摘  要： 針對網(wǎng)絡結構的軟件系統(tǒng)，通過構造軟件系統(tǒng)的ANP結構，結合用戶和程序員的觀點，對超矩陣的構造進行了改進，提出基于改進型ANP的模塊重要度評估方法。以軟件實用性最大化為目標函數(shù)、以可靠性下限和開發(fā)費用為約束條件，建立了可靠性分配模型。并以某工廠實力信息管理系統(tǒng)為例，對算法進行了驗證。
關鍵詞： 軟件網(wǎng)絡；可靠性分配；ANP；超矩陣

　軟件結構描述了軟件實體元素方法、屬性、類、包以及它們之間的相互關系，在很大程度上直接影響著軟件的功能、性能、安全性及可靠性等指標。因此，在進行軟件可靠性分配前，對軟件系統(tǒng)結構進行分析是非常有必要的。
　目前，在軟件可靠性分配的研究中往往是基于軟件系統(tǒng)中模塊間相互獨立、沒有交互的假設上。然而現(xiàn)實情況并非如此，由于要處理繁雜的事務，現(xiàn)在的軟件系統(tǒng)通常都很復雜，由許多互相作用的模塊構成。近年來，一些研究者對大量面向對象軟件系統(tǒng)的類圖進行了研究，發(fā)現(xiàn)軟件系統(tǒng)的結構大多數(shù)都展現(xiàn)出“小世界”和“無尺度”等復雜網(wǎng)絡特性[1]。對于這類軟件的可靠性分配問題，可以用網(wǎng)絡分析法（ANP）進行探討。
1 軟件網(wǎng)絡觀
1.1 軟件的復雜性
　軟件系統(tǒng)復雜性的完整定義應當包括軟件的內部結構和外部特性兩個方面，其中內部結構反映軟件的靜態(tài)復雜性，而外部特性則反映軟件的動態(tài)復雜性。本文主要討論軟件內部結構的復雜性。
　復雜系統(tǒng)不一定要有很大的規(guī)模，因為引起系統(tǒng)復雜行為的主要原因并不是元件的數(shù)量，而是元件之間的交互。所以元件之間的交互方式對復雜系統(tǒng)的特性及行為的影響是一個不可忽視的方面，也是復雜系統(tǒng)研究的關鍵問題之一。軟件系統(tǒng)也是如此，單個類或模塊只能完成有限的功能，而在系統(tǒng)范圍內，所有類或模塊協(xié)同交互才能完成用戶期望的功能。因此，軟件系統(tǒng)模塊間的關系和交互的復雜性也是判斷軟件結構復雜性的重要因素[1]。由此可知復雜軟件系統(tǒng)的結構不再是簡單的層次結構，模塊之間的復雜關系使軟件結構呈現(xiàn)網(wǎng)絡化。
1.2 軟件的網(wǎng)絡結構
　對于軟件網(wǎng)絡的抽象方式，研究人員從不同的層面均給予了不同的定義，例如節(jié)點可以是類、子程序、構件和子系統(tǒng)等[2]，邊可以是面向對象設計中的類間關系或包間關系等[3]，也可以是面向過程設計中的函數(shù)間調用或子程序間調用等[4]。
　2002年，Valverde[2]等人首先研究了軟件網(wǎng)絡。他們通過逆向工程方法從程序代碼得到系統(tǒng)的類圖，然后將系統(tǒng)的類圖作為研究對象，用網(wǎng)絡圖來表示軟件系統(tǒng)，即網(wǎng)絡中的節(jié)點表示類，邊代表類之間的交互關系。這樣，抽象的軟件網(wǎng)絡可以用一個二元組來定義：

　假定可靠性與費用呈線性關系[8]，αi表示對模塊i施加可靠性為rmi時的一般開銷，βi為可調整的成本開銷，a等于1減去軟件開發(fā)者的利潤率，vi是模塊i的售價（為模塊i的設計完成成本），模塊i的實際成本一定不能超過它，即：


3.2 軟件系統(tǒng)的ANP結構[10]
　作為系統(tǒng)功能需求的提出者，用戶最明白系統(tǒng)需要具備哪些功能；作為系統(tǒng)的設計者和開發(fā)者（程序員）最熟悉系統(tǒng)的整體結構，從而也最了解該由哪些模塊組成這些功能。因此，這里以軟件用戶的觀點，劃分s項功能為f1，f2，…，fs；然后以軟件程序員的觀點進一步將功能劃分為n個的模塊組C1，C2，…，Cn，共m個模塊，每個功能可能調用多于一個模塊。
　（1）控制層
控制層的目標層是基于用戶觀點的，是用戶對軟件可靠性與可用性的總體評估。總體評估是基于軟件屬性或功能，因此，控制層的決策準則為軟件系統(tǒng)能夠提供給用戶的功能。
?。?）網(wǎng)絡層
　每個功能又是通過不同的模塊組合實現(xiàn)的。模塊之間不是簡單的相互獨立關系，而是存在反饋依存關系，形成網(wǎng)絡結構。
　軟件系統(tǒng)的ANP結構如圖2所示。

　一般情況下當C.I≤0.1時，認為判斷矩陣可以接受，否則需要調整判斷矩陣。
3.3.2 模塊局部重要度指標WMfi
　傳統(tǒng)ANP方法在構造判斷矩陣時都有兩個評估準則，在元素兩兩比較時需要在某目標準則條件下，先比較兩元素i、j相對于該準則下的第三個元素（稱為次準則）的重要程度wi與wj，然后再通過wi/wj得到元素i與元素j重要度比值[10]。這種通過兩步比較的方法不是很直觀，容易混亂決策者的思維，產(chǎn)生錯誤。相對來說一步直接比較是比較直觀且較容易被理解。
　下面主要介紹一種利用一步直接比較來構造網(wǎng)絡層的超矩陣。
?。?）構造模塊間判斷矩陣。這里將判斷矩陣分為兩種：一是以控制層功能fi為單一準則的判斷矩陣；二是以網(wǎng)絡層模塊組Cj中元素為單一準則的判斷矩陣，并計算出排序向量矩陣。
　（2）構造超矩陣。將所有網(wǎng)絡層元素的排序向量矩陣組合，由此得到控制層功能fi下的超矩陣，記為W。

4 案例
　本文以某一工廠實力信息管理系統(tǒng)為例，對上述方法進一步說明和驗證。該軟件系統(tǒng)功能結構如圖3所示。

　系統(tǒng)要求各模塊的可靠度不低于0.9，軟件開發(fā)的投資為495 000元，利潤率為50%，則有：a=0.5，C=495 000。
　其中，C13數(shù)據(jù)修改調用C11數(shù)據(jù)錄入；C21數(shù)據(jù)統(tǒng)計調用C14數(shù)據(jù)查詢；C22數(shù)據(jù)匯總調用C21數(shù)據(jù)統(tǒng)計和C12數(shù)據(jù)導入；C32報表生成調用C21數(shù)據(jù)統(tǒng)計和C22數(shù)據(jù)匯總；C33數(shù)據(jù)打印調用C21數(shù)據(jù)統(tǒng)計、C22數(shù)據(jù)匯總以及C32報表生成；C42計劃生成調用C21數(shù)據(jù)統(tǒng)計、C22數(shù)據(jù)匯總和C41數(shù)據(jù)分析。由此，可得該軟件系統(tǒng)基于ANP的網(wǎng)絡結構如圖4所示。

　通過求解上述模型，可以得出此軟件系統(tǒng)的可靠性分配的目標值為：
　RM=（0.982  0.963  0.900  0.976  0.984  0.978  0.900  0.963  0.900  0.931  0.900）
U=0.961 3，即為約束條件下可得到的最大軟件實用性。從結果中可知，可靠性指標較高的模塊為：C11、C12、C14、C21、C22、C32。因此，在軟件系統(tǒng)的開發(fā)過程需要投入較大人力物力以保證其完成的質量，才能最終滿足用戶對軟件實用性的要求。
　目前軟件可靠性分配研究中，對于具有網(wǎng)絡結構的軟件可靠性分配討論比較少。本文首先對軟件的網(wǎng)絡結構的存在性、普遍性進行了說明；然后結合ANP理論討論了具有網(wǎng)絡結構的軟件可靠性分配方法，并對傳統(tǒng)的ANP方法進行了改進；最后將該方法應用于案例中進行驗證，得出如下結論：（1）在ANP結構中，沒有依賴與影響關系的限制，能更準確地描述軟件系統(tǒng)網(wǎng)絡結構；（2）在ANP決策中，綜合了用戶和程序員的觀點，降低了決策者單方面的主觀因素的影響；（3）通過改進ANP中超矩陣的構造，方法更加清晰、直觀、容易理解，且在一定程度上減少了計算量；（4）ANP方法能夠有效地解決網(wǎng)絡結構的軟件系統(tǒng)可靠性分配問題。
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