软件系统复杂网络层次化实体挖掘方法及关键技术研究

As scale of software system and complexity of its structure are increasing, the reasonal description and effective measurement of its complexity become the guarantee of improving software safety and reliability, and ensuring its quality. Considered that complex network analysis methods have been the inevitable trend to study the complexity of software structure and its behavioral characterisitics, this project thus intends to do research on structural and behavioral characteristics of software entities at different levels from the perspective of complex network. The content goes as follows: 1. To study the method mapping dynamic execution process of software as complex network, and to construct a complex software network mapping model based on the method. 2. On network level, to propose a relevant community partition algorithm suitable for the network which is directed and weighted, as well as of overlapping nodes, and a key module detection method based on module coupling. 3. On path level, to study the behavioral characteristics of complex network execution paths, and to present critical execution path mining algorithm based on clustering. 4. On node level, to design a new evaluation index to develop a key nodes mining algorithm according to the similarity between nodes. 5. Study on entities mining results of different software, to design a method to find software structural characteristics and its evolution characteristics, and accordingly build a theoretical framework for the visual mining in multi-level software entities.

软件系统规模越来越大，结构越来越复杂，对其复杂性进行合理地描述和有效地度量是提高软件安全性和可靠性、确保软件质量的保证，采用复杂网络分析方法是研究软件结构复杂性及行为特征的必然趋势。本项目拟从复杂网络角度，对软件系统不同层次实体的结构特性和行为特征进行研究，拟开展内容：1.研究将软件动态执行过程映射为复杂网络的方法，构建基于复杂网络的复杂软件网络映射模型；2.在网络层次上，针对有向加权、节点重叠等特性的软件网络，提出适用于该网络的社团划分算法以及基于模块耦合性的关键模块发现方法；3.在路径层次上，研究复杂软件执行路径行为特征，提出基于聚类的关键执行路径挖掘算法；4.在节点层次上，根据节点间的相似性贡献，制定新的关键节点评价指标，提出关键节点挖掘算法；5.研究不同软件的实体挖掘结果信息，设计发现软件结构组成特性和软件结构演变特性的方法，并以此构建可视化的软件多层次实体挖掘理论框架。

软件系统规模越来越大，结构越来越复杂，对其复杂性进行合理地描述和有效地度量是提高软件的安全性和可靠性、确保软件质量的保证，而目前采用复杂网络分析方法已是研究软件结构复杂性及其行为特征的必然趋势。本项目从复杂网络角度，对软件系统不同层次实体的结构特性和行为特征进行了研究分析，完成了以下主要研究内容：1.研究将软件动态执行过程映射为复杂网络的方法，构建了基于复杂网络的复杂软件网络映射模型；2.在网络层次上，针对有向加权、节点重叠等特性的软件网络，提出了适用于该网络的社团划分算法以及基于模块耦合性的关键模块发现方法；3.在路径层次上，研究复杂软件执行路径行为特征，提出了基于聚类的关键执行路径的挖掘算法；4.在节点层次上，根据节点间的相似性贡献，制定了新的关键节点评价指标，提出了关键节点挖掘算法；5.针对不同软件的实体挖掘分析，设计了发现软件结构组成特性和软件结构演变特性的方法，并以此构建了一套可视化的软件多层次实体挖掘理论框架。本项目原计划拟以“发表高水平论文14～25篇，以及培养11～15名研究生”的方式提供研究成果，根据本项目实际的执行情况，项目组成员于项目期间在国内外学术期刊上共发表学术论文33篇，其中SCI期刊论文为20篇，EI期刊论文7篇，中文期刊论文6篇，培养了4名博士研究生以及14名硕士研究生。项目的研究成果及技术支撑了课题组成员在其他4项软件安全领域的项目的研究，一项空气质量相关领域项目的研究，以及多项校企联合项目的研究分析。项目的成果转化有着很好的社会和经济效益。