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  • 基于集成學習的接口測試用例生成方法探討與實現

    論文價格:150元/篇 論文用途:碩士畢業論文 Master Thesis 編輯:碩博論文網 點擊次數:
    論文字數:43666 論文編號:sb2022070922495848979 日期:2022-07-23 來源:碩博論文網

    本文是一篇工程碩士論文,經過接口測試實例驗證,基于集成學習的接口測試用例生成方法能夠均衡測試成本和測試覆蓋率要求,借助PICT組合測試工具與集成學習模型自動生成接口測試用例的輸入數據和大多數的預期結果。
    第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    20世紀70年代軟件測試的概念被提出,伴隨著軟件產業的發展,軟件的復雜度以及規模持續增加,由此帶來的軟件可靠性問題也越來越受到重視。只有在保證軟件可靠且穩定運行的前提之下,軟件才有實用價值,同時軟件產品的生命周期也會得到一定的延長。通常在軟件產品研發的過程中,軟件測試成本會占據產品研發總成本的很大一部分[1],對于測試人員來說,進行全面、細致的測試過程在產品研發中尤為重要[2]。
    時至今日,測試理論以及測試用例的生成一直是軟件測試行業研究的熱點與難點,眾多國內外專家對測試用例的自動生成方法進行了大量的研究。軟件測試按測試對象可劃分為黑盒測試和白盒測試[3],其中在實際的黑盒測試工作中,很多被測功能點的輸入域是無窮盡的,受限于測試人員和測試成本,不可能進行無窮盡的測試,所以針對軟件產品設計出全面、精簡和高效的測試用例以發現軟件產品缺陷是一項關鍵性工作。同時在軟件的集成測試階段,因為接口是模塊與模塊、系統與系統之間的紐帶,所以進行接口測試是一項非常重要的內容。接口測試方法分為白盒測試和黑盒測試,在實際的軟件開發項目中,黑盒測試方法在接口測試中應用較多[4],所以本文著重研究面向接口的軟件黑盒測試用例生成的方法。
    伴隨著機器學習的發展,機器學習技術逐漸應用在軟件測試的諸多領域[5],其中就包含將機器學習算法應用到軟件測試用例生成問題當中[6],如將機器學習中的遺傳算法應用在軟件結構測試用例生成上,將抽象問題轉化成數值優化問題,即測試用例數據就是被搜索的解空間,而測試用例的預期數據就是最優解;將人工神經網絡算法應用到軟件測試用例生成中,就是將測試用例集視為常規的包含輸入輸出對應關系的模型訓練集對人工神經網絡模型進行訓練,然后將新的測試用例輸入部分輸入到訓練好的模型中得到測試用例輸出部分,因此將機器學習算法與軟件測試用例設計相結合值得深入研究。
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    1.2 研究現狀
    目前,已經有很多國內外的軟件工程學者、專家對軟件測試用例的設計方法進行了大量研究,在接口測試用例生成中參數組合過多的問題是其核心和難點,專家們針對這個難點設計出多種方法,同時伴隨著機器學習領域的發展,將機器學習理論和技術應用于自動生成軟件測試用例也獲得了一批成果。
    1.2.1 基于參數組合的測試用例生成方法
    使用黑盒測試方法時,接口測試用例設計關注輸入參數的取值組合覆蓋方案。測試過程要同時兼顧測試效率以及測試覆蓋率(測試質量)[8],參數組合覆蓋測試是被業界廣泛應用的一種測試方法。目前,對于組合測試用例生成方法已有大量研究。
    1985年,國外的Mandl[9]首次提出組合測試的概念,在測試用例設計時,利用正交拉丁平方法以一小部分的成本產生了詳盡測試的等價信息。Stevens等人[10]將覆蓋強度較小的數組遞歸生成覆蓋強度較大的數組,該算法能夠生成最優的覆蓋數組。Cohen等人[11]針對組合測試中存在的因素約束的問題,著重分析了利用布爾表達式描述因素之間的約束關系。Dalal[12]提出AETG方法,AETG系統使用新的組合算法生成覆蓋所有有效n維參數組合的測試集,AETG測試集的大小隨測試參數的數目呈對數增長,這允許測試人員用幾十個參數來定義測試模型。Lei等人[13]提出測試生成策略IPO,同時研發了一款基于IPO策略的測試生成工具PairTest。IPO策略首先對前兩個參數生成一個成對測試集,然后擴展這個測試集為前三個參數生成一個成對測試集,并繼續為每個額外的參數進行水平和垂直擴展。Tung等人[14]基于AETG系統提出了另外一種參數化測試用例生成算法的工具TCG,該工具采用組合設計的方法來選擇候選測試用例。TCG算法采用確定性方法,而AETG系統采用隨機選擇。Willams等人[15]采用遞歸構造的數學方法來測試分布式系統,該分布式系統由許多相互作用的元素組成,著重討論了交互測試覆蓋問題,該方法與其他方法相比生成的測試配置較少。Nurmela[16]提出了基于禁忌搜索生成覆蓋數組的算法,通過使用禁忌搜索表來避免重復搜索進行全局的有效尋優操作,Nurmela采用的禁忌表大小T滿足1≤T≤10。Cohen等人把測試數據的約束一致性轉換為滿足性問題[17],接著又提出另一種與模擬退火算法相結合的約束覆蓋數組生成算法并取得良好的效果[18]。Galinier[19]提出一種組合測試生成工具ACTS,該工具支持t-way組合測試生成以及混合強度測試生成和約束處理等操作。
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    第二章 相關理論研究
    2.1 軟件測試概述
    2.1.1 軟件測試定義及分類
    軟件測試從狹義上來講是針對軟件開發過程中的多個階段的規范以及軟件程序的結構而特定設計一組測試用例,以檢測軟件缺陷[44]。軟件測試是保證軟件質量的有力措施,對于軟件測試的分類可以按照不同的劃分方式而分為不同類型的測試方法,各種測試方法貫穿于整個軟件的測試生命周期,各自扮演不同角色,發揮著重要作用,軟件測試的分類如圖2.1所示。

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    2.2 接口測試技術
    2.2.1 接口測試定義及分類
    軟件接口作為軟件系統與外部其他系統以及系統內部子部件之間的紐帶,在軟件中起著重要作用,所以進行接口測試是十分有必要的。接口測試是針對被測系統組件之間的接口而展開的測試活動,測試的關注點是檢查系統組件之間的調用和數據交互是否按照規定正常運行,以保證接口的正確和穩定[51]。軟件接口可以按照不同的劃分方式分為不同類型的接口。
    在接口測試中接口測試用例設計是一個關鍵點,接口測試用例是由測試人員根據開發者提供的軟件接口文檔進行綜合設計而成。接口測試用例設計的目的是驗證接口實現的功能與接口文檔標定的是否一致,并在有異常輸入參數輸入接口時返回具有參考意義的錯誤響應狀態碼。測試用例設計的好壞直接對接口測試的測試效果起到重要影響,越能檢測出接口缺陷的接口測試用例才是更好的測試用例。接口測試總體可分為功能和非功能兩個方面的測試,接口的非功能測試需要測試接口的性能和接口的安全等方面,接口功能測試則需要根據軟件測試的理論方法進行測試用例的設計,本文主要關注于軟件接口的功能測試。
    在接口的功能測試中,接口測試用例主要面向三大方面來進行設計:接口輸入參數、接口業務邏輯和接口響應數據。從接口的輸入參數方面分析,把參數的必填項校驗、參數類型校驗、參數長度校驗、參數邊界值校驗、參數值有效性校驗、參數組合校驗和參數默認值校驗等作為測試用例設計的關注點;從接口業務邏輯方面分析,把接口業務邏輯、接口條件判斷等作為設計的關注點,其中接口條件判斷一般分析登陸狀態、綁定關系、條件限制、權限等;從接口響應數據方面分析,把參數返回內容和接口響應狀態碼等作為關注點。
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    第三章 基于集成學習的接口測試用例生成方法研究 ......................... 19
    3.1 實驗算法流程 ...................................... 19
    3.2 接口測試用例數據集的構建 .................................. 21
    第四章 接口自動化測試框架設計 ..................................... 47
    4.1 接口自動化測試框架相關理論 ..................................... 47
    4.1.1 自動化測試的基本理論 .................................... 47
    4.1.2 接口自動化測試框架分析 ......................................... 48
    第五章 總結與展望 ..................................... 63
    5.1 工作總結 .......................................... 63
    5.2 工作展望 ........................................ 64
    第四章 接口自動化測試框架設計
    4.1 接口自動化測試框架相關理論
    4.1.1 自動化測試的基本理論
    通常針對一個軟件產品是需要不斷進行版本迭代更新的,在對不同版本進行測試時,由于其測試主要內容基本相同,會存在大量重復的測試工作,所以將軟件測試過程實現自動化既高效又可靠。
    軟件自動化測試是指通過測試工具或者測試框架按照測試計劃自動進行軟件測試的過程[68],軟件自動化測試包含測試用例的自動生成、測試過程的自動執行、測試結果的自動評估三大方面。自動化測試一方面避免了人工執行測試中出現的偶然錯誤,提高了測試結果的可信程度,另一方面自動化框架的可復用性高,能大幅度減少測試的成本,自動化測試相比于手動執行測試的優勢在于測試效率和測試覆蓋率的提升[69]。
    根據實際的測試情況,并不是所有的實際測試場景都需要進行自動化測試,需要對軟件的開發情況進行具體的安排,適合進行自動化測試的情況有以下幾個方面:
    (1)軟件項目安排的時間足夠充裕,可以有足夠多的時間成本開發自動化測試框架,對于軟件交付時間很短的項目則不適合進行自動化測試。
    (2)經常迭代新的版本,但測試的對象大體內容不會被變動。因為自動化測試是一種有針對性地測試,即自動化測試框架根據測試對象內容而編寫對應的代碼,較大范圍內的測試內容改動會導致代碼改動巨大,會增加自動化測試的成本與難度。
    (3)進行測試的內容工作量較大,且存在很多重復的測試動作。所以測試人員在進行測試活動時,首先要對待測軟件進行自動化測試可行性分析,畢竟進行自動化測試需要消耗大量的測試成本和測試資源。

    工程碩士論文參考
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    總結與展望
    5.1 工作總結
    時至今日,測試用例自動生成技術是軟件測試領域中的一個重要的研究方向,也是整個測試流程中重要的動力輸入,極大地提高了測試的工作效率和準確性。因此,本文提出一種基于集成學習的接口測試用例自動生成方法,并以此方法為基礎設計并實現了一款接口自動化測試框架,最終結合實際公司項目對該方法和框架進行有效性驗證,本文工作包括以下幾個主要方面:
    (1)由PICT工具生成兩參數組合覆蓋標準的輸入參數組合數據,首先確定好接口輸入參數和取值范圍,借助等價類劃分法和邊界值分析法確定接口輸入參數的多個離散值,然后根據此來設計PICT組合測試工具的輸入模型文件,并且生成符合兩個參數完全組合覆蓋標準的接口輸入參數組合數據集。最后根據輸入參數組合數據匹配相應的響應狀態碼和輸出參數內容,并且保證輸出域中屬于不同類別的數據完整,否則添加與之前相同組合覆蓋準則的輸入參數組合,直至完成覆蓋,組成典型樣本集。
    (2)對典型樣本集進行數據預處理并得到n+1個訓練樣本集,利用網格搜索法和交叉驗證對n+1個支持向量機三種核函數進行參數尋優,得到n+1個最優的支持向量機模型,然后利用Bagging和Adaboost集成方法對n+1個最優支持向量機模型進行下一步集成并對比集成效果,選擇出n+1個最優集成分類模型,用于生成三參數組合覆蓋準則的接口預期響應內容。
    (3)設計一款接口自動化測試框架,將基于集成學習的接口測試用例生成方法作為一個單獨的接口自動化測試框架模塊,且該框架剩余的功能模塊有測試配置模塊、測試腳本模塊、測試用例執行模塊以及測試報告生成模塊,實現整個測試流程的自動化,以驗證基于集成學習生成接口測試用例設計效果??蚣茉O計涵蓋的主要技術工具為PICT組合測試工具,Pytest測試框架,Requests測試請求庫,Allure測試報告框架,YAML數據驅動文件等,實現了自動生成接口測試用例,自動執行測試,自動生成測試結果以及數據驅動測試和測試配置靈活等重要功能。
    參考文獻(略)


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