從測不準(zhǔn)原理看軟件測試的不充分性

1、自動化技術(shù)與應(yīng)用2008年第27卷第8期儀器儀表與檢測技術(shù)Instrumentation and Measurment從測不準(zhǔn)原理看軟件測試的不充分性吉向東(襄樊學(xué)院物理系,湖北襄樊441053摘要:從測不準(zhǔn)原理的哥本哈根解釋出發(fā),討論了導(dǎo)致軟件測試不充分性的根本原因。通過對軟件測試過程各階段的逐一分析,將軟件測試視為一種特殊的測量過程,應(yīng)用測不準(zhǔn)原理的哥本哈根解釋,給出了導(dǎo)致軟件測試不充分性的根本原因。由于單元測試和集成測試中編寫的測試代碼對原有代碼的干擾,以及在整個測試過程中發(fā)現(xiàn)缺陷后對系統(tǒng)所做的更改,使軟件測試的對象隨著測試過程的進(jìn)行不斷的發(fā)生變化,軟件測試的系統(tǒng)是一個隨著軟件測試過程的

2、進(jìn)行而不斷改變的系統(tǒng),根據(jù)測不準(zhǔn)原理,如果測試系統(tǒng)對被測系統(tǒng)的影響不可以忽略,待測系統(tǒng)是不可能得到充分測試的。關(guān)鍵詞:測不準(zhǔn)原理;軟件測試;不充分性中圖分類號:TP311.5文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1003-7241(200808-0018-03Discussions on Insufficiency of Software T estingAccording to the Uncertainty PrincipleJI Xiang-dong(Department of Physics, Xiangfan University, Xiangfan 441053, ChinaAbstract:

3、Insufficiency of software testing is discussed from the view of the Copenhagen School on the Heisenberg uncertaintyprinciple. The fundamental cause of insufficiency of software testing is analysed at each phase of software testing. The original code is disturbed from the testing code for unit testin

4、g and integrity testing. So according to uncertainty principle, sufficiency testing to software system is impossible if the effect from test system can not be ignored.Keywords: uncertainty principle; software testing; insufficiency收稿日期:2008-03-181引言雖然不同研究人員給出了不同的判斷軟件測試充分性的準(zhǔn)則1-4。但是在實際的軟件測試工作中,一般都認(rèn)為,軟

5、件測試是不可能充分的,即:任何軟件都不可能做到零缺陷發(fā)布。這主要是從軟件工程的角度來考慮,一方面,軟件測試的投入時間要受項目工期的限制,另一方面,每一個軟件項目的資金都是有限的,不可能對其進(jìn)行無限制的投入。而且,軟件測試實踐表明,越到軟件測試的后期,發(fā)現(xiàn)一個軟件缺陷的代價就越大。那么,從理論上看,到底是什么原因?qū)е铝塑浖y試的不充分性呢?軟件測試,歸根到底是一種測量。在測量過程中,測量設(shè)備和被測物體之間不可避免的會發(fā)生相互作用,測量也正是通過這種相互作用來獲取被測物體的待測屬性的。在一般的測量過程中,這種相互作用對被測物體的待測屬性影響很小,可以忽略不計,比如溫度的測量。然而,在軟件測試中,測

6、試代碼對被測代碼的影響是不可能被忽略的。在軟件測試過程中發(fā)現(xiàn)缺陷,需要對原有代碼做出更改,這也使待測代碼伴隨著測試過程的進(jìn)行而不斷變化。本文嘗試從量子力學(xué)中著名的測不準(zhǔn)原理的哥本哈根解釋出發(fā),通過對軟件測試過程和被測代碼之間的相互作用進(jìn)行分析,給出導(dǎo)致軟件測試不充分性的原因。2測不準(zhǔn)原理測不準(zhǔn)原理即海森堡不確定關(guān)系。1927年海森堡在研究微觀粒子波粒二象性的基礎(chǔ)上,提出了這一原理:AB h/4上式中A、B表示兩個不對易的物理量。測不準(zhǔn)原理表明:在一次測量中,對微觀客體的兩個不對易的物理量,一個測量得越精確,另一個必然測得越不精確。如果對粒子的位置測量得越精確,那么對它的動量(或者速度的測量就越

7、不精確,即,它們是不可能同時被準(zhǔn)確地測量的。對能量和時間等不對易的物理量也是如此。關(guān)于測不準(zhǔn)原理,作為“哥本哈根學(xué)派”之父的玻爾認(rèn)為,對微觀客體的觀測必然給它帶來不可控制的動量和能量干擾。玻自動化技術(shù)與應(yīng)用2008年第27卷第8期儀器儀表與檢測技術(shù)Instrumentation and Measurment爾指出:“利用一種光學(xué)儀器,就可以測量一個粒子的坐標(biāo)并達(dá)到任意所需的精確度,如果用波長足夠短的輻射來照明的話。然而,按照量子理論,輻射在客體上的散射永遠(yuǎn)是和一個有限的動量改變聯(lián)系著的;所用輻射的波長越短,動量的改變就越大。另一方面,例如通過測量散射輻射的多普勒效應(yīng),就可以測定一個粒子的動量并

8、達(dá)到任意所需的精確度,如果輻射的波長如此之長以致反沖作用可以忽略不計的話;但是,這時測定粒子空間坐標(biāo)的精確度就會相應(yīng)地減小?！?在“哥本哈根學(xué)派”看來,在測量儀器與待測客體之間存在不可區(qū)分性。正是這種不可區(qū)分性造成了客體測量結(jié)果的不確定性。3軟件測試IEEE認(rèn)為:軟件測試是使用人工或自動手段來運行或評價某個系統(tǒng)或系統(tǒng)部件的過程,其目的在于檢驗它是否滿足規(guī)定的需求;或是弄清預(yù)期結(jié)果和實際結(jié)果之間的差別。在實際工作中,軟件測試可分為:單元測試、集成測試、系統(tǒng)測試及驗收測試6。其中:單元測試用以驗證單元編碼是否達(dá)到了單元設(shè)計需求;集成測試用以檢驗產(chǎn)品的各組成單元能否在一起按照需求期望正常工作;系統(tǒng)測

9、試主要針對概要設(shè)計,檢查了系統(tǒng)作為一個整體是否能有效地運行;驗收測試通常由業(yè)務(wù)專家或用戶進(jìn)行,以確認(rèn)產(chǎn)品能真正符合用戶業(yè)務(wù)上的需要。4軟件測試的不充分性從以上IEEE對軟件測試的定義可以看出,軟件測試其實也是一種測量,它實際上是以客戶的需求為尺度,對具體的軟件實現(xiàn)進(jìn)行衡量,以確定它最終滿足客戶需求的程度。在實際的測試工作中,單元測試通常是由編寫該單元模塊的程序員自己進(jìn)行的。為了對該單元模塊進(jìn)行測試,程序員必須編寫相應(yīng)的測試代碼。對同一段待測試代碼,單元測試做的越充分,所需編寫的測試代碼量就越大。在單元測試中由程序員所編寫的這部分測試代碼,不可避免的要和原有的代碼進(jìn)行交互。有時出于測試的需要,程

10、序員有時還需要改動原有的代碼,以增加原有代碼的可測試性,因而這部分測試(單元測試代碼就不可避免的對被測試物體(即原有代碼的待測屬性引入了干擾,按照測不準(zhǔn)原理的“哥本哈根”解釋,如果想要對原有代碼進(jìn)行比較全面的單元測試,所編寫的單元測試代碼當(dāng)然也是越全面越好,然而,根據(jù)上面的分析,所寫的測試代碼越多,對原有代碼的干擾就會越大,所得出的結(jié)果也就越偏離原有代碼的特性。如果想要對原有代碼的干擾盡可能小,最好是什么也不做,即不對其進(jìn)行單元測試,然而,如果不進(jìn)行單元測試,原有代碼的特性雖然是客觀存在的,但對我們而言,卻又是不可知的。從軟件質(zhì)量控制的角度來看,這顯然也是沒有任何意義的。在集成已通過單元測試的

11、各個軟件模塊的過程中,有三種集成的次序可供選擇,即自頂向下集成,自下而上集成以及混合式集成。無論是那種集成方案,都需要編寫樁模塊和驅(qū)動模塊,以代替本模塊的下級模塊和上級模塊,而這些測試代碼,無疑也會影響原有代碼的特性。在系統(tǒng)測試階段和驗收測試階段,主要采用黑盒測試技術(shù),因此對測試人員而言,原有代碼是不可見的。但是無論采用那一種測試技術(shù),在測試人員發(fā)現(xiàn)缺陷以后,總是要提交給相應(yīng)的開發(fā)人員修改原有程序代碼,這種對原有代碼的修改,其實也是來自測試的干擾。毫無疑問,這種測試和原有代碼的相互影響,也是不可以忽略的。因此,考慮軟件測試后現(xiàn)實的軟件開發(fā)流程如圖1所示:正如圖1所示,軟件測試的對象,從開發(fā)人員

12、最初開發(fā)的沒有經(jīng)過測試的初始軟件系統(tǒng),到開發(fā)人員修復(fù)缺陷以后的系統(tǒng),然后再測試,再修改軟件測試對象在整個軟件開發(fā)過程中處于不斷的變動當(dāng)中,而變動的原因,正是軟件測試活動。軟件測試活動與軟件測試對象之間的這種相互影響,就像測不準(zhǔn)原理中用運動的光子去測量電子的位置或動量一樣,測試系統(tǒng)和被測系統(tǒng)緊密的聯(lián)系到了一起,相互作用,相互影響。軟件測試進(jìn)行的越充分,測試人員發(fā)現(xiàn)的缺陷就越多,從而開發(fā)人員對原有系統(tǒng)的更改也就越多,軟件測試的對象相對于測試之前初始系統(tǒng)的偏離也越多,最終導(dǎo)致了軟件測試的不充分性。5結(jié)束語在軟件測試實踐中,都是邊發(fā)現(xiàn)缺陷,邊對系統(tǒng)進(jìn)行更改。從測量的角度而言,軟件測試中面對的是一個隨著

13、測試過程的推進(jìn)而不斷變化的待測軟件系統(tǒng)。根據(jù)測不準(zhǔn)原理及其哥本哈根解釋,如果測試系統(tǒng)對被測系統(tǒng)的影響不可忽略,在待測系統(tǒng)中必然存在有一對或者幾對不可對易的量來描述這種關(guān)系,找出這些量及其滿足的關(guān)系式,無論對軟件測試的理論研究還是工程實踐,無疑都是一件有意義的事情。參考文獻(xiàn):1劉劍豪,劉曉明,黃松.軟件可靠性測試充分性的多準(zhǔn)則判定及應(yīng)用J.華中科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版,2007,35(9 :129-132. 2 楊玲萍,韓陽.基于功能點分析測試設(shè)計充分性模糊評判建模J.計算機工程與應(yīng)用,2007,43(3:106-111.3沈升源,陳麗容,湯銘端.基于統(tǒng)計覆蓋測試技術(shù)的軟件測試充分性研究J.系統(tǒng)

14、工程與電子技術(shù),2004,26(6:821-824.圖1考慮軟件測試后現(xiàn)實的軟件開發(fā)流程(下轉(zhuǎn)第7頁自動化技術(shù)與應(yīng)用2008 年第 27卷第8期控制理論與應(yīng)用Control Theory and Applications5結(jié)束語本文直接利用Lyapunov穩(wěn)定理論對PMSM混沌運動進(jìn)行控制和不確定參數(shù)的辨識,通過仿真證明了該方法的有效性和簡單性。對于永磁同步電動機的混沌運動起到了較好的抑制作用,而且還能正確地辨識影響混沌運動圖4永磁同步電動機混沌系統(tǒng)的輸入電壓和作者簡介:林文森(1983-,男,碩士研究生,研究方向:嵌入式系統(tǒng)、過程控制。(上接第17頁的參數(shù)。參考文獻(xiàn):1CHENJH,CHAU

15、KT,CHANCC.Chaoinvoltage-modecontrolleddcdrivesystemJ.Int.JElectr.,1999,86(7:857-874.2張波,李忠,毛宗源等.一類永磁同步電動機混沌模型與霍夫分叉J.中國電機工程學(xué)報,2001,21(9:13-17.3張波,李忠,毛宗源等.利用L y a p u n o v指數(shù)和容量維分析永磁同步電動機仿真中混沌現(xiàn)象J.控制理論與應(yīng)用,2001,18(4:589-592.4李忠,張波,毛宗源等.永磁同步電動機系統(tǒng)的納入軌道和強迫遷徙控制J.控制理論與應(yīng)用,2002,19(1:53-56.5任海鵬,劉丁,李潔.永磁同步電動機中混沌

16、運動的延遲反饋控制J.中國電機工程學(xué)報,2003,23(6:175-178.6李潔,任海鵬.永磁同步電動機中混沌運動的部分解耦控制J.控制理論與應(yīng)用,2005,22(4:637-640.7韋篤取,羅曉曙,方錦清等.基于微分幾何方法的永磁同步電動機的混沌運動的控制J.物理學(xué)報,2006,55(1:54-59.Backstepping遞推設(shè)計方法,在充分考慮了大系統(tǒng)其余部分關(guān)聯(lián)輸入對受控子系統(tǒng)影響的情況下,給出了子系統(tǒng)全局鎮(zhèn)定控制器設(shè)計方案,并將其運用于多機電力系統(tǒng)元件分散非線性控制器設(shè)計。所設(shè)計的非線性控制器能夠保證閉環(huán)子系統(tǒng)平衡點的漸近穩(wěn)定以及所有信號的一致有界性。參考文獻(xiàn):“Duality.

17、Observabilityandcontrollabilityforlineartime-varyingdescriptorsystems,”JCircuits,Systems,Signalprocess,1991,10(3:455-470.2張慶靈.廣義大系統(tǒng)的分散控制與魯棒控制M.西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社,1997.3王文濤,劉曉平,趙軍.非線性奇異系統(tǒng)的受控不變分布及其不變性J.自動化學(xué)報.2004,30(6:911-919.4J.WANGandC.CHEN,“Exactlinearizationofnonlineardifferentialalgebraicsystems,”CInte

18、rnationalConferenceoninfo-作者簡介:黃有建(1974-,男,助理工程師,研究方向:廣義系統(tǒng)的控制及其應(yīng)用。techandinfo-net,2001,(4:284-290.Differential/AlgebraicsystemswithapplicationtopowersystemsJ,IEEETransactionsonCircuitsandSystems,1990,37(11:1416-1423.systemsC,ProceedingsoftheAmericanControlConference,1998,2532-2533.7張凱鋒.基于接口的電力系統(tǒng)分散非線性控制方法D.東南大學(xué)博士學(xué)位論文,2004.8M.K