题目：复杂软件系统动态行为规律的实验研究

软件动态行为高度复杂，难以精确刻划。但是另一方面，形形色色的软件却可以很好的服务于各种需求。这就说明了软件中可能存在类似物理定律那样的、不依赖于特定软件的、具有普遍性的动态行为规律。实验软件学将软件作为一种物理对象，采用大规模可重复的软件实验来研究软件动态行为规律。 本论文以复杂网络作为切入点研究软件动态行为所具有的规律，是对实验软件学研究的一种尝试。本论文将软件运行过程建模为一种新的演化的复杂网络，提出了镜像图的概念。基于镜像图模型，开展了多个大规模可重复的软件实验，主要研究了镜像图的小世界性和无尺度性、软件运行过程网络的社区结构、结构剖面有序性、结构剖面马氏性等内容。本论文主要研究成果归纳如下： (1) 提出了软件镜像图的概念。将软件运行过程建模成为演化的复杂网络，并称之为镜像图。镜像图在有向拓扑图的基础上定义了一个包含了动态信息的特征向量，很好的克服了有向拓扑图在反映动态信息方面的局限性。 (2) 研究了镜像图的小世界性和无尺度性。虽然实验对象的镜像图不具有小世界性，但是其度分布服从幂律分布或者分段幂律分布，具有无尺度性。特别地，不同于大多数复杂网络的研究中侧重研究网络稳态结构规律的方式，本论文同时研究了演化过程中和稳态时镜像图的小世界性和无尺度性，验证了网络性质的时间相关性。 (3) 研究了软件运行过程网络的社区结构。提出了一种基于数据挖掘的社区结构发现方法。使用该方法对实验对象进行了包层次的社区结构挖掘，并使用选型匹配系数对挖掘结果进行了度量，验证了方法的有效性。 (4) 研究了结构剖面的有序性。软件结构剖面是指在一定的软件运行剖面下，软件内部状态之间的转移情况。本论文定义了结构剖面熵来研究软件结构剖面的有序性。在实验对象镜像图的演化过程中，结构剖面熵不断减小，结构剖面向着有序的方向发展，最终形成无尺度的度分布。 (5) 研究了结构剖面的马氏性。基于静态信息和动态信息定义了四种状态，将软件运行过程描述为转移系统，通过卡方检验验证了三个实验对象结构剖面不具有马氏性。对使用马氏性假设的模型的有效性提出质疑。 (6) 提出了两种扩展的复杂网络BA模型。包括有限精度择优的BA模型和按PID方式择优的BA模型。扩展模型通过对BA网络择优机制的修改，使其更符合真实网络的一些演化规律，结果揭示了新的现象。 (7) 为实验搭建了一个实验平台。按照软件实验应该具有大规模并保证结果可重复性的原则，搭建了实验平台。采用自动化的测试工具进一步提高了实验效率。