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基于软件工程系统评估的实证研究与技能分析
时间:2020-09-12 18:21 | 栏目:软件工程 | 浏览:次
硕士论文网第2020-09-12期，本期硕士论文写作指导老师为大家分享一篇软件工程文章《基于软件工程系统评估的实证研究与技能分析》，供大家在写论文时进行参考。
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基于证据的软件工程、系统评价和实证软件王程Ｈ者之间有着密切的关系，对这些关系的梳理有助于对系统评价的透彻理解。实证软件工程是运用实证科学中的实证方法来进行软件工程研究，是Ｈ者中最早出现的概念。实证研究方法多种多样，这些方法既可单独使用，也可Ｗ结合使用，因此就形成了软件王程研究中形形色色的实证研究。
第一章 绪论
一、研究背景
系统化文献评价（ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ ｌｉｔｅ巧ｔｕ巧ｒｅｖｉｅｗ）是从医学领域引进到软件工程领域的一种方法学，并参考借鉴了社会科学等其它学科的基于证据（ｅｖｉｄｅｎｃｅ－ｂａｓｅｄ）的实践，简称系统评价（ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ ｒｅｖｉｅｗ）ｉ。系统评价是一种评估和解释关于某个研究问题、某个主题域或者某种感兴趣现象所有可利用研究的方法，旨在通过一种可靠的、严谨的、可审核的方法学来呈现关于研究主题的公正评估。系统评价是基于证据的软件工程（ｅｖｉｄｅｎｃｅ－ｂａｓｅｄ ｓｏｆｔｗａｒｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）思想的具体实现，是软件工程领域一种相对较新的实证研究方法。在基于证据的软件工程中，调查某一具体研究问题的实证研究（ｅｍｐｉｒｉｃａｌ ｓｔｕｄｙ）称为原始研究（ｐｒｉｍａｒｙｓｔｕｄｙ），也可称为证据（ｅｖｉｄｅｎｃｅ）；系统评价表现为一种使用定义明确的方法学来识别、分析和解释关于某个具体研究问题的所有可利用证据的二级研究（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｓ山ｄｙ），这种研究是公正的、在某种程度上可重复的。自从Ｋｉｔｃｈｅｎｈａｍ等在２００４年国际软件工程大会上提出基于证据的软件工程［Ｋ化ｈｅｎｈａｍ，２００４ａ］ｌ＾来，系统评价作为实现该思想的重要方法，在软件工程研究社区得到广泛认可和接受。许多研巧者应用了该方法学，并发表了相应的报告论文。收集、分析送些论文，可Ｗ了解现有系统评价涵盖的主题、使用系统评价方法的目的Ｗ及应用过程中存在的问题，有益于研究者对方法学认知和应用水平的提高，Ｗ及方法学自身的改进。送种采用系统评价方法学来研究系统评价的研巧有一个专用名称，称为Ｈ级研巧（ｔｅｒｔｉａｒｙ ｓｔｕｄｙ）。如表１．１所示，系统评价是一种二级研究，它研巧的基本对象是原始研究，王级研究的基本对象是系统评价。软件工程中有着大量使用传统实证方法的实证研究，这些实证研究涉及软件王程领域各方面的主题，是系统评价研究得Ｗ开展的基础。作为基于证据的软件工程思想的具体实现，作为一种相对较新的实证研巧方法，系统评价反过来丰富了实证软件工程的内涵和内容。系统评价方法既可＾＾单独使用，也可和传统实证研究方法结合使用。软件工程领域涌现了大量的基于系统评价的实证研巧。想要了解这些基于系统评价的实证研究，王级研究是一个很好的切入点。识别、分析软件工程中己发表的Ｈ级研巧，进一步更新相关研究工作，使用王级评价方法来进行全新维度的研究，可Ｗ说是当下实证软件工程中的重要工作。绝大部分关于系统评价的资料都是英文文献，而极少数相关的中文文献对于重要概念和术语的翻译各不相同，这在一定程度上阻碍了系统评价在国内的发展，特别是Ｗ中文文献汇报研究成果。本文认为提供关于系统评价中文资料的尝试，有益于吸引更多的国内研究者参与系统评价的研究，从而推动系统评价在国内的发展。
１．２国内外研究现状
自２００４年系统评价方法学被引进软件工程研究社区来，越来越多的研究者采用了该方法，并发表了报告。这些报告发表在期刊、会议和研讨会等需要同行评审的出版位置（ｖｅｎｕｅ），也有一些Ｗ技术报苦和学位论文（这些形式的报告不进行同行评审，又称为灰色出版物）的形式呈现。参与软件工程系统评价研究的研究者大多数分布在欧洲，北美、拉下美洲和亚洲也有一定数量的追随者。随着软件王程中发表的系统评价不断增多，一些研究者进行了相关的Ｈ级研究。截止２０１３年底，发表的Ｈ级研究数量达到１０项，汇报在１３篇论文中。值得注意的是，一项研究可能对应多篇论文，例如会议的最佳论文Ｗ扩充版本的形式发表在期刊上或者对于同一项研究的连续报告。１０项王级研究中最近一项研究区ｈａｎｇ，２０１３］共识别了１４８项系统评价研充。作为一种相对较新的实证研究方法，系统评价得到了国际上许多研究者的认可和采纳，但是该方法学在国内的知晓程度和使用情况差强人意。这与绝大部分关于系统评价的资料都是英文文献，而鲜有相关的中文文献有一定的关系。因为没有相关的中文文献资料，一些概念和术语没有统一的翻译，很容易造成误解，因此一些国内研究者选择在国际会议和期刊上ｉｉＡ英文论文的形式发表研究成果。例如中科院软件研究所的刘大鹏等在ＥＳＥＭ２００９上发表了自己的研究［Ｌｉｕ，２００９］，东南大学的李必信等在ＳＯＦＴＷＡＲＥ ＴＥＳＴＩＮＧ，ＶＥＲＩＦＩＣＡＴＩＯＮＡＮＤＲＥＬＩＡＢＩＬＩＴＹ２０１３上发表了自己的研究［Ｌｉ，２０１３］。在国内的学术出版物上，笔者共检索到３篇相关的论文。最早一篇发表在２００９年３月份的软件学报上［李明树，２００９］，作者将ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ巧ｖｉｅｗ翻译为系统评价，作者使用该方法研究了软件过程建模方法。中科院软件研究所的孙悦明等在２０１３年２月的《计算机工程与设计》上发表了一篇相关论文两、悦明，２０１３］，作者提出了一种辅助文献搜索的分析方法，作者在文中将ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ ｌｉｔｅｗｔｕｒｅ ｒｅｖｉｅｗ翻译为系统化调研。北京航空航天大学的憂坤明等于２０１３年在软件学报上发表了一篇论文［曼坤明，２０１３］，使用系统评价研究软件产品线可变性建模技术，作者在文中将ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃｌｉｔｅ旧山巧ｒｅｖｉｅｗ翻译为系统文献综述。从字面含义来看，将ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅｒｅｖｉｅｗ翻译为系统文献综述是贴切的，但无法体现出其与传统文献综述之间的巨大差异，容易造成它只是一种不同类型的综述的误解。故而在本文中，为了突出系统评价作为一种独立的重要的实证研究方法学的事实，而非一般意义上的综述，将ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ ｌｉｔｅ旧ｔｕ巧巧ｖｉｅｗ翻译为系统化文献评价，其简称ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃｒｅｖｉｅｗ翻译为系统评价。
第二章 系统评价方法学
２．１系统评价简介
本节介绍系统评价的基本概念，分类和流程。具体内容如下；基于证据的软件工程是从基于证据的医学（ｅｖｉｄｅｎｃｅ－ｂａｓｅｄｍｅｄｉｃｉｎｅ）演化而来的概念。与基于证据的医学相似，基于证据的软件工程倡导在软件工程研究中使用五个步骤：１．定义可回答的问题；２．发现最佳证据；３．批判性地评估证据；４．将鉴定的评价与软件工程专业知识融合：５．评估上述过程。系统评价方法学是基于证据的医学在实践过程中积累和发展出来的，它实现了上述步骤并且定义了更加详细的操作细则。软件工程中的系统评价借鉴于医学中的系统评价，ｈａｔｃｈｅｎｈａｍ等考虑了系统评价方法学在软件工程中的适用性，同时借鉴了其它相关学科基于证据的实践，于２００４年提出了适用于软件工程的系统评价实践指南［Ｗｔｃｈｅｎｈａｍ，２００４ｂ］，随后与２００７年发表了更新版本［Ｗｔｃｈｅｎｈａｍ ｅｔ ａｌ．，２００７］。该指南的两个版本在ＧｏｏｇｌｅＳｃｈｏｌａｒ上显示的被引用次数总和达到２６３６２，在软件工程相关领域的研究者中享有很高声誉，故而本文所介绍基本概念，为求做到与该指南基本一致。在给系统评价下精确的定义之前，有另外两个概念需要先进行说明一一原始研究与二级研究。原始研究是指一篇调查某一具体研究问题的实证研究。二级研究是集成关于某个具体研究问题的证据为目的，回顾关于某一具体研究问题的所有原始研究的研究。原始研究是二级研究的基础，在实践分析中也被称为证据。系统评价定义为一种Ｗ公正的、在某种程度上可重复的方式，使用明确定义的方法学来识别、分析和论释关于某一具体研巧问题的所有证据的二级研究。大部分研究都始于某种文献综述。如果文献综述不是彻底的、公正的，在科学研究上就没有价值。区别于传统文献综述，系统评价事先定义评价协议，协议指明要解决的研巧问题Ｗ及执行评价的方法；系统评价基于一种清嘶的捜索策略发现尽可能多的相关文献；系统评价记录搜索策略从而读者能够评估其严谨性和完整性Ｗ及过程的可重复性（需要注意的是针对电子数据库的搜索几乎不可能被复制）；系统评价要求提供明确的收录排除标准（ｉｎｃｌｕｓｉｏｎ ａｎｄ ｅｘｃｌｕｓｉｏｎｃｒｉｔｅｒｉａ）来评估每一个潜在的原始研究；系统评价是量他元分析的先决条件。研巧者使用系统评价可能出于各种各样的原因，其中最普遍的几种如下：为了总结关于某种技术的现存证据，比如总结某种敏捷方法的好处和局限的实证证据；为了识别当下研究的不足，？发现可供未来研究的领域；为了提供一种可恰当安置新研巧活动的框架或背景。除此之外，系统评价还用来检查实证证据检验理论假设的程度，甚至可Ｗ用来辅助新假设的生成。本文后述案例正是为此目的而采用了系统评价方法学。
２．２计划阶段
计划阶段共分为鉴定评价，委托评价，指定研究问题，开发评价协议，评估评价协议五个步骤。具体内容如下：系统评价的需求来自于研究者需要完全公正地概括关于某种现象的所有现存信息。可能是为了得出某些从个体研究中无法得出的普遍结论，或者作为进一步研究工作的前奏。但是在开始一个系统评价之前，研究者必须确认进行此项系统评价的必要性。特别的，研究者应该通过恰当的评估标准，识别和回顾任何现有的关于目标现象的系统评价。可用的评估标准有长有短，其中一个简洁的版本ＤＡＲＥ标准［ＤＡＲｔ２０１５］如表２．２所示。如果现阶段的系统评价己经足够优秀，并且研究者无法做出实质性进展，就可Ｗ避免重复的研巧工作。如果有进一步的重要结果，可进行更新的系统评价；在现存系统评价足够多的情况下可进行Ｈ级研究。有些时候一个沮织需要获取关于某个特定主题的信息，但没有时间或专家来完成一项系统评价。在这种情况下，它将委托研究者来完成相关系统评价。此时，该姐织一定要制作一个指明工作内容的委托文档。委托文档可包含Ｗ下部分：项目名，背景，评价问题，指导小沮名单，评价方法，项目时间表，发布策略，支持系统，预算，引用。委巧文档不仅可レッ用来招标，而且可＾式指导中标团队的工作。如果系统评价的目的是满足研究团队或个体研究者的自身需要，此步骤将省略。如果省略了此步骤，发布策略则必须集成到评价协议中去。指定研巧问题是一个系统评价最重要的部分。研究问题驱动整个系统评价方法学：捜索过程必须识别出关注研究问题的原始研究；数据提取过程必须提取回答研巧问题所需要的数据项；数据分析过程必须回答研究问题的方式来整合数据。作为参考，软件工程中的研究问题包含如下种类；评估一种软件工程技术的有效性；评估一个项目开发因素的频率或速率，例如一种技术的使用，或者项目成功或失败的频率或速率；识别技术相关的成本和风险因素；识别技术在可靠性、性能和预算模型方面的影响；采用特定软件开发技术或软件应用的成本效益分析。
计划阶段共分为鉴定评价，委托评价，指定研究问题，开发评价协议，评估评价协议五个步骤。具体内容如下：系统评价的需求来自于研究者需要完全公正地概括关于某种现象的所有现存信息。可能是为了得出某些从个体研究中无法得出的普遍结论，或者作为进一步研究工作的前奏。但是在开始一个系统评价之前，研究者必须确认进行此项系统评价的必要性。特别的，研究者应该通过恰当的评估标准，识别和回顾任何现有的关于目标现象的系统评价。可用的评估标准有长有短，其中一个简洁的版本ＤＡＲＥ标准［ＤＡＲｔ２０１５］如表２．２所示。如果现阶段的系统评价己经足够优秀，并且研究者无法做出实质性进展，就可Ｗ避免重复的研巧工作。如果有进一步的重要结果，可进行更新的系统评价；在现存系统评价足够多的情况下可进行Ｈ级研究。有些时候一个沮织需要获取关于某个特定主题的信息，但没有时间或专家来完成一项系统评价。在这种情况下，它将委托研究者来完成相关系统评价。此时，该姐织一定要制作一个指明工作内容的委托文档。委托文档可包含Ｗ下部分：项目名，背景，评价问题，指导小沮名单，评价方法，项目时间表，发布策略，支持系统，预算，引用。委巧文档不仅可レッ用来招标，而且可＾式指导中标团队的工作。如果系统评价的目的是满足研究团队或个体研究者的自身需要，此步骤将省略。如果省略了此步骤，发布策略则必须集成到评价协议中去。指定研巧问题是一个系统评价最重要的部分。研究问题驱动整个系统评价方法学：捜索过程必须识别出关注研究问题的原始研究；数据提取过程必须提取回答研巧问题所需要的数据项；数据分析过程必须回答研究问题的方式来整合数据。作为参考，软件工程中的研究问题包含如下种类；评估一种软件工程技术的有效性；评估一个项目开发因素的频率或速率，例如一种技术的使用，或者项目成功或失败的频率或速率；识别技术相关的成本和风险因素；识别技术在可靠性、性能和预算模型方面的影响；采用特定软件开发技术或软件应用的成本效益分析。
第三章 系统评价与实证软件工程
３．１实证软件工程简介
３．２系统评价与实证软件工程
３．３本章小结
第四章 软件工程中的系统评价
４．１ 综合软件工程Ｈ级研充
４．２ 特定主题＝级研究
４．３ 系统评价方法学Ｈ级研究
４．４ 本章小结
第五章 案例分析
５．１ 案例简介
５．２ 案例计划
５．３ 案例执行
５．４案例汇报
５．５本章小结
第六章 系统评价支持系统
６．１ 系统简介
６．２ 系统主要功能
６．３ 完善和改进
６．４本章小结
第七章 总结与展望
７．１总结
作为基于证据的软件工程思想的具体实现和一种扩展的实证软件工程方法，系统评价从２００４年引入软件工程研究社区Ｗ来，得到了莲勃的发展。区别于传统文献综述，系统评价事先定义评价协议，协议指明要解决的研究问题及执行评价的方法；系统评价基于一种清晰的搜索策略Ｗ发现尽可能多的相关文献；系统评价记录搜索策略从而读者能够评估其严谨性和完整性及过程的可重复性；系统评价要求提供明确的包含排除标准来评估每一个潜在的原始研究；系统评价是量化元分析的先决条件。得益于定义明确的、严谨的、公正的方法学，系统评价在软件工程研究中得到了比传统文献综述更多的支持和更高的评价［Ｚｈａｎｇ，２０１３］。系统评价可Ｗ用来总结关于某种技术的现存证据；可Ｗ识别当下研究的不足，发现可供未来研究的领域；可Ｗ提供一种能够恰当安置新研究活动的框架和背景；还可用来检查实证证据支持或反驳理论假设的程度。因为其用途广泛，因此得到了越来越多的研究者的关注和使用。本文详细介绍了系统评价方法学的概念、分类和过程。对系统评价计划阶段、执行阶段和汇报阶段的各个步骤也进行了详尽的说明。论文对于系统评价、基于证据的软件工程、实证软件工程的内涵和它们之间的关系进行了充分的讨论，并介绍了软件工程研究中常用的实证方法。作为系统评价的一种类型，王级研究是研巧系统评价在软件工程研究中应用情况的有效方法。软件工程研究领域涌现了一系列Ｈ级研究，本文对这些研究进行了分类，并对各类型Ｈ级研究的具体内容进行了分析。透过这些分析，读者能够对软件工程中系统评价应用的各个方面有全面的认知。论文详细讲述了案例《帕累托法则是否适用于软件工程中的证据分布》。透过案例分析，读者能够对系统评价过程中的各顶活动各个步骤有更直观明了和深入的认识。案例检索了２００４年至２０１２年间软件工程中发表的系统评价，共收录２巧项系统评价研究，比最近一项Ｈ级研究区ｈａｎｇ，２０１３］汇报的结果多了１０７项。样本容量的增长有利于提供更多和更精确的分析结果。案例确认了软件工程中证据分布的不均匀性，并提供了最多引用的位置列表，可供软件工程研究者在搜索文献时参考。同时我们发现了现存系统评价中存在的一些问题，值得社区的研究者注意。论文还介绍了作者在进行系统评价时的支持系统Ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ Ｒｅｖｉｅｗｓ。系统评价需要大量的时间和工作量，好的工具可Ｗ降低人工工作量和所需要的时间。Ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ ｅｖｉｅｗｓ提供了引用管理、收据提取和存储、收据分析和导出等强大的功能。同时作者在研究中也发现了系统现存的局限性，并对系统未来的开发工作提出了建议。
７．２展望
虽然现阶段的研究己经取得了丰硕的成果，但仍然存在一些问题需要进一步的研究来解决：１．帕累托法则的有效性受到一些因素的影响，例如样本容量、研究主题等。法则有效性和这些因素之间的精确关系需要进一步的研究。２．在现阶段的Ｈ级研究中，对于质量评估并没有给出适用的解决方案或者标准。一个可能的解决方案就是提出适用于软件工程中不同子领域的质量评估标准集合。３．笔者正在进行的一项研究，将软件工程中系统评价的检索时间拓展到２０１３年底，针对２０１４年的检索工作也需要展开。更全面的系统评价集合能够提供更多的证据，从而解决更多的问题。
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