Software Fault Localization Based on Network Spectrum and Graph Neural Network

计算机科学 人工神经网络 软件 图形 图论 软件质量 可靠性工程 人工智能 理论计算机科学 工程类 软件开发 数学 程序设计语言 组合数学
作者
Xiaodong Gou,Ao Zhang,Chengguang Wang,Yan Liu,Xue Zhao,Shunkun Yang
出处
期刊:IEEE Transactions on Reliability [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:73 (4): 1819-1833 被引量:23
标识
DOI:10.1109/tr.2024.3374410
摘要

Accurate fault localization renders software test resource allocation and maintenance cost-efficient. However, this is challenging when there are false alarm repercussions caused by module coupling of complex software. In this article, therefore, we propose a new method for multiple software fault localization from the perspective of network spectrum based on a graph neural network model. First, we constructed the network model of the software under test to represent the coupling relationships among software modules based on complex network theory. In addition, test suits were executed and recorded to construct the program spectrum. Subsequently, the software network and program spectrum were fused into the network spectrum, and we reprocessed it with feature dimension reduction, normalization, and graph-based class-imbalance treatment. The graph neural network was then used to construct a multiple-fault location model based on the processed network spectrum. Empirical studies were performed on the Defects4J dataset. The experimental results indicated that the proposed method outperformed six baseline methods (with an average improvement of 13.03% on the T-EXAMscore). This study is expected to provide insights into more smart software quality and reliability assurance.

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