基于层次分析法的软件质量评价方法的研究与应用软件技术

基于层次分析法的软件质量评价方法的研究与应用-软件技术基于层次分析法的软件质量评价方法的研究与应用 侯觅 (上海浦东软件平台有限公司上海201203) 摘要 质量评价是质量改进的基础，软件质量评价旨在改进软件质量。本文探索基于层次分析法来客观评价软件质量，软件质量模型采用基于ISO/IEC 25010: 2011的软件质量模型，实现软件质量评价分三个步骤执行，首先，分多层次细化软件质量评价指标，然后，用层次分析法确定评价指标的相对权重；最后，进行软件质量评价，并转换为百分制的评价分值。 关键词 层次分析法，软件测评，质量模型 中图分类号：TN492 所属研究领域：1E doi:10.3969/j.issn.1674-7933.2016.04.005 基金项目：工业和信息化部软件公共服务平台专项“面向云环境的应用系统测评公共服务平台”。 作者简介：侯觅，男，1968年生，上海浦东软件平台有限公司总工程师，高级工程师，主要从事及研究领域：软件测评，E-mail: emailprotected。 0引言 质量评价是质量改进的基础，随着软件行业进入成熟期，人们对软件质量要求越来越高。用户如何客观地评价软件质量，为软件开发商改进软件质量或进行下一轮迭代开发提供需求依据，是非常有必要的。本文探索基于层次分析法来客观评价软件质量。 关于软件质量模型，业界已经有很多成熟的模型定义，比较常见的质量模型有McCall模型、Boehm模型、FURPS模型、Dromey模型、IS09126模型和ISO/IEC 25010模型。中国现在采用等同于IS0 9126的GB/T 16260:2006标准。ISO/IEC 25010模型是在IS09126模型基础上改进过来的，本文的软件质量模型采用基于ISO/IEC 25010的软件质量模型。基于层次分析法的软件质量评价分三个步骤执行，首先，分多层次细化软件质量评价指标；然后，用层次分析法确定评价指标的相对权重；最后，进行软件质量评价，并转换为百分值的评价分值。 1构建软件质量评价指标模型 ISO/IEC 25010：2011的软件质量模型对系统，软件产品质量属性分为八大特性，每个特性由一组相关的子特性组成。八大特性分别为： 1)功能适用性：指当软件在指定条件下使用时，软件满足明确和隐含要求功能的程度。软件功能适用性只关心功能是否满足明确或隐含的需求，不涉及到功能规范。软件功能适用性涉及功能完整性、正确性、适合性。 2)运行效率：运行效率指在规定条件下软件所用资源的数量，提供性能的程度。资源可以包括其他软件产品的软件和硬件系统的配置。运行效率涉及时间、资源、容量。 3)兼容性：软件兼容性指在同时共享相同的硬件或软件环境时，软件可以与其它软件交换信息、系统或组件、和，或执行其所需的功能的程度。兼容性涉及共存、互操作性。 4)易用性：易用性指在特定使用环境下，软件被特定用户使用时，可以有效、高效、满意地达到特定目标的程度。易用性涉及可被识别的适当性即易认知性、易学性、易操作性、用户错误保护、用户界面美观、易接近性。 5)可靠性：可靠性指在规定的一段时间里、在规定的条件下，软件执行指定功能的程度。可靠性涉及成熟性、可用性、容错性、可恢复性。 6)安全性：安全性指软件能有效防止他人对源程序、目标程序或相关数据的非授权访问的程度。安全性涉及保密性、完整性、抗抵赖性、问责性、真实证。 7)可维护性：可维护性指维护者可以修改软件的有效性和效率的程度。维护性涉及模块化、重用性、易分析性、易修改性、易测试性。 8)可移植性：可移植性指软件从一种硬件、软件或其他操作或使用环境转移到另一种环境的有效性和效率程度。可移植性涉及适应性、易安装性、易替换性。 依据ISO/IEC 25010：2011的软件质量模型，我们采用多层次的方法构建软件质量评价指标体系，第一层的评价指标为八大特性，第二层的评价指标有31个子特性，如表1所示。 2确定评价指标权重的方法 确定软件质量评价模型后，其各评价指标的权重分配很重要。权重分配的方法有专家估测法、层次分析法、模糊逆方程法、环比法等，本文采用层次分析法(The AnalyticalHierarchy Process，AHP)确定评价指标的权重，即从定性信息产生定量值的方法。运用层次分析方法能判断基于不完全和不确定知识的可能性大小，把非数值型的输入被转化为标度（包括比例标度和绝对标度），求出软件质量评价指标的权重。层次分析法确定权重的步骤如下： 利用判断表构造判断矩阵； 用本征向量法求解最大特征值； 一致性检验、确定各指标的权重值。 2.1建立判断矩阵 2.1.1建立评价表 依据ISO/IEC 25010：2011的软件质量模型建立两层级的软件质量评价表如表1所示。 2.1.2确定比例标度 从心理学的角度分析，普通人能把对事物特性的比较分成7档，误差为2，所以可用19的整数及其倒数对比较进行测度。表2给出了一种对应关系。 2.1.3构造判断矩阵 决策人利用指标评价表构造判断矩阵。决策者或相关专家对同层的各指标相对上一层其所属指标的重要程度进行两两比较，将两两比较的结果写入指标重要性判断表，为更直观地填写指标重要性判断表，我们引入定量评价符号“+”“-”“=”，其与定量值的对应关系如表3。 依据指标重要性判断表建立判断矩阵，可得到如下的矩阵形式： 2.2用本征向量法求解最大特征值 用本征向量法求解最大特征值。在具体求解过程中，当判断矩阵的维数大于3时，计算就会很烦琐，针对该问题采用一种求解近似算法，这种近似算法的误差在10-3数量级，算法如下： 1)对判断矩阵中的行向量求几何平均值 2.3一致性检验，确定权重 满足一致性的条件如下： 3软件质量评价步骤 软件质量评价步骤如下： 1)建立第一层级评价指标（八大特性）重要性判定表，并用层次分析法计算第一层级评价指标（八大特性）的权重分配值； 2)建立第二层级评价指标（子特性）重要性判定表，并用层次分析法计算第二层级评价指标（子特性）的权重分配值； 3)对第二层级评价指标（子特性）进行测评，计算出第二层级评价指标（子特性）的分值； 4)根据第一层级评价指标（八大特性）相应的第二层级评价指标（子特性）权重向量进行线性加权，得出相应第一层级评价指标（八大特性）的软件质量评价指标，即软件质量特性的百分值。 5)依据第一层级评价指标（八大特性）权重向量，对第一层级评价指标（八大特性）的各百分值进行线性加权，得出该软件质量综合评价的分值。 4基于ISO/IEC 25010质量模J的软件质量评价 为验证工业和信息化部软件公共服务平台专项“面向云环境的应用系统测评公共服务平台”，我们对部署在云环境中的OA系统进行测试，并依据上述的软件质量评价方法进行综合评价。 4.1第一层级评价指标的权重计算 4.1.1建立指标重要性判定表 管理层对第一层级的八大特性指标相对软件质量的重要程度进行两两比较，将两两比较的结果写入指标重要性判断表，如表5。 4.1.2求特征向量、最大特征值 如表6，求得： 1)第一层级评价指标对应的几何平均值： 因此，随机一致性比率CRO.1，满足一致性的条件。 综上，满足一致性的两个条件，第一层级评价指标的权重可采用求得的特征向量，分别为： 功能性权重：W1=0.3407 效率权重：W2=0.2117 兼容性权重：W3=0.0899 易用性权重：W4=0.0899 可靠性权重：W5=0.1222 安全性权重：W6=0.0929 维护性权重：W7=0.0336 移植性权重：W8=0.0192 4.2第二层级评价指标的权重计算 用类似的方法可计算第二层级评价指标的权重分配值。 4.2.1功能性评价指标的权重计算 功能的适用性各评价指标重要性判定如表7。 用层次分析法计算的权重如下： 功能完整性权重：W11=0.4667 功能正确性权重：W12=0.4667 功能适合性权重：W13=0.0667 4.2.2运行效率评价指标的权重计算 运行效率各评价指标重要性判定如表8。 用层次分析法计算的权重如下： 运行效率权重：w21=0.6491 资源利用率权重：W22=0.0719 容量权重：W23=0.2790 4.2.3兼容性评价指标的权重计算 兼容性各评价指标重要性判定如表9。 用层次分析法计算的权重如下： 共存性权重：W31=0.8750 互操作性权重：W32=0.1250 4.2.4易用性评价指标的权重计算 易用性各评价指标重要性判定如表10。 用层次分析法计算的权重如下： 可被识别性权重：W41=0.4565 易学性权重：W42=0.1114 易操作性权重：W43=0.2421 用户错误保护权重：W44=0.1114 用户界面美观权重：W45=0.0513 易接近性权重：W46=0.0272 4.2.5可靠性评价指标的权重计算 可靠性各评价指标重要性判定如表11。 用层次分析法计算的权重如下： 成熟性权重：W51=0.5424 可用性权重：W52=0.2054 容错性权重：W53=0.2054 易恢复性权重：W54=0.0467 4.2.6安全性评价指标的权重计算 安全性各评价指标重要性判定如表12。 用层次分析法计算的权重如下： 保密性权重：W61=0.2716 完整性权重：W62=0.4910 抗抵赖性权重：W63=0.1334 问责性权重：W64=0.0339 真实性权重：W65=0.0701 4.2.7可维护性评价指标的权重计算 可维护性各评价指标重要性判定如表13。 用层次分析法计算的权重如下： 模块化权重：，=0.5130 可重用性权重：W7。=0.0331 易分析性权重：W7，=0.2654 易修改性权重：W7。=0.1177 易测性权重：W7。=0.0709 4.2.8可移植性评价指标的权重计算 可移植性各评价指标重要性判定如表14。 用层次分析法计算的权重如下： 适应性权重：W81=0.7854 易安装性权重：W82=0.1488 易替代性权重：W83=0.0658 4.3软件质量子特性评价百分值 我们对OA系统的31个子特性进行测试，测评值如表15所示。根据子特性相对于八大特性的权重，可计算出子特性相对于八大特性的线性加权值，相应的线性加权值和即为八大特性评价的分值。 八大特性的综合评价分值如下： 功能性：SC1=95.5333 效率：SC2=92.1842 兼容性：SC3=81.5000 易用性：SC4=80.7518 可靠性：SC5=82.7004