基于设计假设的元恒等式测试与遗传编程
软件工程
2025-05-01 v2 系统与控制
系统与控制
摘要
Cyber-Physical Systems (CPSs) 软件用于强制执行物理系统的预期行为。为了测试 CPS 软件与系统物理行为之间的交互，工程师提供期望的物理状态轨迹并观察实际物理状态的轨迹。CPSs 要求描述实际物理轨迹应多接近于期望轨迹。这些要求通常仅适用于特定简单输入轨迹，如阶跃或斜坡序列，从而不适用于任意输入。这限制了 CPSs 可用的 oracle 数量。我们最近的工作提出了一种使用控制理论设计假设而非要求来测试 CPSs 的方法。该方法通过满足设计假设时提供的控制理论保证来规避 oracle 问题。为了解决测试用例生成和 oracle 问题，研究人员提出了基于测试之间关系的元恒等式测试，即基于元恒等式关系 (MRs)。在本文中，我们基于设计假设定义 MRs，并使用遗传编程探索这些 MRs 的组合来生成 CPS 测试用例。这使得能够生成具有潜在任意形状的 CPS 输入轨迹，并伴随相关的预期输出轨迹。我们使用与预期输出轨迹的偏差来指导生成能够 falsify MRs 的输入轨迹。我们的实验结果表明，MR-falsification 为工程师提供了新信息，帮助他们识别通过和失败的测试用例。此外，我们表明，生成能够 falsify MRs 的轨迹是一个非平凡问题，这一问题已通过我们的遗传搜索成功解决。
引用
@article{arxiv.2412.03330,
title = {Testing CPS with Design Assumptions-Based Metamorphic Relations and Genetic Programming},
author = {Claudio Mandrioli and Seung Yeob Shin and Domenico Bianculli and Lionel Briand},
journal= {arXiv preprint arXiv:2412.03330},
year = {2025}
}