统具有的无标度特性、小世界现象、局部波纹度的非均匀分布以及标度与到达概率之间的非线性同增关系等特性。这些研究结果对于指导软件开发和测试中对于软件模块化和封装性的改进有着量化和指导作用。根据研究结果,本文针对工程上提出了改进软件设计,提高开发及测试效率的建议。这些数据和结论对于提高软件质量和测试效率具有指导意义。


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