孫國(guó)利，王 遜

（江蘇科技大學(xué) 江蘇 鎮(zhèn)江 212003）

隨著Internet技術(shù)的發(fā)展，軟件系統(tǒng)的規(guī)模不斷變大，軟件的復(fù)雜度隨著程序的規(guī)模的增加呈指數(shù)級(jí)上升，軟件開(kāi)發(fā)的成本和進(jìn)度更加難以控制，軟件質(zhì)量越來(lái)越不可靠，軟件危機(jī)也隨之而來(lái)。為了解決這一危機(jī)，M.D.Mcllroy提出了軟件復(fù)用、軟件構(gòu)件、構(gòu)件工廠等概念，他指出了發(fā)展軟件構(gòu)件產(chǎn)業(yè)，通過(guò)構(gòu)件組合和演化來(lái)構(gòu)造軟件系統(tǒng)[3]的思想?；跇?gòu)件的軟件開(kāi)發(fā)（Component-based Software Development，CBSD）就是用一些已經(jīng)存在的軟件構(gòu)件來(lái)組裝新的軟件系統(tǒng)，構(gòu)件被作為封裝的、規(guī)范的、可重用的軟件模塊，其實(shí)現(xiàn)的信息對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)是透明的，用戶(hù)只需了解構(gòu)件所提供的功能、非功能、部署和使用方法等信息。因此，使用構(gòu)件可以減少軟件開(kāi)發(fā)成本、縮短軟件開(kāi)發(fā)時(shí)間、提高軟件復(fù)用率[1]。網(wǎng)構(gòu)軟件是利用構(gòu)件實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)、開(kāi)放和多變的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、滿(mǎn)足用戶(hù)個(gè)性化需求的軟件系統(tǒng)。

然而，隨著構(gòu)件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，越來(lái)越多的供應(yīng)商提供相同或相似服務(wù)的構(gòu)件，如何選擇合適的構(gòu)件成為一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。人們經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，可信性評(píng)估[5]可作為網(wǎng)構(gòu)軟件的衡量標(biāo)準(zhǔn)。從過(guò)去的研究中我們可以發(fā)現(xiàn)，許多不同的評(píng)估方法被提出。如：文獻(xiàn)[4]提出一個(gè)軟件可信的評(píng)估框架并給出了其實(shí)現(xiàn)方案；文獻(xiàn)[5]提出了一種基于軟件分級(jí)模型的可信性評(píng)估的方法；文獻(xiàn)[6]建立了一個(gè)可信性過(guò)程管理框架，其著重點(diǎn)在于通過(guò)提高軟件過(guò)程的可信性來(lái)提升整個(gè)軟件的可信性；文獻(xiàn)[7]的可信證據(jù)模型是基于驗(yàn)證的，其給出的可信性評(píng)估方法從一定程度上來(lái)說(shuō)能反映人對(duì)軟件的認(rèn)知程度；文獻(xiàn)[8]的可信性評(píng)估對(duì)象是開(kāi)源構(gòu)件。但是，以上的研究成果或多或少都存在一些不足之處。如：文獻(xiàn)[4]是針對(duì)Internet環(huán)境下的特定軟件形態(tài)的軟件過(guò)程進(jìn)行可信性評(píng)估的；文獻(xiàn)[5]對(duì)于可信屬性中的安全性等沒(méi)有充分的考慮，主要考慮了其可靠性的屬性；文獻(xiàn)[7]沒(méi)有給出可信性評(píng)估的具體實(shí)現(xiàn)方案，僅僅給出了其概念模型；文獻(xiàn)[8]中有的評(píng)估結(jié)果僅僅是可信或不可信，即二值的，不能充分體現(xiàn)軟件的可信度。

針對(duì)以上情況，本文提出了基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的可信性評(píng)估模型來(lái)計(jì)算網(wǎng)構(gòu)軟件的可信性值，根據(jù)得到的結(jié)果指導(dǎo)網(wǎng)構(gòu)軟件的選擇。該模型首先對(duì)網(wǎng)構(gòu)軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，根據(jù)其模塊劃分和結(jié)構(gòu)層次等建立相應(yīng)的可信性評(píng)估體系；其次，采用自底向上的計(jì)算的方法確定各個(gè)軟件實(shí)體的可信性評(píng)估值；最后，利用客觀數(shù)據(jù)對(duì)評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行修正，得到統(tǒng)一的可信性評(píng)估結(jié)果，再根據(jù)結(jié)果做出最優(yōu)選擇。

1 軟件可信性評(píng)估指標(biāo)體系

1.1 可信性評(píng)估指標(biāo)體系

眾所周知，軟件可信性不僅包含軟件可靠性、安全性和生存性等關(guān)鍵性質(zhì)的簡(jiǎn)單疊加，它還包括了軟件能力、軟件配置等軟件工程的相關(guān)因素。為了反映軟件的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，并能夠?qū)浖龀鲮o態(tài)和動(dòng)態(tài)的可信性評(píng)估，指標(biāo)體系的性質(zhì)研究是軟件可信性評(píng)價(jià)的基本評(píng)價(jià)粒度，對(duì)能否給出軟件的正確的可信性評(píng)估具有重要意義。

本文在軟件可信性評(píng)估指標(biāo)體系的模型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，采用了層次式體系結(jié)構(gòu)的評(píng)價(jià)思路，將軟件系統(tǒng)按照一定的規(guī)則，分割成若干層面來(lái)選取評(píng)價(jià)維度和指標(biāo)。而對(duì)于搭建的可信性評(píng)估指標(biāo)體系[2]要滿(mǎn)足以下要求：

1）模型是動(dòng)態(tài)的，它能夠反映軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中的多個(gè)即時(shí)狀態(tài)。

2）模型需引入一整套完整的評(píng)價(jià)機(jī)制[2]，其中包括評(píng)價(jià)目標(biāo)、評(píng)價(jià)屬性和對(duì)軟件產(chǎn)品及開(kāi)發(fā)過(guò)程的評(píng)價(jià)標(biāo)度。

3）模型應(yīng)易于理解，并且具有一定的實(shí)用性。

這對(duì)這些要求，本文采用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的算法計(jì)算各個(gè)層次的軟件實(shí)體的可信性評(píng)估值，該方法不僅能夠計(jì)算出各個(gè)基層軟件實(shí)體的可信性評(píng)估值，且這些評(píng)估值是相互關(guān)聯(lián)的，使最終計(jì)算出來(lái)的評(píng)估值更加科學(xué)，能更好的指導(dǎo)網(wǎng)構(gòu)軟件的選擇。

1.2 可信性評(píng)估指標(biāo)計(jì)算方法

由于網(wǎng)構(gòu)軟件往往是由底層軟件實(shí)體通過(guò)一定的規(guī)則組合成上層軟件，且底層構(gòu)件之間往往存在互相影響的可能性，這一特性符合貝葉斯網(wǎng)絡(luò)[2]的原理，所以這里將系統(tǒng)滿(mǎn)足可信性指標(biāo)時(shí)提供可信服務(wù)的條件概率當(dāng)作系統(tǒng)的可信性，則可設(shè)可信性指標(biāo)為 P（A）={P（Ai），i=1，2，3，4，…，n}，通過(guò)貝葉斯公式推理計(jì)算可得到系統(tǒng)可信性指標(biāo)P（Bs|Ai）為：

我們假設(shè)某個(gè)系統(tǒng)中，各層的軟件實(shí)體以及上下層軟件實(shí)體具有如下圖所示的關(guān)系：

根據(jù)貝葉斯推理，我們可以做出如下假定:其中，待考察的量應(yīng)該遵循某種特定的概率分布，并且可根據(jù)這些概率和已經(jīng)觀察到的數(shù)據(jù)所做出的推理來(lái)獲取最優(yōu)值，以達(dá)到做出最優(yōu)決策[9]的目的。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 The diagram of system structure

在使用貝葉斯方法時(shí)，假設(shè)的最終概率不僅僅與觀察數(shù)據(jù)有關(guān)，還要考慮先驗(yàn)知識(shí)在其中的作用。即：1）每個(gè)候選假設(shè)其自身的先驗(yàn)概率；2）觀察數(shù)據(jù)上的各個(gè)可能假設(shè)的概率分布。對(duì)于上層元素，其預(yù)測(cè)是由多個(gè)假設(shè)一起通過(guò)某種規(guī)則做出的，再通過(guò)加權(quán)算法來(lái)計(jì)算出上層元素的概率。因此，要計(jì)算整個(gè)系統(tǒng)的可信性，各可信性指標(biāo)值的獲取尤為重要。在本文中，初值是通過(guò)軟件測(cè)試的方式獲取的。

所以，圖1中實(shí)體M1的可信性可由其先驗(yàn)概率計(jì)算而得，并通過(guò)評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行修正。設(shè)M1的可信性為則由（1）式可以得到，

其中，P（BM1）是先驗(yàn)指標(biāo)，是對(duì)可靠性、可移植性、效率、易用性、功能性、可復(fù)用性和維護(hù)性等傳統(tǒng)可信指標(biāo)進(jìn)行初始評(píng)估而得到的指標(biāo)稱(chēng)之為評(píng)估指標(biāo)，而通過(guò)評(píng)估指標(biāo)可以獲得 P（A|BM1）和 P（A）。 假設(shè)各評(píng)估指標(biāo)為 P（Ae）={P（Aei）|i=1，2，3，…，n}，各先驗(yàn)指標(biāo)為 P（Ap）={P（Api）|i=1，2，3，…，n}，則可變換（2）式為：

在網(wǎng)構(gòu)軟件的系統(tǒng)中，計(jì)算上層實(shí)體的可信性時(shí)，我們還應(yīng)當(dāng)考慮到其基礎(chǔ)實(shí)體可信性對(duì)其自身的影響，即基礎(chǔ)實(shí)體由某種規(guī)則而組合在一起時(shí)的實(shí)體間的結(jié)構(gòu)相依性和語(yǔ)義相依性[1]所產(chǎn)生的對(duì)上層實(shí)體的影響，我們稱(chēng)之為集成可信性指標(biāo)。

從圖1中我們可以看出：實(shí)體N2在計(jì)算自身的實(shí)體可信性時(shí)，還需使用到M1和M2的條件概率對(duì)其可信性進(jìn)行修正。這里假設(shè)實(shí)體N2的可信性為P（BN2|A），其依賴(lài)的集體可信性指標(biāo)為 P（BBp）={P（BBpi）|i=1，2，3，…，n}。 由此，實(shí)體 N2的可信性為：

則可以計(jì)算出實(shí)體 M1，M2，M3，N2，N3，Q 的可信性值，如下：

1）底層實(shí)體的可信性：

2）第二層實(shí)體的可信性：

3）頂層實(shí)體的可信性：

可以通過(guò)以上的方法對(duì)選出來(lái)的多種網(wǎng)構(gòu)軟件的組合進(jìn)行可信性值的計(jì)算，從而選出最優(yōu)組合。

2 應(yīng)用實(shí)例

利用一個(gè)地名管理系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)邏輯模塊對(duì)上述研究成果進(jìn)行驗(yàn)證，該業(yè)務(wù)邏輯模塊中包含郵件發(fā)送服務(wù)、地圖服務(wù)、天氣預(yù)報(bào)服務(wù)以及GPS定位服務(wù)等。對(duì)于系統(tǒng)的內(nèi)部構(gòu)件，采用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的形式，業(yè)務(wù)邏輯模塊之間的交互是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)WebService接口[11]進(jìn)行的。

一是從必要性角度而言，由于《立法法》對(duì)于政府規(guī)章備案后審查、審查標(biāo)準(zhǔn)和程序、審查結(jié)果處理、不同審查主體審查結(jié)果沖突協(xié)調(diào)等均沒(méi)有涉及，《法規(guī)規(guī)章備案條例》對(duì)于行政系統(tǒng)與人大系統(tǒng)備案審查工作之間的關(guān)系、審查結(jié)果的沖突解決以及協(xié)調(diào)機(jī)制等也均沒(méi)有涉及，迫切需要從國(guó)家層面通過(guò)統(tǒng)一的立法來(lái)界定明晰。統(tǒng)一的立法安排能夠?yàn)橄拗菩姓?quán)濫用、保護(hù)行政相對(duì)人合法權(quán)益、協(xié)調(diào)人大系統(tǒng)監(jiān)督和行政系統(tǒng)監(jiān)督關(guān)系提供一個(gè)較為合理的法制化平臺(tái)。

2.1 系統(tǒng)功能模塊分析

采用自底向上的方式對(duì)軟件結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，本文主要是利用該系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯模塊，所以下面主要對(duì)以上提及的4個(gè)服務(wù)進(jìn)行分析。

1）郵件發(fā)送服務(wù)：主要提供主動(dòng)或被動(dòng)的郵件發(fā)送服務(wù)，主動(dòng)體現(xiàn)在用戶(hù)與用戶(hù)之間的郵件服務(wù)，被動(dòng)則指系統(tǒng)向用戶(hù)發(fā)送一些服務(wù)類(lèi)郵件或是提醒用戶(hù)。

2）地圖服務(wù)：主要提供地圖服務(wù)，這里可以利用百度、谷歌或者高德提供的WebService接口。

3）天氣預(yù)報(bào)服務(wù)：主要為用戶(hù)提供實(shí)時(shí)的天氣情況，這里可以選取一些網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商所提供的天氣預(yù)報(bào)服務(wù)。

4）GPS服務(wù)：主要提供定位功能，可以調(diào)用Internet上提供的免費(fèi)的API給用戶(hù)提供實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的定位導(dǎo)航服務(wù)。

2.2 可信性評(píng)估值計(jì)算

采用自底向上的方式逐層計(jì)算邏輯模塊的可信性，通過(guò)檢索的方式獲取多個(gè)需要的網(wǎng)構(gòu)軟件基礎(chǔ)實(shí)體，以地圖服務(wù)為例，假設(shè)獲取基礎(chǔ)實(shí)體 K1、K2、K3，其中K1指谷歌地圖服務(wù)，K2指百度地圖服務(wù)，K3指高德地圖服務(wù)。首先計(jì)算K1、K2、K3的可信性，它們的可信性是首先通過(guò)先驗(yàn)指標(biāo)的匯總計(jì)算，再經(jīng)過(guò)評(píng)估指標(biāo)對(duì)其進(jìn)行修正而得到。其中，獲取到的先驗(yàn)指標(biāo)為可靠性 0.92、可移植性 0.90、功能性 0.94、效率0.92、可復(fù)用性0.91。通過(guò)對(duì)其開(kāi)發(fā)管理情況（包括文檔、測(cè)試、開(kāi)發(fā)、編程規(guī)范等等）所獲得的事實(shí)證據(jù)對(duì)先驗(yàn)概率進(jìn)行修正，建立如表1所示的條件概率表。

表1所示為在不同條件下使用軟件的可信性評(píng)估條件概率。表中的值為滿(mǎn)足對(duì)應(yīng)情況的程度，其值域范圍是[0，1]。例如：第1條數(shù)據(jù)表示軟件在具有系統(tǒng)架構(gòu)、良好測(cè)試、過(guò)程管理、熟練員工、規(guī)范編程的情況下其可信性可以得到保證的程度。由于篇幅所限，僅僅列出幾條具有代表性的數(shù)據(jù)。

根據(jù)式（3）對(duì)地圖服務(wù)實(shí)體進(jìn)行可信性計(jì)算，公式如下：

表1 可信性評(píng)估條件概率表Tab.1 The table of conditional probability of trustworthy assessment

對(duì)表1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得到（其中每一條數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)一種構(gòu)件條件情況）：

1）第一條數(shù)據(jù)：P（Ae）=0.31，P（Ae|B）=0.22

則，P（B|A）={0.31×（0.92×0.90×0.94×0.92×0.91）/0.22}=0.918

2）第二條數(shù)據(jù)：P（Ae）=0.37，P（Ae|B）=0.32

則，P（B|A）={0.37×（0.92×0.90×0.94×0.92×0.91）/0.32}=0.753

3）第三條數(shù)據(jù)：P（Ae）=0.08，P（Ae|B）=0.12

則，P（B|A）={0.08×（0.92×0.90×0.94×0.92×0.91）/0.12}=0.434

4）第四條數(shù)據(jù)：P（Ae）=0.41，P（Ae|B）=0.35

則，P（B|A）={0.41×（0.92×0.90×0.94×0.92×0.91）/0.35}=0.763

5）第五條數(shù)據(jù)：P（Ae）=0.55，P（Ae|B）=0.50

則，P（B|A）={0.55×（0.92×0.90×0.94×0.92×0.91）/0.40}=0.896

由以上數(shù)據(jù)可比較得出，滿(mǎn)足第一種情況下的構(gòu)件選擇最優(yōu)。

2.3 可信性評(píng)估結(jié)果分析

從上述數(shù)據(jù)分析可以得出，構(gòu)件實(shí)體所滿(mǎn)足的評(píng)估指標(biāo)越多，即軟件實(shí)體在設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、測(cè)試、管理過(guò)程中越規(guī)范，則實(shí)體的可信性值越高，相應(yīng)的軟件質(zhì)量水平也就越高，這一點(diǎn)完全符合軟件質(zhì)量保證理論[10]的思想，而計(jì)算結(jié)果也證明了這一點(diǎn)。

本文的計(jì)算方法使得用戶(hù)可以根據(jù)軟件實(shí)體的現(xiàn)實(shí)情況做出正確評(píng)估，而不是僅僅依靠網(wǎng)絡(luò)構(gòu)件供應(yīng)商所提供的數(shù)據(jù)，該方法能夠更好的指導(dǎo)用戶(hù)進(jìn)行網(wǎng)構(gòu)軟件的選擇。

3 結(jié) 論

本文通過(guò)使用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算方法，對(duì)網(wǎng)構(gòu)軟件的可信性進(jìn)行評(píng)估計(jì)算，實(shí)驗(yàn)證明了該方法的可行性，在指導(dǎo)網(wǎng)構(gòu)軟件選擇方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

本文還存在不足在之處，條件概率表中數(shù)據(jù)的取值是通過(guò)軟件測(cè)試的方式獲取的，如果能設(shè)計(jì)出一種算法，對(duì)初值進(jìn)行精確量化，將會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)的可信性評(píng)估值更加精確，這將是下一步研究努力的方向。

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