[发明专利]一种基于句法的跟踪关系恢复方法

说明书

【技术领域】

本发明属于计算机软件领域，具体是指一种基于句法的跟踪关系恢复方法。

【背景技术】

软件需求跟踪是“一种描述和跟踪整个需求生命周期（包括前向和后向）的能力”。软件需求跟踪可以帮助人们在高层的特征或功能和低层的软件制品之间建立映射关系，这将大大地提高开发人员在维护代码时的效率。一旦高层的需求发生变化，开发人员便可以通过这种映射关系快速地找到与之相对的一系列软件制品，从而保证了高层需求与不同软件制品之间的一致性。

软件需求跟踪辅助软件开发生命周期中很多活动的执行，它不仅可以作为确认和验证系统功能的活动的一种方式，挖掘代码变更背后蕴含的设计决策，帮助开发人员对系统组件进行复用，最后它还可以作为变更管理的重要依据。Aybüke Aurum等学者提出“若在软件开发生命周期中忽略了需求跟踪，或使用了不完整、不一致的需求跟踪关系，将导致系统质量的下降和反复修改，从而提高了系统开发的时间和成本”。对于类如太空软件、核电站管理系统、道路调度系统等安全关键系统而言，项目团队必须通过危险与可操作分析、失效模型效果分析或故障树分析等分析方法识别潜在的不安全因素及其对系统可能造成的不良影响。风险分析的结果将会产生一组系统级需求规约文档，只有当需求规约文档需要与项目开发过程中产生的各种制品建立跟踪关系，才能真正消除或减少故障发生的概率。

尽管软件需求跟踪的重要性已被广泛认识，但是恢复和维护需求跟踪关系需要花费大量的精力和时间，这使得软件机构很难下定决心在内部管理中建立并维护软件需求追踪。为了判断不同制品之间是否存在跟踪关系，软件工程师需要阅读并理解制品的内容。由于需要建立跟踪关系的制品很可能处于不同的抽象层次，它们的格式和内容通常会存在巨大的差异。因此，传统的以数据为中心的匹配方式并不能很好地发挥作用。同时，随着软件系统的演化，软件制品会不断地发生变更，从而制品间的需求跟踪关系也需要进行更新。

考虑到需求跟踪的重要性以及复杂性，众多研究机构和软件组织将其整合入各种标准和指导原则并从不同方面进行研究。由美国美国国家航空航天局出资，多位来自美国和欧洲学术界、工业界和政府的著名学者和研究人员组建了卓越软件跟踪中心（Center of Excellence for Software Traceability,CoEST），旨在解决实施软件需求跟踪时所面临的挑战。美国国家科学基金会特别资助一个研论会来讨论需求跟踪所遇到的一系列重大挑战（Grand Challenges of Traceability,GCT）。除此之外，美国国家科学基金会还提供了300万美元用于帮助需求跟踪研究社区将所研究出的技术或方法服务于软件行业协会和政府团队。美国食品和药物管理局声明，软件机构在开发过程中必须使用需求跟踪分析来验证软件的所有需求都得到实现，而且确定所实现的各个方面都可以追溯到软件需求。美国联邦航空局的DO-178C标准规范要求，在开发的每个阶段“软件开发人员都必须证明设计与需求之间的可跟踪性”。道路车辆-功能安全标准ISO26262:2011用一个章节描述了需求管理和状态，例如它要求，“不同层次的安全性需求之间必须可以相互追溯”。医学设备软件验证标准ANSI/AAMI/IEC62304:2006也注明，在医学设备软件开发生命周期内，“系统需求、软件需求、软件系统测试以及在软件中实现的风险控制措施之间都可以相互跟踪”。此外，越来越多标准化组织也将其视为需求工程中一个指导性的标准过程，它不仅是CMM/CMMI2级里面的一个核心活动，也是软件开发和维护标准ISO9001中条款4.8的一个必要活动。

需求跟踪领域中最常见的信息检索模型分别是向量空间模型（Vector Space Model,VSM）、潜在语义索引（Latent Semantic Indexing,LSI）模型和概率模型（Probabilistic Model）。

在向量空间模型中，文档中所包含的每个标引词被视为一个向量坐标值，代表空间中的一个维度，这些标引词集合就构成了一个向量空间V。任何一个文档都可以表示为V中的一个向量，称为文档向量（Document Vector）。例如，第j个文档可以表示为D_j=(d_1，j，d_z,j,d_m，j)^T。其中，d_i，j表示标引词w_i在文档D_i中的权重，m表示向量空间的维度，即不同标引词的个数。之后，使用如下式所示的余弦公式即可以得到两个文档之间的相似度：