软件测试信息领域本体构建研究

软件测试信息领域本体构建研究

摘要：为了对软件测试领域的信息进行有效管理，对软件测试领域进行了深入分析；引入本体技术并总结了领域本体的构建方法，探索了测试信息领域本体构建方法；为软件测试建立测试信息领域本体，实现信息的有效表示、存储和共享。

关键词：软件测试；领域本体；本体构建；信息共享

0引言

软件测试是保障软件质量的有效手段，其过程实质上是测试知识共享和重用的过程。因此，对软件测试信息的有效收集、表示和存储，不仅能为重复测试提供方便，也可以为评估软件质量提供参考。近年来，作为知识表示工具的本体论（Ontology）由于其具备良好的概念层次结构和逻辑推理能力，使其在信息检索等多个领域得到了广泛应用。因此，为软件测试信息建立领域本体，可以为信息的表示、存储和共享提供知识管理框架，也可以为软件的复用者提供参考。

1本体和构建方法

本体论源于哲学上的概念，广泛认可的定义是Studer等人在前人基础上提出：本体是共享概念模型、明确形式化的规范说明^[1，2]，包含概念模型、明确性、形式化和共享性4个含义^[3]。本体的建模元语有类（classes 或concepts）、关系（retations）、函数（functions）、公理（axioms）和实例（instance）^[4]。概念并非单纯意义上的概念，可以是任务、功能、

行为、策略、推理过程等。关系表示概念之间的关联关系，可形式化表示为R：C1×C2×…×Cn表示概念类C1，C2，…，Cn之间存在n元关系R。函数是一种特殊的关系。公理用于表示永真式。实例是某概念类的基本元素，即某概念类所指的具体对象。

为了便于对本体的有效分类，Guarino提出以详细程度、领域依赖程度作为本体划分的基础^[4]。根据领域依赖度，可划分为顶级、领域、任务和应用本体4类。其中领域本体（Domain Ontology）描述的是特定领域（如测试、图书、航空航天）中概念及概念之间的关系。

建立本体的依据标准最具影响力的是Gruber在1995年提出的5条规则^[5]：明确性和客观性、安全性、一致性、可扩展性和最小本体承诺。领域本体概念提出以来，目前比较有名的构建方法有：IDEF5方法、Uschold和King的“骨架法”、Gruninger和Fox 的“评估法”（又称TOVE）、Bernaras方法和METHONTOLOGY方法等。本文通过参考Gruber提出的本体构造原则以及斯坦福大学的Natalya F. Noy 和Deborah L. McGuinness提出的建议^[11]，领域本体构建过程如下：①确定本体的领域与范围；

②考虑对已存在的本体的重用；③列举领域中重要的术语、概念；④定义类和类层次；⑤定义类的属性；⑥创建实例；⑦本体的检验评价。

目前，本体的构建工具之一Protégé是可扩展、可跨平台的和能支持概念层次、属性及原则和约束定义的，为本体的一致性检测和组织概念提供自动分类。利用Protégé建立的本体知识库能很方便地与

外界系统实现知识共享和互操作。另外，Protégé能扩展OWL插件成为当下优秀的OWL本体构造工具，其中OWL （Web Ontology Language）是W3C^[6]最新推荐的Ontology 描述语言。目前，Protégé已有很多的版本，本文中用到的是Protégé3.1.1^[7]，带有Protégé-OWL插件和OWL Wizards插件。它适合用于构造一个OWL本体，同时结合推理机Racer^[6]能够对构建的本体进行推理。

2基于SWEBOK的软件测试知识域

1983年IEEE指出软件测试的定义是^[8]：“使用手动或者自动的手段执行或测试特定系统的过程，测试目的是验证系统是否满足预期的需求，或者验证预期结果和实际结果间的差别。

G.J.Maryer则定义软件测试是为了发现错误而运行的程序，目的是为了查找程序的错误，而非证明程序的正确性^[9]。软件工程知识体系（Software Engineering Body of Knowledge，SWEBOK）把整个体系分解为10个知识域（Knowledge Area）^[10]。其中，软件测试知识域包括5个子域^[11]，如图1所示。

由图1可以看出软件测试的5个子域依次是：软件测试基础、测试级别、测试技术、测试相关的度量和测试过程。

通过对测试领域分析，可知测试信息主要包括：①测试对象的信息；②伴随着软件测试产生的测试计划、测试用例、缺陷报告以及其它相关文档信息；③测试过程运用的测试技术、方法、经验等相关知识。

3STIDO构建与实现

3.1STIDO核心概念确定

建立软件测试信息领域本体（Software Testing Information Domain Ontology，STIDO）的过程，就是利用本体思想与OWL语言组织和描述“软件测试信息”的过程。首先，利用本体建立软件测试领域知识概念模型，有3种常用方法^[14]：自顶向下（top-down）方法、自底向上（bottom-up）方法和核心扩展（middle-out）方法。本文采用核心扩展的方法建立本体概念模型，首先需要确定核心概念集，包括：“测试对象”、“测试用例”、“测试计划”“测试设计”、“测试报告”、“测试方法”、“测试人员”等。其中，核心概念集合作为概念模型的顶级概念集，必须满足没有二义性并且能覆盖整个测试领域知识的要求。3.2定义类和类的层次结构

确立核心概念集后，对这组具有本体雏形的核心概念进行扩展，建立本体概念模型如图2所示。

这个过程是一个自顶向下的过程，即根据事先定义好的上一层抽象父类，分别逐步细化说明其下一级子类。在此过程有两个问题需要考虑和解决：①概念间关系的选择和层次结构组织；②概念层次结构可用性和表达精确性的平衡。

在本体中，类是共有某些属性而属于同组的个体集合。通常将每个知识点设为一个单独类，根据知识层次来规定上层知识点作为父类，相反下层知识点作为子类。最高层的类表示最抽象的实体概念，每个子类继承了父类的抽象特征，是比其父类更具体、范围更小的实