大规模软件加权网络特征的分析与度量

论文摘要

用复杂网络的理论研究软件的拓扑结构,这种方法为度量软件结构的复杂性提供了新的手段。先前的研究以将软件拓扑结构无权网络化为主,来分析软件结构中蕴含的规律和特征。而在软件网络中,节点之间存在多种关系,这些关系的属性及其所表现的强弱程度不同。软件无权网络模型忽略了关系的多样性,因此可能得出不精确的结论。本文结合加权复杂网络的理论知识,提出了基于类间耦合度的软件结构有向加权网络模型,该模型根据类间联系的紧密程度为不同类型的边赋予不同的权值。在此模型的基础上,本文设计并实现了软件拓扑结构加权网络化分析工具,该工具在将软件源代码抽取为软件加权网络的基础上,计算加权网络拓扑特征值和分析软件的结构特性。使用该分析工具,本文对上百种不同规模的面向对象著名开源软件进行加权网络化分析,实验结果表明软件加权网络同样呈现出复杂网络特性,并蕴含有统计规律。本文使用统计学方法对软件加权网络拓扑特征值进行度量分析,并将拓扑特征值的宏观规律在软件加权网络和软件无权网络中进行对比分析,在已有研究的基础上对软件结构特性进行了更全面和精确地描述。本文从微观上以实际节点为例具体分析了软件拓扑结构加权网络化分析方法在软件结构特性分析以及软件质量度量方面的优势。实验结果表明,加权网络化分析方法可以更全面和精确的描述软件的实际结构。软件加权网络的研究作为对软件无权网络研究的补充与改进,不仅有助于进一步理解大规模软件系统的结构复杂性,而且能更精确的度量软件结构质量,并能为软件的开发和维护提供更好的指导。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 从复杂网络到软件网络
• 1.2 软件网络研究进展
• 1.3 研究课题的意义及内容
• 1.4 本文组织结构
• 第2章 软件加权网络
• 2.1 面向对象软件的网络
• 2.1.1 面向对象编程的设计原则
• 2.1.2 类级软件网络
• 2.2 加权复杂网络特征值
• 2.2.1 强度
• 2.2.2 加权网络聚集系数
• 2.2.3 度相关性与平均邻近节点度
• 2.2.4 权度相关性与加权的平均邻近节点度
• 2.2.5 平均最短路径
• 2.2.6 核数和介数
• 2.2.7 紧密度
• 2.3 本章小结
• 第3章 软件拓扑结构加权网络化分析工具
• 3.1 软件结构加权网络模型的提出与建立
• 3.1.1 软件网络的抽取和分析
• 3.1.2 模型描述
• 3.1.3 边的权重
• 3.2 加权网络化分析工具的设计
• 3.2.1 系统功能模块设计
• 3.2.2 加权网络化数据设计
• 3.3 加权网络化分析工具的实现
• 3.4 加权网络化分析工具的测试
• 3.5 实验开源软件样本的选取
• 3.6 本章小结
• 第4章 软件拓扑结构的加权网络特征实验分析
• 4.1 强度分析
• 4.1.1 强度分布
• 4.1.2 强度与度的关系
• 4.2 平均邻近节点度
• 4.2.1 度相关性
• 4.2.2 权度相关性
• 4.3 聚集系数分析
• 4.3.1 簇度相关性
• 4.3.2 强度的加权平均聚类系数与强度
• 4.3.3 网络的平均聚集系数
• 4.4 点介数分析
• 4.4.1 点介数分布
• 4.4.2 点介数分析
• 4.5 平均最短路径
• 4.6 核数分析
• 4.6.1 核集内关系
• 4.6.2 核集间关系
• 4.7 加权的软件中心化指标
• 4.8 本章小结
• 第5章 加权网络化分析方法的优势分析
• 5.1 基于点介数的优势分析
• 5.1.1 点介数个体分析
• 5.1.2 接口的点介数分析
• 5.2 基于聚类系数的优势分析
• 5.2.1 聚类系数排序对比分析
• 5.2.2 聚类系数个体分析
• 5.3 继承、关联和依赖关系分布
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 本文的贡献
• 6.2 进一步工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文