面向类不平衡数据集的软件缺陷预测模型

软件缺陷预测是软件工程领域的重点研究方向,是保证软件质量的重要途径之一。其中软件缺陷数据的类不平衡问题会影响缺陷预测分类的准确性,为解决类不平衡数据对预测分类的影响,针对如何优化数据预处理的算法执行顺序进行了研究,提出了一种有效提升分类效果的软件缺陷预测模型（ASRAdaboost）。该算法模型在根据对照实验确定数据预处理最优顺序后,采用特征选择卡方检验算法,再执行SMOTE过采样与简单采样方法,解决数据类不平衡和属性冗余同时存在的问题,最后结合Adaboost集成算法,构建出软件缺陷预测模型ASRAdaboost。实验均采用J48决策树作为基分类器,实验结果表明：ASRAdaboost算法模型有效提高了软件缺陷预测的准确性,得到了更好的分类效果。     

代价敏感分类的软件缺陷预测方法

软件缺陷预测是提高软件测试效率,保证软件可靠性的重要途径。考虑到软件缺陷预测模型对软件模块错误分类代价的不同,提出了代价敏感分类的软件缺陷预测模型构建方法。针对代码属性度量数据,采用Bagging方式有放回地多次随机抽取训练样本来构建代价敏感分类的决策树基分类器,然后通过投票的方式集成后进行软件模块的缺陷预测,并给出模型构建过程中代价因子最优值的判定选择方法。使用公开的NASA软件缺陷预测数据集进行仿真实验,结果表明该方法在保证缺陷预测率的前提下,误报率明显降低,综合评价指标AUC和F值均优于现有方法。     

基于AODE和再抽样的软件缺陷预测模型

为了确切地估计软件缺陷分布,提出了基于AODE和再抽样的软件缺陷预测模型。分析了几种常用贝叶斯分类器的优缺点,以及软件缺陷度量元和再抽样方法,设计了多AODE分类器,该分类器是由多个AODE二分类器组成的。在以上基础上,建立了采用多AODE分类器和再抽样方法的软件缺陷预测模型,实验结果表明,该分类器的分类准确度较常用贝叶斯分类器高。通过收集到的缺陷数据样本比较结果表明,该模型比一些常用贝叶斯模型具有更好的预测准确性和稳定性。     

改进欠抽样方法及其在非平衡数据集分类中的应用

欠抽样方法在非平衡数据集分类时,未充分考虑数据分布变化对分类结果造成的影响。为此,提出一种基于聚类融合去冗余的改进欠抽样方法。采用聚类算法得到多数类样本高密度分布区域的聚类中心,将多数类样本划分为不同子集,通过计算各子集的相似度冗余系数对多数类样本进行去冗余删除,以达到欠抽样的目的。对15个不同平衡率的数据集欠抽样后,利用代价敏感混合属性多决策树模型进行分类。实验结果表明,在不降低非平衡数据集分类准确率的前提下,该方法能够提高少数类样本的正类率及预测模型的G-mean值。     

基于深度自编码网络的软件缺陷预测方法

软件缺陷预测是提升软件质量的有效方法,而软件缺陷预测方法的预测效果与数据集自身的特点有着密切的相关性。针对软件缺陷预测中数据集特征信息冗余、维度过大的问题,结合深度学习对数据特征强大的学习能力,提出了一种基于深度自编码网络的软件缺陷预测方法。该方法首先使用一种基于无监督学习的采样方法对6个开源项目数据集进行采样,解决了数据集中类不平衡问题;然后训练出一个深度自编码网络模型。该模型能对数据集进行特征降维,模型的最后使用了三种分类器进行连接,该模型使用降维后的训练集训练分类器,最后用测试集进行预测。实验结果表明,该方法在维数较大、特征信息冗余的数据集上的预测性能要优于基准的软件缺陷预测模型和基于现有的特征提取方法的软件缺陷预测模型,并且适用于不同分类算法。     

基于数据过采样和集成学习的软件缺陷数目预测方法

预测软件缺陷的数目有助于软件测试人员更多地关注缺陷数量多的模块,从而合理地分配有限的测试资源。针对软件缺陷数据集不平衡的问题,提出了一种基于数据过采样和集成学习的软件缺陷数目预测方法——SMOTENDEL。首先,对原始软件缺陷数据集进行n次过采样,得到n个平衡的数据集;然后基于这n个平衡的数据集利用回归算法训练出n个个体软件缺陷数目预测模型;最后对这n个个体模型进行结合得到一个组合软件缺陷数目预测模型,利用该组合预测模型对新的软件模块的缺陷数目进行预测。实验结果表明SMOTENDEL相比原始的预测方法在性能上有较大提升,当分别利用决策树回归（DTR）、贝叶斯岭回归（BRR）和线性回归（LR）作为个体预测模型时,提升率分别为7.68%、3.31%和3.38%。     

基于集成混合采样的软件缺陷预测研究

对软件缺陷预测的不平衡问题进行了研究,提出了一种处理不平衡数据的采样方法,用来解决分类器因为样本集中的样本类别不平衡而造成分类器性能下降的问题。为了避免随机采样的盲目性,利用启发性的混合采样方法来平衡数据,针对少数类采用SMOTE过采样,对多数类采用K-Means聚类降采样,然后综合利用多个单分类器来进行投票集成预测分类。实验结果表明,混合采样与集成学习相结合的软件缺陷预测方法具有较好的分类效果,在获得较高的查全率的同时还能显著降低误报率。     

代价敏感的Boosting软件缺陷预测方法

软件缺陷预测可以有效提高软件的可靠性,修复系统存在的漏洞。Boosting重抽样是解决软件缺陷预测样本数量不足问题的常用方法,但常规Boosting方法在处理领域类不平衡问题时效果不佳。为此,提出一种代价敏感的Boosting软件缺陷预测方法CSBst。针对缺陷模块漏报和误报代价不同的问题,利用代价敏感的Boosting方法更新样本权重,增大产生第一类错误的样本权重,使之大于无缺陷类样本权重与第二类错误样本的权重,从而提高模块的预测率。采用阈值移动方法对多个决策树基分类器的分类结果进行集成,以解决过拟合问题。在此基础上,通过分析给出模型构建过程中权重和阈值的最优化设置。在NASA软件缺陷预测数据集上进行实验,结果表明,在小样本的情况下,与CSBKNN、CSCE方法相比,CSBst方法的BAL预测指标分别提升7%和3%,且时间复杂度降低一个数量级。     

基于CS-ANN的软件缺陷预测模型研究

为了提高软件缺陷预测的准确率,利用布谷鸟搜索算法(Cuckoo Search,CS)的寻优能力和人工神经网络算法（Artificial Neural Network,ANN）的非线性计算能力,提出了基于CS-ANN的软件缺陷预测方法。此方法首先使用基于关联规则的特征选择算法降低数据的维度,去除了噪声属性;利用布谷鸟搜索算法寻找神经网络算法的权值,然后使用权值和神经网络算法构建出预测模型;最后使用此模型完成缺陷预测。使用公开的NASA数据集进行仿真实验,结果表明该模型降低了误报率并提高了预测的准确率,综合评价指标AUC（area under the ROC curve）、F1值和G-mean都优于现有模型。     

基于采样的半监督支持向量机软件缺陷预测方法

软件缺陷预测有助于提高软件开发质量,保证测试资源有效分配。针对软件缺陷预测研究中类标签数据难以获取和类不平衡分布问题,提出基于采样的半监督支持向量机预测模型。该模型采用无监督的采样技术,确保带标签样本数据中缺陷样本数量不会过低,使用半监督支持向量机方法,在少量带标签样本数据基础上利用无标签数据信息构建预测模型;使用公开的NASA软件缺陷预测数据集进行仿真实验。实验结果表明提出的方法与现有半监督方法相比,在综合评价指标[F]值和召回率上均优于现有方法;与有监督方法相比,能在学习样本较少的情况下取得相当的预测性能。     

基于不平衡数据集的软件缺陷预测

数据的不平衡性是软件缺陷预测研究中一个严峻且无法规避的问题,为了解决这一问题,本文提出一种利用分布函数合成新样本的过抽样和随机向下抽样相结合的算法。该算法首先对降维后的主成分进行分布函数拟合,然后利用分布函数生成随机数,并对生成的随机数进行筛选,最后与随机向下抽样相结合。实验所用数据取自NASA MDP数据集,并与经典的SMOTE 向下抽样方法进行对比,从G-mean和F-measure值可以看出前者的预测结果明显优于后者,预测精度更高。     

基于软件度量的Solidity智能合约缺陷预测方法

随着区块链技术的兴起,智能合约安全问题被越来越多的研究者和企业重视,目前已有一些针对智能合约缺陷检测技术的研究.软件缺陷预测技术是软件缺陷检测技术的有效补充,能够优化测试资源分配,提高软件测试效率.然而,目前还没有针对智能合约的软件缺陷预测研究.针对这一问题,提出了面向Solidity智能合约的缺陷预测方法.首先,设计了一组针对Solidity智能合约特有的变量、函数、结构和Solidity语言特性的度量元集(smart contract-Solidity, SC-Sol度量元集),并将其与重点考虑面向对象特征的度量元集(code complexity and features of object-oriented program, COOP度量元集)组合为COOP-SC-Sol度量元集.然后,从Solidity智能合约代码中提取相关度量元信息,并结合缺陷检测结果,构建Solidity智能合约缺陷数据集.在此基础上,应用了7种回归模型和6种分类模型进行Solidity智能合约的缺陷预测,以验证不同度量元集和不同模型在缺陷数量和倾向性预测上的性能差异.实验结果表明,相对于COOP度量元集...     

基于深度学习的软件缺陷预测模型

为了提高软件的可靠性,软件缺陷预测已经成为软件工程领域中一个重要的研究方向.传统的软件缺陷预测方法主要是设计静态代码度量,并用机器学习分类器来预测代码的缺陷概率.但是,静态代码度量未能充分考虑到潜藏在代码中的语义特征.根据这种状况,本文提出了一种基于深度卷积神经网络的软件缺陷预测模型.首先,从源代码的抽象语法树中选择合适的结点提取表征向量,并构建字典将其映射为整数向量以方便输入到卷积神经网络.然后,基于GoogLeNet设计卷积神经网络,利用卷积神经网络的深度挖掘数据的能力,充分挖掘出特征中的语法语义特征.另外,模型使用了随机过采样的方法来处理数据分类不均衡问题,并在网络中使用丢弃法来防止模型过拟合.最后,用Promise上的历史工程数据来测试模型,并以AUC和F1-measure为指标与其他3种方法进行了比较,实验结果显示本文提出的模型在软件缺陷预测性能上得到了一定的提升.     

面向信贷不平衡数据的高斯混合欠采样算法

为提高分类算法在信贷风险领域不平衡数据的预测性能,提出一种基于高斯混合模型(Gaussian mixture model,GMM)的欠采样算法,将其应用在信贷不平衡数据领域中。采用高斯混合模型对多数类样本进行聚类欠采样(under-sampling),消除样本间的不平衡问题。实验比较该算法与传统的欠采样方法,进行该算法的抗噪鲁棒性分析,实验结果表明,该算法能够有效提升分类器的性能,其对信贷数据集具有较强的鲁棒性。     

Integrating in-process software defect prediction with association mining to discover defect pattern

Rather than detecting defects at an early stage to reduce their impact, defect prevention means that defects are prevented from occurring in advance. Causal analysis is a common approach to discover the causes of defects and take corrective actions. However, selecting defects to analyze among large amounts of reported defects is time consuming, and requires significant effort. To address this problem, this study proposes a defect prediction approach where the reported defects and performed actions are utilized to discover the patterns of actions which are likely to cause defects. The approach proposed in this study is adapted from the Action-Based Defect Prediction (ABDP), an approach uses the classification with decision tree technique to build a prediction model, and performs association rule mining on the records of actions and defects. An action is defined as a basic operation used to perform a software project, while a defect is defined as software flaws and can arise at any stage of the software process. The association rule mining finds the maximum rule set with specific minimum support and confidence and thus the discovered knowledge can be utilized to interpret the prediction models and software process behaviors. The discovered patterns then can be applied to predict the defects generated by the subsequent actions and take necessary corrective actions to avoid defects.The proposed defect prediction approach applies association rule mining to discover defect patterns, and multi-interval discretization to handle the continuous attributes of actions. The proposed approach is applied to a business project, giving excellent prediction results and revealing the efficiency of the proposed approach. The main benefit of using this approach is that the discovered defect patterns can be used to evaluate subsequent actions for in-process projects, and reduce variance of the reported data resulting from different projects. Additionally, the discovered patterns can be used in causal analysis to identify the causes of defects for software process improvement.     

A transfer cost-sensitive boosting approach for cross-project defect prediction

Software defect prediction has been regarded as one of the crucial tasks to improve software quality by effectively allocating valuable resources to fault-prone modules. It is necessary to have a sufficient set of historical data for building a predictor. Without a set of sufficient historical data within a company, cross-project defect prediction (CPDP) can be employed where data from other companies are used to build predictors. In such cases, a transfer learning technique, which extracts common knowledge from source projects and transfers it to a target project, can be used to enhance the prediction performance. There exists the class imbalance problem, which causes difficulties for the learner to predict defects. The main impacts of imbalanced data under cross-project settings have not been investigated in depth. We propose a transfer cost-sensitive boosting method that considers both knowledge transfer and class imbalance for CPDP when given a small amount of labeled target data. The proposed approach performs boosting that assigns weights to the training instances with consideration of both distributional characteristics and the class imbalance. Through comparative experiments with the transfer learning and the class imbalance learning techniques, we show that the proposed model provides significantly higher defect detection accuracy while retaining better overall performance. As a result, a combination of transfer learning and class imbalance learning is highly effective for improving the prediction performance under cross-project settings. The proposed approach will help to design an effective prediction model for CPDP. The improved defect prediction performance could help to direct software quality assurance activities and reduce costs. Consequently, the quality of software can be managed effectively.     

基于邻域三支决策粗糙集模型的软件缺陷预测方法

基于已有软件缺陷数据,建立分类模型对待测软件模块进行预测,能够提高测试效率和降低测试成本。现有基于机器学习方法对软件缺陷预测的研究大部分基于二支决策方式,存在误分率较高等问题。本文针对软件缺陷数据具有代价敏感特性且软件度量取值为连续值等特性,提出了一种基于邻域三支决策粗糙集模型的软件缺陷预测方法,该方法对易分错的待测软件模块作出延迟决策,和二支决策方法相比,降低了误分类率。在NASA软件数据集上的实验表明所提方法能够提高分类正确率并减小误分类代价。     

基于启发式BP算法的软件缺陷预测模型

针对软件缺陷预测时缺陷数据集中存在的类别分布不平衡问题，结合上采样算法SMOTE与Edited Nearest Neighbor (ENN) 数据清洗策略，提出了一种基于启发式BP神经网络算法的软件缺陷预测模型。模型中采用上采样算法SMOTE增加少数类样本以改善项目中的数据不平衡状况，并针对采样后数据噪声问题进行ENN数据清洗，结合基于启发式学习的模拟退火算法改进四层BP神经网络后建立分类预测模型，在AEEEM数据库上使用交叉验证对提出的方案进行性能评估，结果表明所提出的算法能够有效提高模型在预测类不平衡数据时的分类准确度。     

软件缺陷预测中的数据预处理方法

软件缺陷预测是软件质量保障领域的热点研究课题，缺陷预测模型的质量与训练数据有密切关系。用于缺陷预测的数据集主要存在数据特征的选择和数据类不平衡问题。针对数据特征选择问题，采用软件开发常用的过程特征和新提出的扩展过程特征，然后采用基于聚类分析的特征选择算法进行特征选择；针对数据类不平衡问题，提出改进的Borderline-SMOTE过采样方法，使得训练数据集的正负样本数量相对平衡且合成样本的特征更符合实际样本特征。采用bugzilla、jUnit等项目的开源数据集进行实验，结果表明：所采用的特征选择算法在保证模型F-measure值的同时，可以降低57.94%的模型训练时间；使用改进的Borderline-SMOTE方法处理样本得到的缺陷预测模型在Precision、Recall、F-measure、AUC指标上比原始方法得到的模型平均分别提高了2.36个百分点、1.8个百分点、2.13个百分点、2.36个百分点；引入了扩展过程特征得到的缺陷预测模型比未引入扩展过程特征得到的模型在F-measure值上平均提高了3.79%；与文献中的方法得到的模型相比，所提方法得到的模型在F-measure值上平均提高了15.79%。实验结果证明所提方法能有效提升缺陷预测模型的质量。     

改进PSO-ISVM算法的软件缺陷预测

提出基于改进的粒子群优化支持向量机方法（PSO-ISVM）的测控软件缺陷预测方法。通过引入代价惩罚系数,定义粒子群优化算法中的适应度函数,利用最小化适应度函数值作为优化目标,排除大量的冗余干扰信息,提高对测控软件有缺陷模块的预测准确度,寻找支持向量机的最优参数。通过仿真实例分析测控软件有效性,并与常用缺陷预测方法进行比较,表明该模型能加快软件缺陷预测速度和提高对有缺陷模块的预测准确度。