ソフトウェア変更作業の見積りと支援に関する研究

(1)

Software Engineering Laboratory, Department of Computer Science, Graduate School of Information Science and Technology, Osaka University

ソフトウェア変更作業の

見積りと支援に関する研究

大学院情報科学研究科

コンピュータサイエンス専攻

井上研究室

早瀬康裕

(2)

2

研究の背景



_{様々な種類の大量のソフトウェアが蓄積されてい}

る

► 商用ソフトウェア

► オープンソースソフトウェア



_{蓄積されたソフトウェアを変更する機会は多い}

変更を効率的に行いたい

ソースコードの一部分を変更する場合を対象

(3)

3

ソフトウェアの変更の分類

不具合を

解決

要求を実現

使用しているソフトウ

ェアを

変更

修正保守

予防保守

完全化保守

適応保守

調達した

ソフトウェ

アを

変更

完成ソフ

トウェア

を変更

カスタマイズ

部品を変

更して導

入

ホワイトボッ

クス

再利用

(4)

4

ソフトウェア保守



_{ソフトウェア保守とは…}

納入後，ソフトウェアに対して加えられる，フォールト修正

，性能または他の性質改善，変更された環境に対するプロダ

クトの適応のための改訂 [36]



_{長期間使用されるソフトウェアでは，総所有コストの}

うち保守コストが半分以上となることが知られている

[44][51]



_{保守作業にかかる労力を正確に見積る必要がある}

[36] S. Mamone. The ieee standard for software maintenance. SIGSOFT Softw. Eng. Notes, 19(1):

75–76, 1994.

[44] S. R. Schach. Software Engineering. Asken Associates, 1990.

[51] S. Yip and T. Lam. A software maintenance survey. In First Asia-Pacific Conference on Soft

ware Engineering, pp. 70–79, 1994.

(5)

5

ソフトウェア保守の見積り



► _Fioravanti

ら [14]



適応保守の見積りに有用なメトリクスを提案し，実際に見積りを

行った．

► _{Sneed [46]}



保守による影響範囲の大きさを様々な要因で補正して，工数を見積

る手法を提案した．

► _{Jorgensen [26]}



実際の保守作業で様々なメトリクス値を収集し，見積りに有効なメ

トリクスと見積り手法を調べた



変更行数と工数との相関が高いことを明らかにした．



問題点

► 適用できる保守作業が限られる

► 保守作業の工程の早い段階で利用できない



保守工程の後半でしか得られない情報を用いるため

(6)

6

既存ソフトウェアのカスタマイズ



_{調達したソフトウェアを変更することで要}

求を実現

► 新規にソフトウェアを開発するより低コスト



_{実現した機能を共有したい}

→オープンソースソフトウェア開発

版管理システム

蓄積された

ソフトウェア

蓄積された

ソフトウェア

蓄積された

ソフトウェア

蓄積された

ソフトウェア

様々な目的を持つ

世界中に分散した

開発者

変更された

ソフトウェア

変更された

ソフトウェア

変更された

ソフトウェア

(7)

7

オープンソースソフトウェア開発

支援



リポジトリマイニング

► 版管理システムに蓄積された情報から有用な情報を抽出して開発者に提

示



_{ソースコードを対象としたマージ機能}

► _{Westfechtel [49]}



構文上のマージアルゴリズムを提案



開発者はタグ付けされたソースコードを編集する必要がある

► _Binkley

ら [8]



手続きを持つ簡単な言語を対象とした，意味的なマージアルゴリズムを提案

► 問題点



版管理システムに組込まれていない



専用のエディタを必要とする



ソースコードのままエディタで編集できない

[49] B.Westfechtel. Structure-oriented merging of revisions of software documents. In Proc. of the 3r

d intl. workshop on Softw. configuation management, pp. 68–79.

[8] D. Binkley et al. Program integration for languages with procedure calls. ACM Trans. Softw. Eng.

Methodol., 4(1):3–35, 1995.

(8)

8

論文の構成



_{第 1 章 : まえがき}



_{第 2 章 : 影響波及解析を利用した保守作業の}

労力見積りに用いるメトリクスの提案 [1-3]



_{第 3 章 : 構文木の差分を用いた版管理システ}

ム向きマージ機能 [1-1,1-2]



_{第 4 章 : むすび}

概要のみ

[1-1] Yasuhiro Hayase, Makoto Matsushita, Katsuro Inoue: ”Revision Control System Using Delta

Script of Syntax Tree”, 12th International Workshop on Software Configuration Management (SCM

2005), pp. 133-149, Lisbon, Portugal, September 5-6, 2005 (

国際会議 )

[1-2]

早瀬康裕 , 松下誠 , 井上克郎 : ” 構文木の差分を用いた版管理システム向きマージ機能” ,

情報処理学会論文誌 , Vol.48, No.2, pp. 858-867, 2007 年 2 月 . ( 学術論文 )

[1-3]

早瀬康裕 , 松下誠 , 楠本真二 , 井上克郎 , 小林健一 , 吉野利明 : ” 影響波及解析を利用し

た保守作業の労力見積りに用いるメトリクスの提案” , 電子情報通信学会論文誌 D [ 採録決定 ]

(

学術論文 )

(9)

2 章影響波及解析を利用した

保守作業の労力見積りに用いる

(10)

10

背景



ソフトウェア保守作業の労力見積りは困難

► 保守作業に適した見積り手法がない



熟練者の経験に依存

→作業者によって結果が異なる．客観的根拠に欠ける

．



新規開発の見積り手法を流用

→変更するソフトウェアを考慮しない．

► 文書が整備されていないことが多い

► 保守作業の早い段階で見積りを行いたい

→ 利用できる情報が少ない

(11)

11

研究の目的



_{保守労力を見積るためのメトリクス「保守ポ}

イント」を提案

► 限られた情報で正確な見積りを行う

必要な情報 : ソースコードと，作業により変更される

モジュール



_指針

► ソフトウェア保守作業をモデル化

► モデル上で保守作業量を反映する値を計算

(12)

12

一般的な保守作業



_{入力 : プロダクトと変更要求}



_{保守プロセスは以下の 3 つのステップから成る}

► システム理解



影響範囲 (= 変更とテストが必要な範囲 ) の特定

► _変更

► テスト



_{出力 : 変更されたプロダクト}

変更要求

プロダクト

保守プロセス

システム理解

•変更箇所特定

•テスト範囲特定

変更

テスト

変更された

プロダクト

主要なコスト要因 [13]

[15][19][38]

理解やテストの労力

は，対象の複雑さに

依存する [10][30]

(13)

13

プロダクトのモデル化



プロダクトを有向グラフとしてモデル化する

► 頂点はプロダクトを構成するモジュール



メソッド，クラス，パッケージなど



複雑さを表す値 eff を持つ

► 有向辺は，モジュール間の影響波及関係



辺の起点のモジュールを変更したときに，終点のモジュールに何らかの作

業が必要になる関係



影響波及の強さを表す重み w を持つ

モジュール 2

eff = 2

モジュール 3

eff = 4

モジュール 1

eff = 2

w = 0.7

w = 0.5

(14)

14

プロダクトモデルの詳細



モジュールの複雑さ eff

► そのモジュールだけを変更するときの作業量を反

映する値

► 本研究の実験では， McCabe の循環的複雑度と

LOC(

行数 ) を用いた



影響波及の強さ w

► ₀

から 1 までの値 (1 に近いほど影響波及が強

いことを表す )

► 本研究の実験では定数を用いた

(15)

15

保守ポイント

影響範囲内の複雑さを表現するメトリクス



_{保守作業の労力は，主に変更されるモジュー}

ルとその影響範囲に依存



_{プロダクトモデル上で影響範囲の複雑さを計}

算

(16)

16

保守ポイントの計算方法



保守ポイントの計算式

► G

_p

:

プロダクトモデルのグラフ

► _{R :}

保守作業によって変更されるモジュールの集

合

► _{eff(m) :}

モジュール m の複雑さ

► _{imp(R, m) : R}

によってモジュール m が受ける影

響の強さ (0 以上 1 以下 ) ( 次ページ以降で説明 )

(17)

17

影響の強さ imp(R, m) (1/2)



経路 p = (s

₁

_{, s}

₂

_{, s}

₃

_{, … , s}

_i

₎

の重み

v(p) = Πw(s

_j

)



モジュール m

₁

が変更されたときに m

₂

が受け

る影響の強さ















})

}

{

|

)

(

max({

)

(

0 )

(

1 )

,

(

imp

2

1

2

1

2

1

2

1 への全ての経路

から

とき

への経路が存在しない

から

のとき

m

p

v

m

モジュール 2

eff = 2

モジュール 3

eff = 4

モジュール 1

eff = 2

w = 0.7

w = 0.5

0.5×0.7=0.35

(18)

18

影響の強さ imp(R, m) (2/2)



_{変更要求 R からモジュール m への影響の}

強さ

多くのモジュールから影響を受けるほど，理解

およびテストしなければならない割合が増える

(19)

19

保守ポイントの計算例



下のプロダクトモデルで，

R={

モジュール 1, モジュール 2}

であるときの保守ポイントの値

eff(

モジュール 1) + eff( モジュール 2)

+ (1-(1-0.5)×(1-0.7))×eff(

モジュール 3)

= 2 + 2 + 0.85×4

= 7.4

モジュール 2

eff = 2

モジュール 3

eff = 4

モジュール 1

eff = 2

w = 0.7

w = 0.5

(20)

20

評価実験



_目的

► 保守ポイントの値と労力との関係を調査



_実験設定

► 被験者：情報科学研究科の大学院生 6 人

► 作業対象：酒屋問題 [50] の Java による実装



₈

クラス， 25 メソッド， 309 行

► 作業内容



欠陥修正 2 件，機能追加 3 件

► 各被験者が 5 件の作業を終えるまでの時間



₁

時間 43 分～ 5 時間 2 分

→ 個々の作業に費やした時間の割合を労力の値とする

[50]

山崎 . 共通問題によるプログラム設計技法解説 . 情報処理 , 25(9):934–935, 1984.

(21)

21

評価 1: 相関の調査



_{相関係数を計算}

► _労力

► _{メトリクス ( 保守ポイント，単純和 ( 変更されたメソッドの複雑度}

の和 ) ，変更行数 )



_{保守ポイントの計算方法}

► _{頂点 : メソッド}

► _{辺の重み : 定数 0.3}

► _{頂点の複雑さ : McCabe の循環的複雑度と LOC}

保守ポイン

ト

[McCabe]

単純和

[McCabe]

保守ポイント

[LOC]

単純和

[LOC]

変更

行数

労力との

相関係数

(<0.01)

0.82 (<0.01)

0.73 (<0.01)

0.77 (<0.01)

0.65

0.87 (<0.01

)

符号付

順位和検定

二乗誤差 : 101

(<0.01)

MRE: 105 (<0.01)

二乗誤差 : 95 (<0.01)

MRE: 86 (<0.01)

→ 保守ポイントは単純和より労力との相関が高い

(22)

22

評価 2: クロスバリデーション

保守ポイ

ント

[McCabe]

単純和

[McCabe

]

保守ポイ

ント

[LOC]

単純和

[LOC]

変更行

数

MAE

0.07840 0.09270

0.09405 0.1177 0.07868

MMRE

0.9616

1.427 1.263 1.766 0.8266

PRED(25

)

0.3667

0.3000

0.3333 0.1667 0.3667

PRED(50

)

0.6667

0.6000

0.6000 0.5000 0.6000



見積り精度を擬似的に評価

►

30 件のデータをランダムに 3 群に分割

►

2 群を線型回帰分析の学習に，残りの 1 群を見積りに使用

► 学習・見積りに用いる群を入れ替えて，全ての組み合わせで実行



評価基準

► MAE:

絶対誤差の平均

► MMRE:

相対誤差の絶対値の平均

► _PRED(25):

相対誤差が 25% 以下である割合

► PRED(50):

相対誤差が 50% 以下である割合

小さいほど良い

大きいほど良い

(23)

23

2 章のまとめ

保守作業の労力見積りのためのメトリクスを

提案



_{保守対象のソフトウェアプロダクトをモデ}

ル化



_{モデル上での影響範囲内の複雑さから計算}

メトリクスと労力との相関を評価

► 他のメトリクスよりも労力と高い相関を持つ

(24)

3 章構文木の差分を用いた

版管理システム向きマージ機

能

(25)

25

版管理システム



_機能

► ソースコードやドキュメントなどの開発履歴を

保存

► 複数人による同時開発をサポート



_{ほとんどのオープンソースソフトウェア開}

発で使われている

例 : CVS, subversion

(26)

26 版管理システムを用いた複数人での

開発

リポジトリ

X

X1

編集

取得

格納

X

取

得

開発者Ａ

開発者Ｂ

編

集

X2

X3

格納

(X1)

_の取得

このまま格納すると

開発者 A の変更が失われる

X

X1

X2

X3

版管理システム

によるマージ

(27)

27

問題



_{既存の版管理システムは，マージを行単位で行}

っていた



_{行単位のマージは，不正確な場合がある}

1. 同じ行が変更されていると，衝突しなくて良い変更

が衝突する

2. 衝突すべき変更が，行が違うことにより見逃される

システムがマージに失敗したときは，開発者

が手で直さねばならず，負担となっている

(28)

28

ソースコードの構造を考慮したマ

ージ



_{木構造の差分計算とマージを行う}

1. ソースコードを解析し，構文木に基いた木構造のデータを作成

する

2.

2 つの木の差分を編集操作の列 ( 編集スクリプト ) として計算

する

3. 編集スクリプトを適用対象の木に適用する .

編集

スクリプト

ソー

スコ

ード

ソー

スコ

ード

ソー

スコ

ード

ソー

スコ

ード

差分の計算元

適用対象

ソー

スコ

ード

ソー

スコ

ード

ソー

スコ

ード

ソー

スコ

ード

マージ結果

差分の計算先

(29)

29

評価実験



_{提案手法が有効に働くかを検証した}

► サンプルコードに対する適用



典型的な同時変更を作成して動作を確認

► 実際の開発履歴に対する擬似的な適用



オープンソースソフトウェアのリポジトリから，マ

ージが行なわれたと考えられる事例を取得



行単位のマージと提案手法とで比較

(30)

30 実際の開発履歴に対する擬似的な適

用



_{実際のリポジトリからマージが行なわれたと考えら}

れる事例を取得

► 対象リポジトリ



_Eclipse

プロジェクト（ 22606 ファイル， 162683 リビジョン）



_Jakarta

プロジェクト（ 19420 ファイル， 103358 リビジョン）

► ₈₄

件のマージ事例を取得



_{提案手法と行単位の手法とを比較}

► 提案手法では，出力に正しいマージ結果が含まれれば成功

ソフトウェア変更作業の見積りと支援に関する研究

ソフトウェア変更作業の

見積りと支援に関する研究

大学院情報科学研究科

コンピュータサイエンス専攻

井上研究室

早瀬 康裕

2

研究の背景



様々な種類の大量のソフトウェアが蓄積されてい

る

►

商用ソフトウェア

►

オープンソースソフトウェア



蓄積されたソフトウェアを変更する機会は多い

変更を効率的に行いたい

ソースコードの一部分を変更する場合を対象

3

ソフトウェアの変更の分類

不具合を

解決

要求を実現

使用しているソフトウ

ェアを

変更

修正保守

予防保守

完全化保守

適応保守

調達した

ソフトウェ

アを

変更

完成ソフ

トウェア

を変更

カスタマイズ

部品を変

更して導

入

ホワイトボッ

クス

再利用

4

ソフトウェア保守



ソフトウェア保守とは…

納入後，ソフトウェアに対して加えられる，フォールト修正

，性能または他の性質改善，変更された環境に対するプロダ

クトの適応のための改訂 [36]



長期間使用されるソフトウェアでは，総所有コストの

うち保守コストが半分以上となることが知られている

[44][51]



保守作業にかかる労力を正確に見積る必要がある

[36] S. Mamone. The ieee standard for software maintenance. SIGSOFT Softw. Eng. Notes, 19(1):

75–76, 1994.

[44] S. R. Schach. Software Engineering. Asken Associates, 1990.

[51] S. Yip and T. Lam. A software maintenance survey. In First Asia-Pacific Conference on Soft

ware Engineering, pp. 70–79, 1994.

5

ソフトウェア保守の見積り



関連研究

►

Fioravanti

ら [14]



適応保守の見積りに有用なメトリクスを提案し，実際に見積りを

行った．

►

Sneed [46]



保守による影響範囲の大きさを様々な要因で補正して，工数を見積

る手法を提案した．

►

早瀬康裕

_{様々な種類の大量のソフトウェアが蓄積されてい}

_{蓄積されたソフトウェアを変更する機会は多い}

_{ソフトウェア保守とは…}

_{長期間使用されるソフトウェアでは，総所有コストの}

_{保守作業にかかる労力を正確に見積る必要がある}

_Fioravanti

_{Sneed [46]}

_{Jorgensen [26]}

_{調達したソフトウェアを変更することで要}

_{実現した機能を共有したい}

_{ソースコードを対象としたマージ機能}

_{Westfechtel [49]}

_Binkley