腳本測(cè)試技術(shù)在列控中心開發(fā)測(cè)試中的運(yùn)用

崔 巖（北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100073）

1 概述

列車運(yùn)行控制系統(tǒng)是確保列車高速安全運(yùn)行的關(guān)鍵。作為高速鐵路列控系統(tǒng)地面設(shè)備的核心，列控中心（TCC, Train Control Center）被定義為SIL-4級(jí)安全設(shè)備。與計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)具有相同的故障-安全等級(jí)要求，具備高安全、高可靠、高性能的特點(diǎn)。TCC的功能失效會(huì)造成列車無法正常安全運(yùn)行，帶來嚴(yán)重的人身和財(cái)產(chǎn)安全問題。[1]因此，TCC的功能測(cè)試是確認(rèn)系統(tǒng)是否滿足功能需求，是否具有足夠安全防護(hù)能力的重要手段。測(cè)試結(jié)果是對(duì)TCC評(píng)估的重要依據(jù)。

目前，自動(dòng)化測(cè)試憑借其高效率、高重復(fù)性、高一致性、高可信性等優(yōu)點(diǎn)逐漸受到重視，尤其是基于腳本的自動(dòng)測(cè)試更因其靈活、高效，在包括TCC在內(nèi)的越來越多的安全系統(tǒng)軟件測(cè)試過程中得到運(yùn)用[2-5]，實(shí)現(xiàn)了規(guī)則測(cè)試案例的腳本自動(dòng)生成，執(zhí)行和測(cè)試結(jié)果判定。所有的工作除了需要少量的人工介入，絕大部分都是由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成的。然而，對(duì)于開發(fā)測(cè)試，測(cè)試案例具有不同特征，沒有統(tǒng)一的規(guī)則可以依據(jù)，仍然采用的方法是人工編寫測(cè)試案例，人工進(jìn)行測(cè)試。這種方法雖然能夠滿足軟件功能測(cè)試的一般要求，但仍然存在大量問題：1)測(cè)試結(jié)果對(duì)測(cè)試人員的專業(yè)知識(shí)和測(cè)試經(jīng)驗(yàn)依賴大；2)測(cè)試效率低；3)回歸測(cè)試代價(jià)大；4)測(cè)試覆蓋不全面。因此，實(shí)現(xiàn)開發(fā)測(cè)試的自動(dòng)測(cè)試具有重要意義。

因此，本文在基于腳本的TCC自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)基礎(chǔ)上，對(duì)TCC開發(fā)測(cè)試需求和測(cè)試案例進(jìn)行分析歸納，構(gòu)建了TCC測(cè)試案例詞典；基于分詞算法和格語法理論，提出了一種從測(cè)試案例到測(cè)試腳本的自動(dòng)生成方法，從而實(shí)現(xiàn)了開發(fā)測(cè)試的自動(dòng)化測(cè)試。

崔巖，男，碩士畢業(yè)于北京航空航天大學(xué)，助理工程師。主要研究方向：列控中心仿真測(cè)試系統(tǒng)。

2 TCC開發(fā)測(cè)試內(nèi)容分析

2.1 TCC開發(fā)測(cè)試特點(diǎn)

TCC開發(fā)測(cè)試依據(jù)列控中心技術(shù)規(guī)范，通過模擬TCC的各種運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景，驗(yàn)證TCC的輸出是否正確。盡管測(cè)試任務(wù)具有不規(guī)則性，但可總結(jié)為以下功能特征點(diǎn)，如表1所示。

表1 TCC被測(cè)功能特征點(diǎn)

測(cè)試案例是對(duì)TCC測(cè)試任務(wù)的描述，體現(xiàn)測(cè)試方案、方法、技術(shù)和策略的文檔。內(nèi)容包括測(cè)試目標(biāo)、測(cè)試環(huán)境、輸入數(shù)據(jù)、測(cè)試步驟、預(yù)期結(jié)果等。其中，測(cè)試步驟和預(yù)期結(jié)果是測(cè)試腳本編寫的依據(jù)。

綜上，TCC開發(fā)測(cè)試的特點(diǎn)總結(jié)如下。

1）測(cè)試內(nèi)容是TCC功能特征點(diǎn)有限集的子集2）測(cè)試案例與測(cè)試腳本具有直接對(duì)應(yīng)關(guān)系

因此，TCC測(cè)試案例到測(cè)試腳本的轉(zhuǎn)換問題即為特殊領(lǐng)域內(nèi)的自然語言理解問題。

2.2 測(cè)試案例抽象定義

與廣義的自然語言理解問題相比，對(duì)TCC測(cè)試案例的理解具有詞匯少，詞語搭配固定等特點(diǎn)。為簡(jiǎn)化理解過程，減少歧義發(fā)生，采用格語法理論對(duì)句子成分進(jìn)行劃分。

格語法[6]認(rèn)為：句子的語義結(jié)構(gòu)是由動(dòng)詞跟動(dòng)詞所聯(lián)系的名詞性成分之間的關(guān)系決定的。每一個(gè)動(dòng)詞都有一個(gè)預(yù)先就安排好的跟名詞性成分發(fā)生特定聯(lián)系的框架，即“格框架”。在格語法的基礎(chǔ)上，添加了名詞和形容詞之間的特定聯(lián)系，以及成分的類別屬性，形成了TCC測(cè)試案例語法框架，表示為：

其中：

H為動(dòng)作或命令的發(fā)起者；

Dh為動(dòng)作或命令發(fā)起者的描述；

A為測(cè)試案例的動(dòng)作或命令；

O為動(dòng)作或命令的接收者；

Do為對(duì)動(dòng)作或命令接受者的描述；

P為動(dòng)作或命令的目標(biāo)狀態(tài)；

TCC測(cè)試案例語法框架要求：

* 各成分必須按照Dh、D、A、Do、O、P的順序進(jìn)行組合；

* 每個(gè)成分具有詞性和類別兩個(gè)屬性；

* A是一個(gè)句子的核心，不可省略；

* H，O，P是A的附屬格，其中H為施事格，O為受事格，P為狀態(tài)格；

* Dh，Do分別是H和O的附屬格，定義為限定格；

*附屬格的屬性分為“有”和“無”，因其所屬成分而定，并且是其所屬成分的固有屬性；

*若附屬格的屬性為“有”，而句子中沒有相應(yīng)成分，認(rèn)為句子不完整；

*成分之間具有嚴(yán)格的詞性搭配關(guān)系，以及類別搭配關(guān)系。

例如，對(duì)“排列X→X3接車進(jìn)路，X信號(hào)機(jī)開放，X信號(hào)機(jī)接近區(qū)段發(fā)U U S碼”這樣一個(gè)描述，其中動(dòng)詞包括：“辦理”、“開放”、“發(fā)”，按照格語法框架進(jìn)行分解，得到結(jié)果如表2、 3、4所示。

表2 “辦理”的格框架

3 TCC開發(fā)測(cè)試詞典

通過對(duì)測(cè)試案例的抽象定義，實(shí)現(xiàn)測(cè)試案例理解的基礎(chǔ)即是對(duì)測(cè)試案例進(jìn)行分詞處理，提取出關(guān)鍵成分并進(jìn)行搭配驗(yàn)證，進(jìn)而轉(zhuǎn)換成腳本。

現(xiàn)有的分詞算法基本上可以分為3種：機(jī)械式分詞、理解式分詞和統(tǒng)計(jì)式分詞[7]。在這3種算法中，機(jī)械式分詞的準(zhǔn)確率最高，對(duì)于機(jī)械式分詞，需要一部詞典作為后臺(tái)依據(jù)，簡(jiǎn)單地說是通過將文檔中的漢字串與字典中的詞相匹配來完成詞的切分。

3.1 詞典分類

為了對(duì)詞匯進(jìn)行詳細(xì)劃分，測(cè)試案例詞典按照設(shè)備類型又可以分為聯(lián)鎖子詞典、軌道電路子詞典、通用子詞庫等子詞典，在各子詞典中，又按照詞性分為動(dòng)詞、名詞、形容詞詞典，同時(shí)對(duì)各個(gè)詞匯的搭配關(guān)系進(jìn)行定義。如圖1所示。

3.2 詞典索引結(jié)構(gòu)

為加快詞典的查找速度，采用整詞二分的分詞詞典機(jī)制[8]進(jìn)行詞典結(jié)構(gòu)定義。該詞典的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)把詞典分為首字H ash表、詞索引表、詞典正文3級(jí)。詞典正文是以詞為單位的線性表，詞索引表是指向詞典正文中每個(gè)詞的指針表。通過首字H ash表的散列函數(shù)和詞索引表很容易確定指定詞在詞典正文中的可能位置范圍，進(jìn)而在詞典正文中通過整詞二分進(jìn)行定位。

因?yàn)橐粋€(gè)動(dòng)詞可以與類型不同的名詞進(jìn)行搭配，因此，動(dòng)詞不與腳本進(jìn)行對(duì)應(yīng)關(guān)系，而是將動(dòng)詞與某一類型名詞的搭配作為整體與腳本進(jìn)行對(duì)應(yīng)。

如圖2所示。

索引項(xiàng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

詞典正文結(jié)構(gòu)如表4所示。

詞屬性定義如圖5所示。

例如：以“設(shè)”字開頭的詞在詞典的存儲(chǔ)形式如圖6所示。

4 腳本自動(dòng)生成算法

腳本自動(dòng)生成算法實(shí)現(xiàn)對(duì)句子的分詞劃分，提取滿足格語法的句子成分，并按照詞典定義進(jìn)行腳本轉(zhuǎn)換。需要經(jīng)過句子預(yù)處理，基于正向最大匹配法的分詞劃分，基于格語法的成分提取和腳本轉(zhuǎn)換。

4.1 案例預(yù)處理

測(cè)試案例由中文、英文、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)組成。首先將句子用英文字符串和標(biāo)點(diǎn)符號(hào)進(jìn)行第一次拆分，劃分成漢字字組、英文字組、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)、特殊符號(hào)和數(shù)字的組。

4.2 正向最大匹配法

對(duì)于預(yù)處理后的漢字字組使用正向最長(zhǎng)匹配算法：即按照從前到后的順序，用最長(zhǎng)詞原則來匹配詞庫中的詞，并把最長(zhǎng)詞從中逐個(gè)切分出來，對(duì)以上的漢字字組句段進(jìn)行機(jī)械分詞，對(duì)于其他句段則直接結(jié)合[9]。具體算法如下。

設(shè)待切分的漢字串S=S1S2…Sn。正向最大匹配算法描述如下：

1）取S1，通過H ash映射，找到詞首字索引項(xiàng)，獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。

2）若詞典中以S1為詞首字的詞最大長(zhǎng)度Lmax，則S1為詞首字的詞表為空，將S1切分出來。令S=S2S3。繼續(xù)下一次切分；若Lmax，則取Str1，在字典中查找Str1：

a．若Str1不是詞，則增加一個(gè)字Str1=Str1+Sk+1，繼續(xù)在字典中查找，直到查找成功。若k=n或k＞Lmax，查找都不成功，則S1在此處可視為1個(gè)單字詞，得到切分S=S1/S2S3。

b．若Str1是詞，則增加一個(gè)字Str1=Str1+Sk+1，再查找，若Str1是詞，繼續(xù)增加一個(gè)字，直到k=n或k＞Lmax，并記錄詞的最后一個(gè)字的位置p。則可暫時(shí)獲得切分詞：Stem p1=S1S2…Sp/Sp+1。

c．取S2為首字詞，重復(fù)以上操作，則可獲得另一切分詞Stem p2，若Length(Stem p1)＞Length(Stem p2)，則得到切分詞：Stem p1，否則，得到切分詞：S1/Stem p2。

3）移動(dòng)漢字串指針，進(jìn)行下一次切分，直到整個(gè)串切分完成。

4.3 格框架生成及腳本生成

對(duì)切分后的句子從左到右進(jìn)行處理，找到第一個(gè)詞性為動(dòng)詞的詞，以此詞為基準(zhǔn)找到它的施事格、受事格、狀態(tài)格、限定格，進(jìn)而找到各格的相關(guān)格定義，構(gòu)建出該詞如公式（1）所示的完整格框架結(jié)構(gòu)。若不滿足格語法要求，則轉(zhuǎn)換失敗；若滿足格語法要求，則按照如下規(guī)則進(jìn)行腳本生成：

*動(dòng)詞與其附屬格作為一個(gè)整體關(guān)聯(lián)的腳本作為腳本指令輸出；

*按照施事格、受事格、狀態(tài)格的順序輸出腳本指令參數(shù)；

*若施事格或受事格具有附屬限定格，則將限定格作為腳本指令參數(shù)輸出，而不輸出施事格或受事格；

完成句子全部動(dòng)詞的轉(zhuǎn)換后，腳本生成完畢。

5 舉例說明

例如，以下測(cè)試案例實(shí)現(xiàn)當(dāng)區(qū)間信號(hào)機(jī)L燈斷絲時(shí)，驗(yàn)證TCC信號(hào)機(jī)顯示。如表5所示。

表5 測(cè)試案例舉例

句子分詞結(jié)果如表6所示。

表6 分詞結(jié)果

測(cè)試步驟中，動(dòng)詞為“設(shè)置”，按照?qǐng)D6“設(shè)置”一詞在詞典中的定義，其完整的格框架如表7所示。

表7 “設(shè)置”格框架

同理，預(yù)期結(jié)果中，動(dòng)詞為“點(diǎn)”，其完整的格框架如表8所示。

表8 “點(diǎn)”格框架

生成腳本為：

SetSignal(“967”,“L 燈斷絲”);

CheckSignal(“967”,“U”);

6 結(jié)論

本文通過對(duì)TCC開發(fā)測(cè)試案例的分析和歸納，在格語法理論的基礎(chǔ)上，給出了測(cè)試案例的抽象定義和TCC開發(fā)測(cè)試案例詞典的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上，給出了基于正向最大匹配法的腳本生成算法，并以真實(shí)測(cè)試案例為例說明了該方法的實(shí)際應(yīng)用，證明了該方法的可行性，實(shí)現(xiàn)了開發(fā)測(cè)試的自動(dòng)測(cè)試，提高了測(cè)試效率。

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