淺析復雜軟件的網(wǎng)絡結(jié)點影響

摘 要：復雜軟件結(jié)構(gòu)可以看作是一個有向網(wǎng)絡圖，該有向網(wǎng)絡圖的網(wǎng)絡結(jié)點為軟件系統(tǒng)的某種粒度單元，比如包、類、組件等都可以稱為網(wǎng)絡結(jié)點，他們之間的依賴關(guān)系就構(gòu)成了整個軟件網(wǎng)絡。本文對軟件網(wǎng)絡做了簡要介紹，研究和分析了軟件依賴關(guān)系及其統(tǒng)計特性，并對網(wǎng)絡結(jié)點在復雜軟件中的影響進行了分析，最后提出了軟件網(wǎng)絡關(guān)鍵結(jié)點這一概念。

關(guān)鍵詞：復雜軟件系統(tǒng)；軟件網(wǎng)絡結(jié)點；軟件結(jié)構(gòu)

中圖分類號：TP311.52

1 軟件網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

軟件體系結(jié)構(gòu)的好壞直接影響著軟件的質(zhì)量，關(guān)于軟件體系結(jié)構(gòu)的研究一直備受人們的重視。隨著軟件實現(xiàn)的功能越來越強大，復雜度越來越高，軟件結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了多層次、不同粒度的方式[1]。復雜軟件的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)思想是基于圖論中有向網(wǎng)絡圖的概念發(fā)展而來的，應用統(tǒng)計學的方法對軟件網(wǎng)絡各個特性進行研究，如幾何性質(zhì)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定學等。網(wǎng)絡結(jié)點對復雜軟件有著一定的影響，對結(jié)點影響的分析可以促進對軟件體系結(jié)構(gòu)的完善。

對于任一軟件系統(tǒng)S，我們用一個三元組來表示S的網(wǎng)絡拓撲機構(gòu)，軟件系統(tǒng)S的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)包括頂點集V、邊集E以及邊與頂點的關(guān)系集合f，這三個元素構(gòu)成了網(wǎng)絡拓撲的三元組G=，其中

V（G）=﹛vi|vi∈S，i=1，…，n，n≥1﹜，E（G）=﹛ej|ej∈S，j=1，…，m，m≥1﹜。

通常把類看作是軟件網(wǎng)絡中的網(wǎng)絡結(jié)點，類是主要研究對象，類與類之間的關(guān)系看成連接結(jié)點的有權(quán)邊，這樣就得到了軟件結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡拓撲圖[2]，我們用下圖表示軟件靜態(tài)結(jié)構(gòu)與其對應的網(wǎng)絡拓撲圖，使用類作為有向網(wǎng)絡圖中的網(wǎng)絡結(jié)點，圖中共有4個網(wǎng)絡結(jié)點。

（a）UML類關(guān)系協(xié)作圖 （b）網(wǎng)絡拓撲圖

圖1 靜態(tài)類圖與其網(wǎng)絡拓撲圖

2 軟件系統(tǒng)中的依賴關(guān)系

圖1描述的軟件網(wǎng)絡是一個全連通的有向網(wǎng)絡圖，我們以類為單元抽取軟件系統(tǒng)中的網(wǎng)絡結(jié)點A，B，C，如圖2所示，A，B，C之間存在明顯的依賴關(guān)系，根據(jù)圖2可以看出，A與C是連通的，C的缺陷可以通過方法f（）傳遞給B的方法d（），C的缺陷不能傳遞到A，圖2這種表示方式不能夠?qū)Y(jié)點的依賴關(guān)系進行準確的描述，所以需要找到一個更合適的描述方法對軟件結(jié)構(gòu)中網(wǎng)絡結(jié)點的依賴關(guān)系進行真實準確的反映，如果結(jié)點B僅僅依賴C中的方法f（），這種關(guān)系我們使用加權(quán)值來表示，也就是使用加權(quán)軟件網(wǎng)絡來描述各結(jié)點的依賴關(guān)系[3]。

圖2 軟件依賴關(guān)系示意圖

3 加權(quán)網(wǎng)絡的統(tǒng)計特性及網(wǎng)絡結(jié)點影響分析

對復雜軟件的加權(quán)網(wǎng)絡模型的研究具有重要意義，本文根據(jù)加權(quán)網(wǎng)絡的統(tǒng)計特性，對結(jié)點強度和結(jié)點強度分布進行了分析研究，并進一步對結(jié)點影響進行了分析，提出了關(guān)鍵結(jié)點的概念。

3.1 結(jié)點強度及結(jié)點影響分析

根據(jù)圖論中關(guān)于有向加權(quán)圖的概念可以得知，軟件網(wǎng)絡機構(gòu)中每個網(wǎng)絡結(jié)點的度都可以分為入度和出度，在對加權(quán)軟件網(wǎng)絡進行描述時，我們使用結(jié)點度ki與結(jié)點強度Si這兩個參數(shù)共同描述。將結(jié)點強度Si定義為 ，其中wij為i到j的權(quán)值，Ni為結(jié)點i的鄰接點集合。在加權(quán)軟件網(wǎng)絡中，入度表示結(jié)點被相鄰點的依賴，而出度表示結(jié)點對相鄰點的依賴，在結(jié)點強度中，邊的權(quán)值是很重要的因素，結(jié)點強度綜合了入度與出度以及相應邊的權(quán)值，結(jié)點強度又可以分為入點強度和出點強度。入點強度越大，則此結(jié)點對其余與其連通的結(jié)點的影響也就越大，隨著而來的是結(jié)點的缺陷以及缺陷傳播到與其連通的結(jié)點的概率也變大；出點強度越大，對與其連通的結(jié)點的依賴程度也就越大，積累與其連通的結(jié)點缺陷的概率也就變大。

3.2 結(jié)點強度分布及結(jié)點影響分析

復雜軟件系統(tǒng)中軟件網(wǎng)絡的每個結(jié)點的結(jié)點強度可以構(gòu)成一個結(jié)點強度分布，將其用P（n）表示，P（n）可以描述某一結(jié)點強度為n的概率。對于加權(quán)軟件網(wǎng)絡而言，軟件網(wǎng)絡各結(jié)點間的相互影響以及密切程度可以通過結(jié)點強度來表示，強度分步則表示了整個軟件依賴關(guān)系的復雜度以及結(jié)點的強度分布。通過分析發(fā)現(xiàn)，結(jié)點強度較小的結(jié)點更傾向于連接強度大的結(jié)點，這種現(xiàn)象造成了軟件結(jié)點呈冪律分布的情況，新加入的結(jié)點傾向于連接強度較大、最早出現(xiàn)于軟件網(wǎng)絡中的結(jié)點。

3.3 關(guān)鍵結(jié)點

我們將那些對軟件網(wǎng)絡有著較大影響的結(jié)點成為關(guān)鍵結(jié)點。關(guān)鍵結(jié)點的具體定義是一個結(jié)點集合，集合內(nèi)的結(jié)點的出點強度與入點強度均遠遠高于軟件網(wǎng)絡中的平均出點和入點強度。通過對這些結(jié)點的研究分析，關(guān)鍵結(jié)點與其他結(jié)點相比，具有更強的缺陷聚集以及缺陷傳播的能力。

軟件工程中，如果面對的軟件規(guī)模較大，功能較為復雜，我們習慣采取分而治之的方法將整個軟件進行分解，直至分解到一個個很小的易于實現(xiàn)的模塊，通過這種方法來解決復雜度高、規(guī)模較大的軟件設計。這樣造成的后果是，軟件網(wǎng)絡結(jié)點的路徑變得很長，核心功能模塊對應的網(wǎng)絡結(jié)點的出度和入度變大，根據(jù)上述的新加入結(jié)點連接原則，核心網(wǎng)絡結(jié)點的度會越來越大，關(guān)鍵結(jié)點對整個軟件的影響也就越來越大，在軟件網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中，關(guān)鍵結(jié)點具有重要作用。

4 結(jié)束語

隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，軟件應經(jīng)應用到各個領域，軟件不斷向大規(guī)?；?、高復雜度的方向發(fā)展，所以，軟件體系結(jié)構(gòu)對于軟件的質(zhì)量越來越重要[4][5]。本文介紹了復雜軟件系統(tǒng)的軟件網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，將軟件系統(tǒng)中的類抽象為網(wǎng)絡結(jié)點，對結(jié)點強度及結(jié)點分布度及結(jié)點影響進行了分析，通過對有向網(wǎng)絡圖中邊的一些特性的分析，重點研究了網(wǎng)絡結(jié)點與結(jié)點間的密切程度及影響關(guān)系，最后介紹了關(guān)鍵結(jié)點的相關(guān)內(nèi)容。在未來的工作中，關(guān)于軟件可靠性分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化等問題有待于進一步研究[6]。

參考文獻：

[1]李博，趙海，劉紅.大規(guī)模軟件網(wǎng)絡類結(jié)點中介度分析[J].東北大學學報（自然科學版），2010（07）：929-932.

[2]霍巖，楊占坤，趙海.大規(guī)模軟件網(wǎng)絡結(jié)點中生代指數(shù)解法研究[J].計算機應用于軟件，2011（02）：14-16.

[3]李兵，馬于濤，劉婧.軟件系統(tǒng)的復雜網(wǎng)絡研究[J].力學研究，2008（06）：805-813.

[4]韓明暢，李德毅，劉常昱.軟件中的網(wǎng)絡化特征及其對軟件質(zhì)量的貢獻[J].計算機工程與應用，2006（03）：9-10.

[5]馬于濤，何克清，李兵.網(wǎng)絡化軟件的復雜網(wǎng)絡特性實證[J].軟件學報，2011（03）：381-407.

[6]閆棟，祁國寧.大規(guī)模軟件系統(tǒng)的無標度特性與演化模型[J].物理學報，2006（08）：3799-3806.

作者簡介：張婷（1984-），女，寧夏銀川人，碩士，助理講師，主要研究方向：計算機。

作者單位：寧夏職業(yè)技術(shù)學院，寧夏銀川 750021