融合信息检索和深度模型特征的软件缺陷定位方法

构建自动化的缺陷定位方法能够加快程序员利用缺陷报告定位到复杂软件系统缺陷代码的过程.早期相关研究人员将缺陷定位视为检索任务,通过分析缺陷报告和相关代码构造缺陷特征,并结合信息检索的方法实现缺陷定位.随着深度学习的发展,利用深度模型特征的缺陷定位方法也取得了一定效果.然而,由于深度模型训练的时间成本和耗费资源相对较高,现有基于深度模型的缺陷定位研究方法存在实验搜索空间和真实情况不符的情况.这些研究方法在测试时并没有将项目下的所有代码作为搜索空间,而仅仅搜索了与已有缺陷相关的代码, 例如DNNLOC方法,DeepLocator方法,DreamLoc方法.这种做法和现实中程序员进行缺陷定位的搜索场景是不一致的.致力于模拟缺陷定位的真实场景,本文提出了一种融合信息检索和深度模型特征的TosLoc方法进行缺陷定位.TosLoc方法首先通过信息检索的方式检索真实项目的所有源代码,确保已有特征的充分利用;再利用深度模型挖掘源代码和缺陷报告的语义,获取最终定位结果.通过两阶段的检索,TosLoc方法能够对单个项目的所有代码实现快速缺陷定位.通过在4个常用的真实Java项目上进行实验,本文提出的TosLoc方法能在检索速度和准确性上超越已有基准方法.和最优基准方法DreamLoc相比,TosLoc方法在消耗DreamLoc方法35%的检索时间下,平均MRR值比DreamLoc方法提高了2.5%,平均MAP值提高了6.0%.     

基于源代码扩展信息的细粒度缺陷定位方法

基于信息检索的缺陷定位技术,利用跨语言的语义相似性构造检索模型,通过缺陷报告定位源代码错误,具有方法直观、通用性强的特点.但是由于传统基于信息检索的缺陷定位方法将代码作为纯文本进行处理,只利用了源代码的词汇语义信息,导致在细粒度缺陷定位中面临候选代码语义匮乏产生的准确性低的问题,其结果有用性还有待改进.通过分析程序演化场景下代码改动与缺陷产生间的关系,提出一种基于源代码扩展信息的细粒度缺陷定位方法,以代码词汇语义显性信息及代码执行隐性信息共同丰富源代码语义实现细粒度缺陷定位.利用定位候选点的语义相关上下文丰富代码量,以代码执行中间形式的结构语义实现细粒度代码的可区分,同时以自然语言语义指导基于注意力机制的代码语言表征生成,实现细粒度代码与自然语言间的语义映射,从而实现细粒度缺陷定位方法FlowLocator.实验分析结果表明：与经典的IR缺陷定位方法相比,该方法定位准确性在Top-N排名、平均准确率及平均倒数排名上都有显著提高.     

基于多源域适应的缺陷类别预测方法

随着规模和复杂性的迅猛膨胀,软件系统中不可避免地存在缺陷.近年来,基于深度学习的缺陷预测技术成为软件工程领域的研究热点.该类技术可以在不运行代码的情况下发现其中潜藏的缺陷,因而在工业界和学术界受到了广泛的关注.然而,已有方法大多关注方法级的源代码中是否存在缺陷,无法精确识别具体的缺陷类别,从而降低了开发人员进行缺陷定位及修复工作的效率.此外,在实际软件开发实践中,新的项目通常缺乏足够的缺陷数据来训练高精度的深度学习模型,而利用已有项目的历史数据训练好的模型往往在新项目上无法达到良好的泛化性能.因此,本文首先将传统的二分类缺陷预测任务表述为多标签分类问题,即使用CWE(common weakness enumeration)中描述的缺陷类别作为细粒度的模型预测标签.为了提高跨项目场景下的模型性能,本文提出一种融合对抗训练和注意力机制的多源域适应框架.具体而言,该框架通过对抗训练来减少域(即软件项目)差异,并进一步利用域不变特征来获得每个源域和目标域之间的特征相关性.同时,该框架还利用加权最大均值差异作为注意力机制以最小化源域和目标域特征之间的表示距离,从而使模型可以学习到更多的域无关特征.最后在八个真实世界的开源项目上与最先进的基线方法进行大量对比实验验证了所提方法的有效性.     

基于代码结构信息的软件缺陷定位方法研究

大型软件系统的缺陷定位通常采用源代码与缺陷报告的文本相似性的排序方法,但是这种基于文本相似性的方法没能充分利用源代码结构信息,缺陷定位的准确率低。为了解决这个问题,本文提出了一种基于源代码结构（如类名、方法名、变量名、注释等）信息和历史缺陷报告信息进行缺陷定位的方法,对于源代码结构的不同部分,在与缺陷报告进行词语匹配时,赋予它们不同的权重,同时充分利用历史缺陷报告信息,提高缺陷定位的精度。本文使用了Eclipse作为测试项目进行实验,通过与BugLocator和BugScout等方法的结果进行对比,结果表明本文方法能显著的提高缺陷定位的精度,验证了本文方法的可行性和有效性。     

基于缺陷报告分析的软件缺陷定位方法

在软件开发过程中,软件缺陷是不可避免的。在缺陷跟踪系统中,一个重要的问题是如何根据用户所提交的缺陷报告,进行缺陷的自动定位。本文在综合考虑缺陷报告与源代码文件结构相似性的基础上,进一步分析已修复缺陷报告、缺陷报告中的异常堆栈(StackTrace)信息对软件缺陷定位的作用,从而提高定位的精度。在Eclipse、AspectJ和SWT开源项目数据程序集上进行相关实验,并与Buglocator、BRTracer和BLUiR缺陷定位方法进行了比较分析,实验结果表明,本文方法能显著提高软件缺陷定位的精度。     

深度学习在缺陷修复者推荐中的应用

目前许多软件项目使用缺陷追踪系统来自动化管理用户或者开发人员提交的缺陷报告。随着缺陷报告和开发人员数量的增长,如何快速将缺陷报告分配给合适的缺陷修复者正在成为缺陷快速解决的一个重要问题。分别使用长短期记忆模型和卷积神经网络两种深度学习方法来构建缺陷修复者推荐模型。该模型能够有效地学习缺陷报告的特征,并且根据该特征推荐合适的修复者。通过与传统机器学习方法(如贝叶斯方法和支持向量机方法)进行对比,该方法可以比较有效地在众多开发者中找出合适的缺陷修复者。     

基于深度学习的安全缺陷报告预测方法实证研究

软件安全问题的发生在大多数情况下会造成非常严重的后果，及早发现安全问题，是预防安全事故的关键手段之一.安全缺陷报告预测可以辅助开发人员及早发现被测软件中潜藏的安全缺陷，从而尽早得以修复.然而，由于安全缺陷在实际项目中的数量较少，而且特征复杂（即安全缺陷类型繁多，不同类型安全缺陷特征差异性较大），这使得手工提取特征相对困难，并随后造成传统机器学习分类算法在安全缺陷报告预测性能方面存在一定的瓶颈.针对该问题，提出基于深度学习的安全缺陷报告预测方法，采用深度文本挖掘模型TextCNN和TextRNN构建安全缺陷报告预测模型；针对安全缺陷报告文本特征，使用skip-grams方式构建词嵌入矩阵，并借助注意力机制对TextRNN模型进行优化.所构建的模型在5个不同规模的安全缺陷报告数据集上展开了大规模实证研究，实证结果表明：深度学习模型在80%的实验案例中都要优于传统机器学习分类算法，性能指标F1-score平均可提升0.258，在最好的情况下甚至可以提升0.535.除此之外，针对安全缺陷报告数据集存在的类不均衡问题，对不同采样方法进行了实证研究，并对结果进行了分析.     

Stack Overflow的缺陷代码特征分析与相似缺陷检测

目前在软件代码缺陷审查以及缺陷预测中,研究人员对源代码进行分析研究却忽略了代码的缺陷信息.本文通过对缺陷信息进行分析,发现缺陷信息对于相似缺陷的检测有着重要的参考价值.基于这一思想,本文分析软件缺陷社区Stack Overflow中关于缺陷代码的信息,提出一种基于缺陷代码特征分析的相似缺陷检测方法.该方法首先对缺陷报告进行LDA主题分析并将缺陷报告分类到不同的主题(类别)中,统计得到高频缺陷类别;其次对于高频缺陷类别的缺陷代码提取特征;最后根据缺陷代码特征构建相似缺陷检测模型.为了验证相似缺陷检测模型的有效性,针对数据操作缺陷数据构建诊断模型并对该模型进行实证,实验结果表明该方法对检测其他代码中相似缺陷有较好的效果.     

基于结构特征的二进制代码安全缺陷分析模型

针对现有方法检测复杂结构二进制代码安全缺陷的不足,提出新的分析模型,并给出其应用方法。首先以缺陷的源代码元素集合生成特征元素集合,抽取代码结构信息,构建分析模型。然后依据各类中间表示（IR,intermediate representation）语句的统计概率计算分析模型,查找满足特征模型的IR代码组,通过IR代码与二进制代码的转换关系,实现对二进制程序中代码安全缺陷的有效检测。分析模型可应用于二进制单线程程序和并行程序。实验结果表明,相对于现有方法,应用该分析模型能够更全面深入地检测出各类结构复杂的二进制代码安全缺陷,且准确率更高。     

基于循环神经网络的缺陷报告分派方法

随着开源软件项目规模的不断增大,人工为缺陷报告分派合适的开发人员（缺陷分派）变得越来越困难.而不合适的缺陷分派往往会严重影响缺陷修复的效率,为此迫切需要一种缺陷分派辅助技术帮助项目管理者更好地完成缺陷分派任务.当前,大部分研究工作都基于缺陷报告文本以及相关元数据信息分析来刻画开发者的特征,忽略了对开发者活跃度的考虑,使得对具有相似特征的开发者进行缺陷报告分派预测时表现较差.本文提出了一个基于循环神经网络的深度学习模型DeepTriage,一方面利用双向循环网络加池化方法提取缺陷报告的文本特征,一方面利用单向循环网络提取特定时刻的开发者活跃度特征,并融合两者,利用已修复的缺陷报告进行监督学习.在Eclipse等四个不同的开源项目数据集上的实验结果表明,DeepTriage较同类工作在缺陷分派预测准确率上有显著提升.     

基于信息检索的缺陷定位:问题、进展与挑战

缺陷的存在,会影响软件系统的正常使用甚至带来重大危害.为了帮助开发者尽快找到并修复这些缺陷,研究者提出了基于信息检索的缺陷定位方法.这类方法将缺陷定位视为一个检索任务,它为每个缺陷报告生成一份按照程序实体与缺陷相关度降序排序的列表.开发者可以根据列表顺序来审查代码,从而降低审查成本并加速缺陷定位的进程.近年来,该领域的研究工作十分活跃,在改良定位方法和完善评价体系方面取得了较大进展.与此同时,为了能够在实践中更好地应用这类方法,该领域的研究工作仍面临着一些亟待解决的挑战.对近年来国内外学者在该领域的研究成果进行系统性的总结：首先,描述了基于信息检索的缺陷定位方法的研究问题;然后,分别从模型改良和模型评估两方面陈述了相关的研究进展,并对具体的理论和技术途径进行梳理;接着,简要介绍了缺陷定位的其他相关技术;最后,总结了目前该领域研究过程中面临的挑战并给出建议的研究方向.     

基于信息检索的软件缺陷定位方法综述

基于信息检索的软件缺陷定位方法是当前软件缺陷定位领域中的一个研究热点.该方法主要分析缺陷报告文本和程序模块代码,通过计算缺陷报告和程序模块间的相似度,选取与缺陷报告相似度最高的若干程序模块,将其推荐给开发人员.本文对近些年国内外研究人员在该综述主题上取得的成果进行了系统的梳理和总结.首先,给出研究框架并阐述影响方法性能的三个重要因素：数据源、检索模型和场景应用;其次,依次对这三个影响因素的已有研究成果进行总结;然后,总结基于信息检索的软件缺陷定位研究中常用的性能评测指标和评测数据集;最后总结全文并对未来值得关注的研究方向进行展望.     

基于缺陷修复历史的两阶段缺陷定位方法

缺陷定位是软件缺陷修复的关键步骤。随着计算机软件的日趋复杂和网络的迅速发展,如何快速高效的定位缺陷相关代码成为了一个急待解决的问题。在研究现有基于信息检索技术的缺陷定位方法的基础上,综合考虑缺陷修复历史信息,提出了基于缺陷修复历史的两阶段缺陷定位方法。该方法不再单一依赖文本相似度,从缺陷修复的局部性现象入手,更多的考虑了缺陷修复的历史记录、变更信息及代码特征等因素,结合信息检索和缺陷预测方法来提高缺陷定位的精度。最后本文以两个开源项目为例,验证了方法的可行性和有效性。     

基于信息检索的软件缺陷定位技术研究进展

缺陷定位是软件工程研究最活跃的领域之一.大部分软件缺陷都会被提交到类似于Bugzilla和Jira的缺陷追踪系统中.由于提交的缺陷报告数量过多,开发人员不能及时地处理,因而迫切需要一个自动化工具来帮助开发人员识别缺陷相关源代码文件.研究人员已经提出了大量的缺陷定位技术.基于信息检索的软件缺陷定位技术（Information Retrieval-based Bug Localization,简称IRBL）利用了缺陷报告的文本特性,并且由于计算成本低、对不同的程序语言更具有普适性,成为缺陷定位领域的研究热点,取得了一系列研究成果.然而,IRBL技术也在数据预处理、相似度计算和工程应用等方面存在诸多挑战.鉴于此,本文对现有的IRBL技术进行梳理总结.主要内容包括：（1）梳理了IRBL中数据预处理的过程和信息检索通用方法;（2）对IRBL技术中利用的数据特征进行了详细的分类和总结;（3）总结了技术评估中使用的性能评估指标;（4）归纳出了IRBL技术的关键问题;（5）最后展望了IRBL技术的未来发展.     

基于代价敏感间隔分布优化的软件缺陷定位

在大型软件项目的开发与维护中,从大量的代码文件中定位软件缺陷费时、费力,有效地进行软件缺陷自动定位,将能极大地降低开发成本.软件缺陷报告通常包含了大量未发觉的软件缺陷的信息,精确地寻找与缺陷报告相关联的代码文件,对于降低维护成本具有重要意义.目前,已有一些基于深度神经网络的缺陷定位技术相对于传统方法,其效果有所提升,但相关工作大多关注网络结构的设计,缺乏对训练过程中损失函数的研究,而损失函数对于预测任务的性能会有极大的影响.在此背景下,提出了代价敏感的间隔分布优化（cost-sensitive margin distribution optimization,简称CSMDO）损失函数,并将代价敏感的间隔分布优化层应用到深度卷积神经网络中,能够良好地处理软件缺陷数据的不平衡性,进一步提高缺陷定位的准确度.     

基于高斯过程的缺陷定位方法

在软件系统中,缺陷定位是缺陷修复的一个关键环节,如果能将缺陷自动定位到很小的范围,将会极大地降低缺陷修复的难度.基于高斯过程提出了一种缺陷定位方法（GPBL）,即针对每个缺陷,向开发人员推荐这个缺陷可能存在于哪些源文件中,从而帮助开发人员快速修复缺陷.为了验证方法的有效性,采集了开源软件Eclipse 和Argouml 中的数据,实验结果表明,高斯过程缺陷定位的查全率和查准率平均分别为87.16%和78.90%.与基于LDA的缺陷定位方法进行比较,表明高斯过程更能准确定位缺陷的位置.     

方法级别的细粒度软件缺陷定位方法

当软件缺陷报告在跟踪系统中被指派给开发人员进行缺陷修复之后,缺陷修复人员就需要根据提交的缺陷报告来进行软件缺陷定位,并做出相应的代码变更,以修复该软件缺陷.在缺陷修复的整个过程中,软件缺陷定位占用了开发人员大量的时间.提出了一种方法级别的细粒度软件缺陷定位方法MethodLocator,以提高软件修复人员的工作效率.MethodLocator首先对缺陷报告和源代码方法体利用词向量（word2vec）和TF-IDF结合的方法进行向量表示;然后,根据源代码文件中方法体之间的相似度对方法体进行扩充;最后,通过对扩充后的方法体和缺陷报告计算其余弦距离并排序,来定位为修复软件缺陷所需做出变更的方法.在4个开源软件项目ArgoUML、Ant、Maven和Kylin上的实验结果表明,MethodLocator方法优于现有的缺陷定位方法,它能够有效地将软件缺陷定位到源代码的方法级别上.