软件可靠性模型及其参数估计

论文摘要

在过去的40年里,人们提出了许多软件可靠性模型。它们被用于软件预测和评估中,同时也被用于软件工程中相关的决策制定,比如软件发布时间和软件系统模块的测试资源分配最优化。然而,为了数学上的简便,很多提出的模型是基于一些不合理或过于简单的假设,这些会大大限制它们的实际应用和可靠性估计及预测精度。这些不合理的假设包括:完美调试,故障立即修复,软件失效独立等等。人们做出了很多努力来放宽这些假设,提出了很多改进的或新的模型。本文对软件可靠性模型及其参数估计方法进行了创新性和探索性研究。主要内容为:1.研究了Trivedi等提出的针对失效相关性的软件可靠性建模框架,提出了一个模型参数的关系函数,它可以减少待估计参数的数量,同时可用来做软件可靠性预测。基于测试所得数据的不同类型,我们使用了两种使用最大似然估计的参数估计方法。2.一般的非齐次泊松过程类模型存在的问题是假设条件过于理想化,实际应用环境难以满足。本文使用更加合理的假设条件并在G-O模型基础上进行改进,建立一种可以考虑非完美调试,故障修复时间与故障相关性的软件可靠性模型。3.针对软件可靠性模型的参数估计较困难的问题,本文开发了一种改进的遗传退火进化算法。首先,它对Matlab中的遗传算法进行改进,使产生的初始种群更加合理。然后,将常规的模拟退火算法进行改进,根据遗传算法所得的全局信息,对其中的新解产生器和冷却进度表进行优化。最后,将模拟退火算法作为一个独立的算子,嵌入到遗传算法中。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 软件可靠性研究的意义
• 1.2 国内外研究状况
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 论文的组织内容
• 第二章 软件可靠性概述
• 2.1 软件可靠性
• 2.2 软件可靠性与硬件可靠性的区别
• 2.3 软件可靠性的度量
• 2.4 影响软件可靠性的因素
• 第三章 经典软件可靠性模型
• 3.1 软件可靠性模型的分类
• 3.2 软件可靠性模型的比较研究
• 3.2.1 几种典型的随机过程类模型
• 3.2.2 几种典型的非随机过程类模型
• 第四章 考虑失效相关性的软件可靠性模型
• 4.1 相关数学理论简介
• 4.1.1 马尔可夫更新过程简介
• 4.1.2 蒙特卡洛仿真基本理论简介
• 4.2 考虑失效相关性的软件可靠性模型框架
• 4.2.1 离散时间建模
• 4.2.2 连续时间建模
• 4.2.3 软件可靠性建模
• 4.2.4 几种特殊情况下的软件可靠性模型
• 4.3 模型的参数估计
• 4.3.1 基于软件失效间隔时间的模型参数估计
• 4.3.2 基于软件运行结果序列的模型参数估计
• 4.4 实验仿真
• 4.5 本章小结
• 第五章 考虑故障修复时间与故障相关性的软件可靠性模型
• 5.1 相关数学理论简介
• 5.1.1 NHPP 类软件可靠性增长模型
• 5.2 考虑非完美调试的软件可靠性模型
• 5.3 考虑故障修复时间的软件可靠性模型
• 5.3.1 假设一
• 5.3.2 假设二
• 5.3.3 两种假设的比较
• 5.4 考虑故障相关性的软件可靠性模型
• 5.4.1 方法一
• 5.4.2 方法二
• 5.5 考虑非完美调试、故障修复时间与故障相关性的软件可靠性模型
• 5.5.1 建立模型方程
• 5.5.2 当故障检测建模使用G-O 模型时求解模型方程
• 5.5.3 当故障检测建模使用Y. Exponential 模型时
• 5.6 本章小结
• 第六章 使用遗传退火进化算法进行参数估计
• 6.1 相关数学理论简介
• 6.1.1 遗传算法概述
• 6.1.2 模拟退火算法概述
• 6.2 遗传退火进化算法
• 6.2.1 对 Matlab 遗传算法中初始种群的改进
• 6.2.2 对模拟退火算法的改进
• 6.2.3 将退火算子加入到遗传算法中
• 6.3 对比结果
• 6.3.1 使用常用测试函数进行对比
• 6.3.2 使用软件可靠性模型中的参数估计问题进行对比
• 6.4 本章小结
• 第七章 模型对比结果
• 7.1 相关数学理论简介
• 7.1.1 NHPP 过程的参数估计方法
• 7.1.2 模型的对比标准
• 7.2 对比结果
• 7.2.1 实例一
• 7.2.2 实例二
• 第八章 结论
• 8.1 全文总结
• 8.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间的研究成果