張?jiān)茲?張 璇,2 王 旭 任峻民 唐子淇

1(云南大學(xué)軟件學(xué)院 昆明 650091)

2(云南省軟件工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(云南大學(xué)) 昆明 650091)

3(云南大學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)院 昆明 650091)(932145749@qq.com)

在軟件生命周期中，軟件系統(tǒng)的需求會(huì)不斷變化，新的需求頻繁出現(xiàn).當(dāng)需求變更出現(xiàn)時(shí)，對(duì)于軟件系統(tǒng)的影響往往難以評(píng)估，尤其是對(duì)于較大型的軟件系統(tǒng)，很難明確需求變更可能會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)或系統(tǒng)的一部分產(chǎn)生什么樣的影響.而如果忽略這些影響，又可能導(dǎo)致需求變更實(shí)施成本高出預(yù)期數(shù)倍.盡管需求工程對(duì)于軟件項(xiàng)目的成功至關(guān)重要，但大多數(shù)需求決策往往取決于開發(fā)人員的偏好和權(quán)衡，缺乏一種系統(tǒng)的、明確的管理方法.對(duì)軟件需求變更進(jìn)行有效管理對(duì)軟件質(zhì)量乃至軟件項(xiàng)目的成功至關(guān)重要.為了衡量和評(píng)估需求變更所帶來的影響，本文引入技術(shù)債務(wù)的概念.

技術(shù)債務(wù)運(yùn)用經(jīng)濟(jì)學(xué)中“債務(wù)”概念來描述“長期軟件質(zhì)量與短期利益的權(quán)衡”[1-2].當(dāng)為了實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目短期利益而實(shí)施技術(shù)折中時(shí)，所欠下的技術(shù)債務(wù)從長期目標(biāo)來看，會(huì)影響軟件的質(zhì)量、成本和開發(fā)運(yùn)維效率.然而，在軟件開發(fā)過程中，為了快速達(dá)到一個(gè)短期的目標(biāo)，開發(fā)者可能會(huì)暫時(shí)忽略需求變更引發(fā)的影響，正如技術(shù)債務(wù)所定義的，在沒有完全理解變更帶來的長期影響時(shí)，很可能會(huì)產(chǎn)生不必要的副作用.目前，軟件系統(tǒng)隨著業(yè)務(wù)需求的演變，不斷產(chǎn)生需求變更，研究表明，85%～90%的軟件開發(fā)預(yù)算都用于了運(yùn)維階段.為了減少變更成本，盡早地管理需求變更非常重要.然而，軟件需求存在的不確定性使面向軟件需求變更進(jìn)行技術(shù)債務(wù)管理更加具有挑戰(zhàn)性[3].

應(yīng)用經(jīng)濟(jì)學(xué)概念管理技術(shù)債務(wù)是一個(gè)引起學(xué)術(shù)界和工業(yè)界關(guān)注的研究課題.實(shí)物期權(quán)分析已應(yīng)用于軟件工程的多個(gè)領(lǐng)域，如軟件體系結(jié)構(gòu)[4]、設(shè)計(jì)[5]、風(fēng)險(xiǎn)管理[6]和軟件開發(fā)方法[7].在經(jīng)濟(jì)學(xué)領(lǐng)域，邊際貢獻(xiàn)是指產(chǎn)品的銷售收入超過產(chǎn)品的變動(dòng)成本的差額，如果產(chǎn)品不能提供邊際貢獻(xiàn)，通常選擇放棄生產(chǎn)這種產(chǎn)品[8].而邊際收益是指增加一個(gè)單位產(chǎn)品的銷售所增加的收益，利用邊際效益分析法有利于實(shí)現(xiàn)利潤最大化[9].將邊際貢獻(xiàn)和邊際收益概念運(yùn)用到需求變更技術(shù)債務(wù)的管理中，可以有效輔助對(duì)需求變更的取舍決策.因此，本文研究因需求發(fā)生變更而引發(fā)的技術(shù)債務(wù)，定義需求變更技術(shù)債務(wù)，根據(jù)需求變更之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系給出需求變更技術(shù)債務(wù)量化方法，同時(shí)采用邊際效益分析法得到需求變更的邊際貢獻(xiàn)值，為需求變更的實(shí)現(xiàn)順序提供依據(jù)，以協(xié)助項(xiàng)目組管理技術(shù)債務(wù)并且做出相應(yīng)決策.本文的主要貢獻(xiàn)包括：

1) 運(yùn)用經(jīng)濟(jì)學(xué)中邊際貢獻(xiàn)的概念定義由需求變更技術(shù)債務(wù)帶來的邊際貢獻(xiàn)，通過分析需求變更邊際貢獻(xiàn)與需求變更實(shí)現(xiàn)順序的相關(guān)性，驗(yàn)證了需求變更邊際貢獻(xiàn)概念的可用性.目前，學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界還沒有將邊際貢獻(xiàn)應(yīng)用于管理需求變更技術(shù)債務(wù)的相關(guān)研究成果.本項(xiàng)目組的前期工作雖然也對(duì)需求變更技術(shù)債務(wù)進(jìn)行了相關(guān)研究，提出基本的需求變更技術(shù)債務(wù)概念[10]，但也未使用邊際貢獻(xiàn)的概念和分析方法.

2) 運(yùn)用梯度提升決策樹(gradient boosting decision tree， GBDT)算法提出需求變更技術(shù)債務(wù)的邊際貢獻(xiàn)能力分析方法，對(duì)各個(gè)變更因素取值對(duì)其邊際貢獻(xiàn)影響的重要度進(jìn)行排序，以確定影響邊際貢獻(xiàn)大小的重要因素，為需求工程師進(jìn)行需求變更管理提供支持.

3) 對(duì)需求變更技術(shù)債務(wù)、需求變更關(guān)聯(lián)關(guān)系、需求變更邊際貢獻(xiàn)進(jìn)行定義、檢測、量化和評(píng)估，提出需求變更技術(shù)債務(wù)的邊際貢獻(xiàn)量化評(píng)估方法，為經(jīng)濟(jì)學(xué)和需求工程相結(jié)合的軟件開發(fā)與實(shí)踐提供新思路.

1 相關(guān)工作

技術(shù)債務(wù)最普遍的特征之一是它的跨學(xué)科性質(zhì)，因?yàn)樗Y(jié)合了金融和軟件工程理論的要素.盡管這種性質(zhì)可能會(huì)導(dǎo)致更多的挑戰(zhàn)(由于軟件和財(cái)務(wù)觀點(diǎn)之間的差距)，但它可能有助于軟件工程師、架構(gòu)師、測試人員等和項(xiàng)目經(jīng)理之間的溝通.從業(yè)者的經(jīng)驗(yàn)表明，使用基于經(jīng)濟(jì)學(xué)的術(shù)語和方法，如實(shí)物期權(quán)、成本收益分析和投資組合管理，可以彌合軟件工程師和軟件項(xiàng)目經(jīng)理之間的認(rèn)知差距，并有助于質(zhì)量取舍的談判，以加快產(chǎn)品交付[11].針對(duì)本文研究的需求變更技術(shù)債務(wù)，下面對(duì)該領(lǐng)域已有相關(guān)工作進(jìn)行介紹.

技術(shù)債務(wù)簡潔地描述了軟件工程師在開發(fā)軟件時(shí)面臨的一個(gè)普遍問題：如何平衡短期價(jià)值與長期質(zhì)量.它的吸引力在于，一旦技術(shù)債務(wù)變得可見，工程師就可以清晰地看出債務(wù)對(duì)軟件項(xiàng)目有害或有益，以及債務(wù)積累和持續(xù)產(chǎn)生的利息在軟件開發(fā)過程中對(duì)系統(tǒng)質(zhì)量造成的影響[12-14].Zazworka等人[15]通過分析已有技術(shù)債務(wù)識(shí)別方法，發(fā)現(xiàn)不同的技術(shù)債務(wù)必須使用不同的識(shí)別方法.另外，Deo等人[16]研究已有技術(shù)債務(wù)方法與軟件質(zhì)量之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)不同的技術(shù)債務(wù)方法關(guān)注不同的軟件質(zhì)量需求，在實(shí)踐中需要明確技術(shù)債務(wù)類型.因此，在軟件項(xiàng)目全生命周期過程中，不同階段的技術(shù)債務(wù)也需要使用不同的方法進(jìn)行識(shí)別和處理.Li等人[12]在對(duì)技術(shù)債務(wù)進(jìn)行綜述研究的工作中，總結(jié)了10類軟件技術(shù)債務(wù)，其中，代碼技術(shù)債務(wù)研究最多.并且，SonarQube已成為一個(gè)成熟地用技術(shù)債務(wù)來量化代碼質(zhì)量的平臺(tái)，它可以為軟件項(xiàng)目組發(fā)現(xiàn)其代碼的技術(shù)債務(wù)，幫助其建立維護(hù)活動(dòng)的計(jì)劃[17].相對(duì)而言，需求技術(shù)債務(wù)由于其量化困難，研究成果較少[12].在已有的相關(guān)研究工作中，Ernst等人[18-19]首先定義需求債務(wù)為最優(yōu)需求方案和實(shí)際解決需求方案之間的差距，而債務(wù)利息是這個(gè)差距的增長速率，并利用需求建模工具對(duì)變化的需求進(jìn)行管理.Abad等人[20]應(yīng)用實(shí)物期權(quán)方法對(duì)軟件項(xiàng)目中的需求債務(wù)進(jìn)行管理，且使用二項(xiàng)式模型和動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法探討使用實(shí)物期權(quán)方法對(duì)于需求債務(wù)評(píng)估的可行性.上述這些方法將技術(shù)債務(wù)概念引入需求工程領(lǐng)域，為后續(xù)研究工作奠定了重要基礎(chǔ)，但他們僅對(duì)單個(gè)已實(shí)現(xiàn)的需求進(jìn)行分析研究，忽略了需求變更可能引發(fā)的擴(kuò)散影響.針對(duì)這個(gè)問題，本項(xiàng)目組前期充分考慮變更影響，提出需求變更技術(shù)債務(wù)概念，并對(duì)需求變更技術(shù)債務(wù)進(jìn)行了初步的量化分析[10].基于前期研究工作考慮的需求變更影響，可以得出對(duì)需求變更進(jìn)行全面分析并提供有效的債務(wù)控制對(duì)于需求管理決策是一個(gè)有效的支持.但所有上述方法都缺乏對(duì)新需求變更的預(yù)測分析能力，隨著軟件系統(tǒng)需求的持續(xù)變化，當(dāng)需求發(fā)生變更時(shí)，如果只分析單個(gè)已有需求，不利于需求管理，因此，本文工作增加了對(duì)新需求變更的預(yù)測與分析，可以為需求變更管理提供更為有效的支撐.

2 需求變更邊際貢獻(xiàn)表示方法

在本節(jié)中我們將經(jīng)濟(jì)學(xué)中邊際貢獻(xiàn)的思想引入需求變更的技術(shù)債務(wù)管理中.

2.1 需求變更技術(shù)債務(wù)定義

在軟件的整個(gè)生命周期中，每當(dāng)提出一個(gè)需求變更請(qǐng)求時(shí)，就可能伴隨著一個(gè)需求變更技術(shù)債務(wù)的產(chǎn)生.需求變更之間必然存在的依賴關(guān)系使得需求變更管理更加困難，此依賴關(guān)系也是技術(shù)債務(wù)“利息”的來源.為了直觀地展示需求變更之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，使用一個(gè)有向圖來描述.在這個(gè)有向圖中，節(jié)點(diǎn)表示需求變更，邊表示需求變更的關(guān)聯(lián)關(guān)系，需求變更的關(guān)聯(lián)關(guān)系圖定義如下：

定義1.需求變更關(guān)聯(lián)關(guān)系圖.需求變更關(guān)聯(lián)關(guān)系圖是一個(gè)三元組G=V,E,R.其中V是節(jié)點(diǎn)的集合，vi∈V(i=1,2,…,m)表示一個(gè)變更需求；E是邊的集合，eij∈E(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)表示一個(gè)有序元素對(duì)(vi,vj),vi,vj∈V；R是一個(gè)關(guān)聯(lián)函數(shù)，它使E中的每一條邊對(duì)應(yīng)V中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，ri∈R(i=1,2,…,m)表示一個(gè)關(guān)聯(lián)關(guān)系.

需求變更技術(shù)債務(wù)的一個(gè)重要指標(biāo)就是需求變更之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系.變更請(qǐng)求之間的鏈接屬性表示彼此之間的關(guān)系.以JIRA系統(tǒng)為例，鏈接屬性有10種，如表1所示.引入經(jīng)濟(jì)學(xué)中邊際貢獻(xiàn)概念后我們對(duì)這10種關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行研究，其中符合需求變更技術(shù)債務(wù)關(guān)聯(lián)關(guān)系可變成本類關(guān)系的關(guān)系是blocks，depends upon，requires，relates to，breaks；符合需求變更技術(shù)債務(wù)收入類關(guān)系的關(guān)系是is required by，duplicates，is duplicated by，is depended upon by，contains，is related to，incorporates.其他類型不影響對(duì)技術(shù)債務(wù)的分析，因此，不列入可變成本類和收入類關(guān)系中.

Table 1 Issue Links in JIRA

定義2.需求變更關(guān)聯(lián)關(guān)系類型.需求變更關(guān)聯(lián)關(guān)系基本類型定義為2種，分別為可變成本類變更關(guān)聯(lián)關(guān)系和收入類變更關(guān)聯(lián)關(guān)系.可變成本類變更關(guān)聯(lián)關(guān)系是指實(shí)現(xiàn)會(huì)增加其他需求變更實(shí)現(xiàn)代價(jià)的變更關(guān)聯(lián)關(guān)系.收入類變更關(guān)聯(lián)關(guān)系是指實(shí)現(xiàn)會(huì)給其他需求變更帶來收益的變更關(guān)聯(lián)關(guān)系.

在管理軟件需求變更時(shí)，很大一部分的變更管理工作是由開發(fā)者基于其個(gè)人偏好和直覺而驅(qū)使的[21].而且技術(shù)人員與用戶之間的溝通也會(huì)存在理解偏差.這種為了實(shí)現(xiàn)短期利益而忽略長期發(fā)展的需求變更所帶來的技術(shù)債務(wù)，我們將其定義為需求變更技術(shù)債務(wù).

定義3.需求變更技術(shù)債務(wù).需求變更技術(shù)債務(wù)是因快速實(shí)現(xiàn)需求變更或未實(shí)現(xiàn)需求變更而引出的花費(fèi)，分為本金和利息.本金是需求變更本身的花費(fèi)，利息是與該需求變更有關(guān)聯(lián)關(guān)系的其他需求變更的花費(fèi).

本文使用時(shí)間花費(fèi)對(duì)需求變更的花費(fèi)進(jìn)行度量，時(shí)間花費(fèi)為需求變更請(qǐng)求的解決時(shí)間與提出時(shí)間之差，即：

C=TR-TC，

(1)

其中,TR是需求變更請(qǐng)求的解決時(shí)間，TC是變更請(qǐng)求的提出時(shí)間，其中下標(biāo)R(resolved)是解決，下標(biāo)C(created)是創(chuàng)建，C(cost)是變更請(qǐng)求的時(shí)間花費(fèi).以變更請(qǐng)求HADOOP-1025為例：HADOOP-1025的提出時(shí)間為2007-02-01T02:54；解決時(shí)間為2007-02-04T05:57，則HADOOP-1025的時(shí)間花費(fèi)為C=TR-TC=270 180 s.

需求變更技術(shù)債務(wù)的量化分為2部分，包括本金的量化及利息的量化.需求變更技術(shù)債務(wù)為

(2)

其中，D(debt)表示需求變更技術(shù)債務(wù)總值.C是需求變更的時(shí)間花費(fèi)，cij是第i層(1≤i≤m)第j個(gè)(1≤j≤n)需求變更技術(shù)債務(wù)的利息，i和j分別是以該需求變更為原點(diǎn)和該需求變更具有第i級(jí)關(guān)系的第j個(gè)需求變更.CP則表示需求變更技術(shù)債務(wù)的本金，下標(biāo)P(principal)表示本金.根據(jù)需求變更關(guān)聯(lián)關(guān)系圖,系數(shù)li表示與該需求變更關(guān)聯(lián)的需求變更數(shù)的倒數(shù)，li用來表示關(guān)系的關(guān)聯(lián)強(qiáng)度，li越小，這個(gè)需求變更的關(guān)系越復(fù)雜.系數(shù)rx(x≥1,整數(shù))表示不同的依賴關(guān)系類型，可變成本類需求變更關(guān)聯(lián)關(guān)系和收入類需求變更關(guān)聯(lián)關(guān)系的系數(shù)值為1，其他關(guān)聯(lián)關(guān)系系數(shù)值為0.

在前面的需求變更技術(shù)債務(wù)的量化過程中，我們得到了每一個(gè)需求變更技術(shù)債務(wù)的債務(wù)值，接下來，我們把需求變更項(xiàng)目的貢獻(xiàn)定義為需求變更的邊際貢獻(xiàn)：

定義4.需求變更邊際貢獻(xiàn).需求變更邊際貢獻(xiàn)是指需求變更對(duì)項(xiàng)目的貢獻(xiàn)力，分為銷售收入和可變成本2個(gè)部分.銷售收入指的是與該需求變更具有收入類關(guān)聯(lián)關(guān)系的需求變更債務(wù)值之和.可變成本指的是與該需求變更具有可變成本類的需求變更債務(wù)值之和.需求變更邊際貢獻(xiàn)值等于銷售收入減去可變成本，即：

(3)

其中，M(marginal)表示需求變更的邊際貢獻(xiàn)率，Di表示與這個(gè)需求變更技術(shù)債務(wù)具有變更關(guān)聯(lián)關(guān)系的需求變更的債務(wù)值，a表示需求變更之間的變更關(guān)聯(lián)關(guān)系為收入類變更關(guān)聯(lián)關(guān)系，設(shè)a=1，p表示需求變更之間的變更關(guān)聯(lián)關(guān)系為可變成本類變更關(guān)聯(lián)關(guān)系，設(shè)p=-1.

在經(jīng)濟(jì)學(xué)中，邊際效益是指以最低的成本使經(jīng)濟(jì)利潤最大化，從而達(dá)到帕累托最優(yōu).指與前一單位相比，后一單位物品或勞務(wù)的效用.如果后一單位的效用大于前一單位的效用，則邊際效用遞增，反之，邊際效用遞減.在會(huì)計(jì)中，邊際效益是指以銷售收入減去變動(dòng)成本后的余額，以邊際貢獻(xiàn)為指標(biāo).邊際貢獻(xiàn)也是基于損益分析原理的產(chǎn)品生產(chǎn)決策的重要指標(biāo).

需求變更本身的債務(wù)值可以看作是該需求變更的固定成本.在需求變更的償還過程中，一定量的具有變更關(guān)聯(lián)關(guān)系的需求變更的邊際貢獻(xiàn)(也就是銷售收入減去可變成本后的結(jié)果)首先是用來彌補(bǔ)需求變更的固定成本總額，在彌補(bǔ)了需求變更的所有固定成本后，如有多余，才能構(gòu)成利潤.這就有可能出現(xiàn)3種情況：

1) 當(dāng)被償還的需求變更的邊際貢獻(xiàn)等于所發(fā)生的固定成本總額時(shí)，只能保本，即做到不盈不虧.

2) 當(dāng)被償還的需求變更的邊際貢獻(xiàn)小于所發(fā)生的固定成本總額時(shí)，就要發(fā)生虧損.

3) 當(dāng)被償還的需求變更的邊際貢獻(xiàn)大于所發(fā)生的固定成本總額時(shí)，將會(huì)盈利.

因此，需求變更邊際貢獻(xiàn)的實(shí)質(zhì)所反映的就是該需求變更為軟件項(xiàng)目所能作出的貢獻(xiàn)大小，只有當(dāng)需求變更的貢獻(xiàn)能力達(dá)到一定的數(shù)量后，該需求變更的處理所帶來的邊際貢獻(xiàn)才有可能彌補(bǔ)其本身的技術(shù)債務(wù)，為軟件系統(tǒng)的質(zhì)量提升帶來盈利.

在實(shí)際項(xiàng)目中，實(shí)現(xiàn)成本過于高且毫無實(shí)現(xiàn)價(jià)值的需求變更的技術(shù)債務(wù)償還會(huì)被慎重考慮.因此，經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)證分析，我們?cè)O(shè)置臨界參數(shù)，為該需求變更的邊際貢獻(xiàn)值與其固定成本即該需求變更本身債務(wù)值做比較.我們把這個(gè)臨界值定義為需求變更參考系數(shù).

定義5.需求變更參考系數(shù).需求變更參考系數(shù)指的是需求變更的技術(shù)債務(wù)是否值得被償還的判斷參數(shù).

形式化計(jì)算為

J=M-D,

(4)

其中,J表示判斷參數(shù)，D表示債務(wù)值也就是固定成本，M表示邊際收益.若J<0,表明需求變更邊際貢獻(xiàn)小于其自身的固定成本，則慎重考慮該需求變更；若J>0或J=0,表明需求變更邊際貢獻(xiàn)大于其自身的固定成本，則根據(jù)需更變更邊際貢獻(xiàn)順序表做順序處理.

2.2 需求變更邊際貢獻(xiàn)量化評(píng)估

需求變更邊際貢獻(xiàn)的量化評(píng)估使用如圖1所示的5個(gè)步驟：

Fig. 1 Quantitative evaluation process of marginal benefit for requirement changes

步驟1. 從項(xiàng)目中收集歷史需求變更數(shù)據(jù)，需求變更用vi∈V，i=1,2,…,n表示，根據(jù)2.1節(jié)中需求變更基本類型的定義，將需求變更關(guān)聯(lián)關(guān)系分為2種基本類型.可變成本類變更關(guān)聯(lián)關(guān)系在需求變更的關(guān)聯(lián)關(guān)系圖中定義為元素對(duì)(vi,vj)的關(guān)聯(lián)關(guān)系rk=cost(其中：i=1,2,…,m;j=1,2,…,n;k=1,2,…,n)；收入類變更關(guān)聯(lián)關(guān)系在需求變更的關(guān)聯(lián)關(guān)系圖中定義為元素對(duì)(vi,vj)的關(guān)聯(lián)關(guān)系rk=income(其中：i=1,2,…,n;j=1,2,…,n;k=1,2,…,n).

步驟2. 基于收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，并構(gòu)建需求變更的關(guān)聯(lián)關(guān)系圖，圖2給出一個(gè)Hadoop項(xiàng)目需求變更關(guān)聯(lián)關(guān)系圖的示例.

Fig. 2 Requirements change relationship model

2011年5月27日，名為dhruba borthakur的用戶提交了需求變更的類型為改進(jìn)的需求變更HDFS-2006，要求HDFS可以提供文件存儲(chǔ)的擴(kuò)展屬性，但是開發(fā)人員并沒有對(duì)其進(jìn)行評(píng)估和處理，導(dǎo)致產(chǎn)生一系列bug(即HADOOP-11286，ACCUMULO-3100等)，接下來，越來越多與其相關(guān)的需求變更被提出，最后，部分關(guān)聯(lián)關(guān)系圖如圖2所示，其中，突出顯示了3個(gè)具有可變成本類變更關(guān)聯(lián)關(guān)系的節(jié)點(diǎn)，其他節(jié)點(diǎn)關(guān)系類似.

步驟3.計(jì)算需求變更技術(shù)債務(wù)值，包括本金和利息2個(gè)部分.例如：圖2中變更請(qǐng)求HADOOP-10150的債務(wù)計(jì)算為

所有Hadoop項(xiàng)目需求變更技術(shù)債務(wù)計(jì)算后，結(jié)果排名前10的變更如表2所示.

表2給出了排名前10的需求變更技術(shù)債務(wù)值，對(duì)于債務(wù)值較大的需求變更，如HDOOP-8744，往往意味著其與其他需求變更之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系比較復(fù)雜，所以在償還時(shí)需要考慮多方面因素.接下來，利用需求變更技術(shù)債務(wù)值的結(jié)果繼續(xù)進(jìn)行下一步需求變更邊際貢獻(xiàn)值的計(jì)算，對(duì)我們進(jìn)行需求變更償還決策提供參考.

Table 2 Hadoop Requirement Changes’ Technical Debt

步驟4.在上述需求變更技術(shù)債務(wù)的量化過程中，我們得到了每一個(gè)需求變更技術(shù)債務(wù)的債務(wù)值，根據(jù)定義4我們將一個(gè)需求變更具有可變成本類變更關(guān)聯(lián)關(guān)系的需求變更債務(wù)值之和看作該需求變更的可變成本；將一個(gè)需求變更具有收入類變更關(guān)聯(lián)關(guān)系的需求變更債務(wù)值之和看作該需求變更的銷售收入.

例如變更請(qǐng)求HADOOP-9671的邊際貢獻(xiàn)值為

M(HADDOP-9671)=(235 693+3 154 727.5+225 976)-(617 499+4 672)=5 194 225.5 s.

與需求變更HADOOP-9671具有可變成本類關(guān)聯(lián)關(guān)系的需求變更為HADOOP-2856(D=617 499 s)、HADOOP-4685(D=4 672 s)；與需求變更HADOOP-9671具有收入類關(guān)聯(lián)關(guān)系的需求變更為HADOOP-9392(D=2 435 693 s)、HADOOP-8779(D=3 154 727.5 s)、HADOOP-9533(D=225 976 s).根據(jù)式(3)，用與該需求變更具有收入類關(guān)聯(lián)關(guān)系的需求變更債務(wù)值之和減去與該需求變更具有可變成本類的需求變更債務(wù)值之和就可以得到需求變更HADOOP-9671的邊際貢獻(xiàn).將得到的每一個(gè)需求變更的邊際貢獻(xiàn)由大到小順序排列得到需求變更邊際貢獻(xiàn)順序表.對(duì)于不存在變更關(guān)聯(lián)關(guān)系的需求變更，對(duì)于其債務(wù)值的償還，可以根據(jù)需要隨時(shí)處理，所以不需要計(jì)算邊際貢獻(xiàn)值為實(shí)現(xiàn)順序做決策.對(duì)于具有其他變更關(guān)聯(lián)關(guān)系的需求變更，可按需求變更邊際貢獻(xiàn)順序表順序處理.

Hadoop項(xiàng)目中需求變更邊際貢獻(xiàn)計(jì)算結(jié)果排名前10如表3所示：

Table 3 Hadoop Marginal Contribution for Requirement Changes

得到邊際貢獻(xiàn)結(jié)果排序表后，可以把排序表的順序作為需求變更實(shí)現(xiàn)順序的參考.例如：表3中需求變更邊際貢獻(xiàn)值最大的為需求變更HADOOP-8065，其邊際貢獻(xiàn)值8 435 551.75，那么在我們考慮需求變更債務(wù)值的償還時(shí)，應(yīng)該對(duì)其優(yōu)先考慮，以達(dá)到最大收益、最小成本的目的.

參照需求變更的邊際貢獻(xiàn)值對(duì)變更優(yōu)先級(jí)進(jìn)行排序意味著邊際貢獻(xiàn)值應(yīng)與變更優(yōu)先級(jí)具有相關(guān)性，下面我們用皮爾遜相關(guān)系數(shù)分析需求變更邊際貢獻(xiàn)與需求變更實(shí)現(xiàn)的時(shí)間相關(guān)性，以驗(yàn)證需求變更邊際貢獻(xiàn)排序表的可用性.使用皮爾遜相關(guān)系數(shù)計(jì)算為

其中，M為需求變更邊際貢獻(xiàn)，t為需求變更實(shí)現(xiàn)時(shí)間.

我們對(duì)Hadoop項(xiàng)目進(jìn)行相關(guān)性計(jì)算，相關(guān)系數(shù)結(jié)果為0.912，表明需求變更邊際貢獻(xiàn)與需求變更實(shí)現(xiàn)順序具有強(qiáng)關(guān)聯(lián)關(guān)系，即：運(yùn)用需求變更邊際貢獻(xiàn)為需求變更提供決策支持具有一定的參考價(jià)值.

步驟5. 需求變更參考系數(shù)J值計(jì)算.利用定義5和式(4)，對(duì)需求變更進(jìn)行參考系數(shù)計(jì)算，結(jié)合需求變更邊際貢獻(xiàn)的量化結(jié)果，得到需求變更參考系數(shù)J值表，給出需求變更優(yōu)先級(jí).例如：Hadoop項(xiàng)目中需求變更J值(J<0)部分計(jì)算結(jié)果如表4所示：

Table 4 J Values for Hadoop Requirement Changes

以表4中變更請(qǐng)求HADOOP-8065為例，變更請(qǐng)求HADOOP-8065是一個(gè)改進(jìn)類型的變更請(qǐng)求，它希望可以提供一個(gè)密鑰用于檢索托肯認(rèn)證實(shí)體和Hadoop服務(wù)的密鑰或證書，主要包括：定義密鑰提供API，以查詢具有特定實(shí)體名稱的密鑰證書；定義并實(shí)現(xiàn)相關(guān)實(shí)體用于實(shí)現(xiàn)密鑰提供的插件；基于本地密鑰存儲(chǔ)文件實(shí)現(xiàn)簡單密鑰提供程序.由表4可知，HADOOP-8065的J值為負(fù)且最小，所以HADOOP-8065為項(xiàng)目所帶來的貢獻(xiàn)不大，卻會(huì)耗費(fèi)大量的成本，由此可知，HADOOP-8065的處理是否償還其債務(wù)值是需要開發(fā)人員慎重考慮的.而在實(shí)際情況中，HADOOP-8065的提出時(shí)間是2013年8月5日，這個(gè)變更請(qǐng)求截至2018年2月23日都沒有被處理.

另外，Hadoop項(xiàng)目中需求變更J值(J>0)部分計(jì)算結(jié)果如表5所示.

表5中需求變更的J值均大于0，這些需求變更為盈利類，對(duì)于此類需求變更，可以依據(jù)需求變更邊際貢獻(xiàn)排序表的先后順序依次處理.

Table 5 J Values for Hadoop Requirement Changes

3 需求變更邊際貢獻(xiàn)預(yù)測

本節(jié)的研究目的是構(gòu)建一個(gè)能夠預(yù)測需求變更邊際貢獻(xiàn)能力的預(yù)測模型.首先，定義預(yù)測指標(biāo)，選取適當(dāng)?shù)念A(yù)測方法和預(yù)測指標(biāo)介紹預(yù)測模型的綜合性能評(píng)價(jià)指標(biāo);接下來，介紹特征相對(duì)重要度的計(jì)算方法.

3.1 定義預(yù)測指標(biāo)

對(duì)于一些未解決的需求變更，其解決時(shí)間用實(shí)驗(yàn)時(shí)的時(shí)間來衡量，方法較為簡單，而沒有解決時(shí)間的情況，應(yīng)該用預(yù)測方法預(yù)測更為合適.因此，下面我們采用科學(xué)的預(yù)測方法來分析未解決需求變更的邊際貢獻(xiàn)能力.在構(gòu)建預(yù)測模型時(shí)，我們通過選擇以下能夠衡量需求變化邊際貢獻(xiàn)的特征來定義預(yù)測指標(biāo)：

1) 指標(biāo)能夠反映需求變更解決時(shí)間的特征；

2) 指標(biāo)能夠反映需求變更邊際貢獻(xiàn)隨著時(shí)間不斷變化的特征.

在本項(xiàng)目的早期階段我們發(fā)現(xiàn)：變更請(qǐng)求報(bào)告的重要程度可以使用變更請(qǐng)求報(bào)告本身的一些指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測.受缺陷預(yù)測、需求易變性、缺陷報(bào)告質(zhì)量、缺陷優(yōu)先級(jí)排序的相關(guān)研究啟發(fā)[21]，我們定義了在JIRA跟蹤系統(tǒng)中能夠衡量變更請(qǐng)求報(bào)告的4個(gè)指標(biāo)：需求變更的需求變更類型(issue type)、需求變更狀態(tài)(status)、需求變更的重要性(priority)、需求變更的解決方式(resolution)等類別特征能夠衡量至今未解決的需求變更即將花費(fèi)的解決時(shí)間的指標(biāo).如表6所示：

Table 6 Prediction Indicators

受本項(xiàng)目前期工作[21]的啟發(fā)，發(fā)現(xiàn)除了變更請(qǐng)求報(bào)告的提出時(shí)間、解決時(shí)間等指標(biāo)可以直觀地影響需求變更的時(shí)間花費(fèi)以外，變更請(qǐng)求報(bào)告的一些其他指標(biāo)對(duì)時(shí)間花費(fèi)也會(huì)有一定的影響，從而進(jìn)一步影響到需求變更的邊際貢獻(xiàn)能力大小，由此可見，選用這些指標(biāo)來構(gòu)建需求變更貢獻(xiàn)能力的預(yù)測模型是可行的.

3.2 預(yù)測方法和預(yù)測指標(biāo)選擇

本文的研究目的是建立一個(gè)未償還的需求變更的邊際貢獻(xiàn)能力預(yù)測模型.我們選擇梯度提升決策樹作為構(gòu)建預(yù)測模型的方法.GBDT分類問題的決策樹是二叉分類樹，回歸問題的決策樹是二叉決策樹，我們這里使用的是二叉分類樹.GBDT與Adaboost最主要的區(qū)別在于兩者如何識(shí)別模型的問題.Adaboost基于錯(cuò)分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)問題進(jìn)行識(shí)別，通過改變錯(cuò)分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)權(quán)重值對(duì)模型進(jìn)行改進(jìn).GBDT通過負(fù)梯度來識(shí)別問題，通過計(jì)算負(fù)梯度來改進(jìn)模型.在本文中以Spring Framework項(xiàng)目為研究案例，分析其JIRA系統(tǒng)需求變更跟蹤管理數(shù)據(jù)，將需求變更的需求變更類型(issue type)、需求變更狀態(tài)(status)、需求變更的重要性(priority)、需求變更的解決方式(resolution)等屬性的取值作為特征值，將需求變更的邊際貢獻(xiàn)值分為貢獻(xiàn)能力大、貢獻(xiàn)能力小2類作為其標(biāo)簽.構(gòu)建其訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，以預(yù)測需求變更的貢獻(xiàn)能力.本文選擇分類回歸樹(classification and regression tree， CART)作為基學(xué)習(xí)器：GBDT預(yù)測模型提供需求變更貢獻(xiàn)能力大小的分類預(yù)測.因此需要確定一個(gè)點(diǎn)來確定需求變更邊際貢獻(xiàn)能力的大小，貢獻(xiàn)能力大的預(yù)測為強(qiáng)，貢獻(xiàn)能力小的預(yù)測為弱.在我們的研究中，設(shè)置GBDT預(yù)測模型的分類點(diǎn)為一般數(shù)學(xué)中通常選取的中位數(shù).我們把需求變更邊際貢獻(xiàn)值大于需求變更邊際貢獻(xiàn)值序列中位數(shù)的分類為強(qiáng)；把需求變更邊際貢獻(xiàn)值小于需求變更邊際貢獻(xiàn)值序列中位數(shù)的分類為弱.

3.3 預(yù)測模型性能綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)

為了評(píng)估預(yù)測模型的性能，本文使用曲線下面積(area under the curve，AUC)和查全率(recall)這2個(gè)指標(biāo)來評(píng)價(jià)模型的性能.AUC是需求變更邊際貢獻(xiàn)能力被正確預(yù)測的數(shù)目大于被錯(cuò)誤預(yù)測的數(shù)目的概率，AUC越大表示模型區(qū)分正例和負(fù)例的能力越強(qiáng).查全率又稱為召回率，是需求變更貢獻(xiàn)能力被正確預(yù)測為能力大的數(shù)目與總的實(shí)際為能力大的數(shù)目的比值.

3.4 預(yù)測模型工具

本文用Python語言開發(fā)了一套需求變更邊際貢獻(xiàn)分析工具以幫助軟件項(xiàng)目管理需求變更，提高軟件質(zhì)量，減少開發(fā)成本.工具的預(yù)測模型流程圖如圖3所示:

Fig. 3 Flow chart of prediction model

利用需求變更貢獻(xiàn)能力分析工具，我們先從變更請(qǐng)求報(bào)告中獲得數(shù)據(jù)，再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理來得到關(guān)系圖，然后進(jìn)行度量指標(biāo)的計(jì)算，同時(shí)得到需求變更邊際貢獻(xiàn)排序表和需求變更邊際貢獻(xiàn)值排序表.最后，定義預(yù)測指標(biāo)，選擇預(yù)測方法，以及預(yù)測模型性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)，進(jìn)行需求變更邊際貢獻(xiàn)能力預(yù)測，根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)驗(yàn)證預(yù)測模型的可用性.

4 案例研究

本節(jié)以Spring Framework項(xiàng)目為研究案例，下面主要介紹案例數(shù)據(jù)的收集處理、需求變更邊際貢獻(xiàn)的指標(biāo)計(jì)算、 需求變更邊際貢獻(xiàn)分析的實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析.

4.1 數(shù)據(jù)收集與處理

本文分析研究變更請(qǐng)求追蹤系統(tǒng)上的變更請(qǐng)求報(bào)告，用時(shí)5天，總共收集了Spring Framework項(xiàng)目20 000條變更請(qǐng)求報(bào)告，最終我們將收集的20 000條需求變更存入文件中，因?yàn)楸疚牡难芯可婕暗叫枨笞兏奶岢鰰r(shí)間、解決時(shí)間、需求變更之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系、需求變更的需求變更類型(issue type)、需求變更狀態(tài)(status)、需求變更的重要性(priority)、需求變更的解決方式(resolution)等屬性.

在計(jì)算過程中，我們主要以具有需求變更關(guān)聯(lián)關(guān)系的需求變更作為研究對(duì)象，所以從收集的20 000條變更請(qǐng)求報(bào)告中篩選出具有關(guān)聯(lián)關(guān)系的6 000條需求變更進(jìn)行下一步研究.我們將收集到的數(shù)據(jù)存入表格中，提取出計(jì)算本金所需要的提出時(shí)間、解決時(shí)間，方便后續(xù)實(shí)驗(yàn)對(duì)本金進(jìn)行計(jì)算.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)如圖4所示：

Fig. 4 Data storage

Fig. 5 Partial screenshots of calculation results

圖4中的中括號(hào)表示此單元格為空，也就是該需求變更與其他需求變更不具有此項(xiàng)關(guān)聯(lián)關(guān)系.其中序號(hào)2記錄中的SPR-927表示SPR-926與SPR-927之間的需求變更關(guān)聯(lián)關(guān)系為is duplicated by.

本文對(duì)JIRA中的10種關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行了研究以建立需求變更關(guān)聯(lián)關(guān)系數(shù)據(jù)集.其中符合需求變更技術(shù)債務(wù)關(guān)聯(lián)關(guān)系可變成本類關(guān)系的關(guān)系是blocks，depends upon，requires，relates to，breaks；符合需求變更技術(shù)債務(wù)收入類關(guān)系的關(guān)系是is depended upon by，duplicates， is related to， is duplicated by，contains， is required by， incorporates.其他類型的關(guān)聯(lián)關(guān)系出現(xiàn)較少，對(duì)整個(gè)軟件項(xiàng)目的影響可以忽略不計(jì)，所以不納入可變成本類和收入類變更關(guān)聯(lián)關(guān)系中，作“不存在需求變更關(guān)聯(lián)關(guān)系”處理.

4.2 需求變更邊際貢獻(xiàn)計(jì)算

根據(jù)第2節(jié)的量化方法及步驟，需求變更邊際貢獻(xiàn)計(jì)算部分結(jié)果如圖5所示:

在圖5中，第1列表示序號(hào)，Created列表示需求變更的提出時(shí)間，Resolved列表示需求變更的解決時(shí)間，capital列表示需求變更的本金，interest列表示需求變更的技術(shù)債務(wù)值，boundary列表示需求變更邊際貢獻(xiàn)值，T列表示需求變更邊際效應(yīng)參考系數(shù)值計(jì)算結(jié)果.

4.3 需求變更邊際貢獻(xiàn)分析結(jié)果

1) 需求變更邊際貢獻(xiàn)值計(jì)算結(jié)果分析

由第2節(jié)對(duì)邊際貢獻(xiàn)的皮爾遜相關(guān)性分析可知，需求變更的實(shí)現(xiàn)順序與需求變更的邊際貢獻(xiàn)值強(qiáng)相關(guān).那么對(duì)于具有其他變更關(guān)聯(lián)關(guān)系的需求變更，可按需求變更邊際貢獻(xiàn)順序表順序處理；對(duì)于不存在變更關(guān)聯(lián)關(guān)系的需求變更，其債務(wù)值的償還可以根據(jù)需要隨時(shí)處理.需求變更邊際貢獻(xiàn)計(jì)算結(jié)果排名前10如表7所示：

Table 7 Marginal Contribution of Requirement Changes

如表7所示，第1列為排名；第2列表示需求變更的編號(hào)；第3列表示需求變更邊際貢獻(xiàn)值.在需求變更邊際貢獻(xiàn)排序表排名第一的為需求變更SPR-11399，名為“Improve documentation of transactional support in the TestContext framework”.從現(xiàn)狀來看，因?yàn)镾pringTestContext框架中事務(wù)支持參考手冊(cè)中的文檔目前非常缺乏，目前只有2個(gè)示例:一個(gè)示例是虛構(gòu)的TransactionalTest，它是一個(gè)基于JUnit的POJO測試類，它演示了與SpringTest-Context框架中事務(wù)相關(guān)的所有注釋的用法，但不太具有代表性.另一個(gè)示例為AbstractClinicTests，它是Abstract Transactional JUnit4 Spring Context Tests的擴(kuò)展，它演示了CountRowInTable()的使用.因此，盡管參考手冊(cè)中有2個(gè)示例，但這2個(gè)示例都沒有展示出最佳的實(shí)踐或典型的使用場景.此外，使用TestNG的例子為零.所以提出該需求變更要求：

① 刪除AbstractClinicTests示例，并在“事務(wù)管理”或“JUnit支持類”中創(chuàng)建類似的基于JUnit的示例.

② 將“PetClinic Example”的內(nèi)容重新調(diào)整為新的“最佳實(shí)踐”部分.

③ 創(chuàng)建1個(gè)基于測試的示例，類似于新的基于JUnit的示例，以便于比較.

④ 增加與SPR-11397討論相關(guān)的測試內(nèi)容.

⑤ 在SPR-6132中添加與討論相關(guān)的測試內(nèi)容.

該需求變更報(bào)告頁面如圖6所示.因?yàn)樵撔枨笞兏cSPR-11397，SPR-6132都有相關(guān)性，實(shí)現(xiàn)了該需求變更也有益于需求變更SPR-11397，SPR-6132，對(duì)于這樣的需求變更，我們可以考慮優(yōu)先實(shí)現(xiàn).

2) 需求變更參考系數(shù)分析

對(duì)于需求變更參考系數(shù)小于0的需求變更，一般意味著其對(duì)整個(gè)軟件的貢獻(xiàn)非常有限，卻又花銷巨大，在對(duì)需求變更實(shí)現(xiàn)進(jìn)行決策時(shí)往往需要慎重考慮.需求變更參考系數(shù)排序后10位如表8所示：

Table 8 Requirements Change References

分析需求變更參考系數(shù)排序表最后1個(gè)需求變更SPR-5120，SPR-5120的提出時(shí)間為2019年8月29日，由Pedro Santo在Spring Framework變更請(qǐng)求追蹤系統(tǒng)中提交，標(biāo)題為Spring component scanning does not work within JBoss EJB container，其報(bào)告頁面如圖7所示.該需求變更是一個(gè)Improvement類型的需求變更，當(dāng)提出者從一個(gè)JBoss管理的EJB中創(chuàng)建ApplicationContext時(shí)，spring檢測功能失效，作者在不同的環(huán)境中測試spring組件，只有在JBoss管理的EJB中失效.該需求變更與多個(gè)需求變更都存在關(guān)聯(lián)關(guān)系，如圖8所示.在對(duì)需求邊更SPR-5120進(jìn)行處理時(shí)，需求同時(shí)考慮與其相關(guān)聯(lián)的多個(gè)需求變更，需求變更SPR-5120是否償還其債務(wù)值，也會(huì)對(duì)其他與之關(guān)聯(lián)的需求變更債務(wù)值償還決策產(chǎn)生影響，關(guān)聯(lián)的需求變更越多，受到影響的需求變更也就越多，所以需要對(duì)其慎重考慮.

Fig. 6 Requirement change SPR-11397 report page

Fig. 7 Requirement change SPR-5120 report page

Fig. 8 Requirement change SPR-5120 association diagram

4.4 需求變更邊際貢獻(xiàn)能力分析實(shí)驗(yàn)

我們將需求變更屬性和需求變更邊際貢獻(xiàn)值記錄合并以后產(chǎn)生了4 828條可用數(shù)據(jù)，分析需求變更報(bào)告的所有屬性，篩選出需求變更的需求變更類型(issue type)、需求變更狀態(tài)(status)、需求變更的重要性(priority)、需求變更的解決方式(resolution)等類別特征，方便進(jìn)行處理，部分結(jié)果如圖9所示.

我們將需求變更邊際貢獻(xiàn)值分為2類，即貢獻(xiàn)能力大、貢獻(xiàn)能力小.再以5∶5的比例將4 828條可用記錄分別作為訓(xùn)練集和測試集.然后我們對(duì)需求變更貢獻(xiàn)能力的特征值進(jìn)行度熱編碼.主要結(jié)果如圖10所示.

Fig. 9 Partial screenshots of eigenvalue screening results

Fig. 10 Partial screenshots of one-hot coding results

梯度提升算法(GDBT)需要對(duì)一些重要參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，例如：每一輪的迭代步長v、樹的最大深度MathDepth、損失函數(shù)L、模型的迭代次數(shù)N.每輪的迭代步長v=0.001；損失函數(shù)L設(shè)為均方差；接下來，在60～1 200的區(qū)間內(nèi)尋找最佳迭代次數(shù)，由于平均絕對(duì)誤差的最大值和最小值僅相差0.005 6，因此選擇對(duì)應(yīng)于最小平均絕對(duì)誤差的迭代次數(shù)作為最佳值，即300作為迭代次數(shù)；然后調(diào)整樹的最大深度MathDepth.隨著樹的最大深度增加，平均絕對(duì)誤差波動(dòng)，但平均絕對(duì)誤差最大值和最小值之間的差值僅為0.013 15，因此基于均方根誤差選擇最佳MathDepth，均方根誤差最小值0.172 8對(duì)應(yīng)于樹深度為9.

4.5 需求變更邊際貢獻(xiàn)預(yù)測結(jié)果分析

Spring Framework項(xiàng)目使用該預(yù)測模型的曲線下面積AUC結(jié)果如圖11所示.本文提供了預(yù)測需求變更邊際貢獻(xiàn)能力的框架，根據(jù)得到的AUC=0.754 6,表明需求變更邊際貢獻(xiàn)能力被正確預(yù)測的數(shù)目大于被錯(cuò)誤預(yù)測的數(shù)目的概率為75%及以上.另外，得到如表8的混淆矩陣表示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果.

Fig. 11 Area under curve

Table 8 Predictive Experimental Results

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明， Spring Framework項(xiàng)目使用該預(yù)測模型的召回率為87%及以上，表明需求變更貢獻(xiàn)能力被正確預(yù)測為能力大的數(shù)目與總的實(shí)際為能力大的數(shù)目的比值為87%及以上.在構(gòu)建預(yù)測模型時(shí)，我們使用這4個(gè)預(yù)測變量：需求變更的需求變更類型(issue type)、需求變更狀態(tài)(status)、需求變更的重要性(priority)、需求變更的解決方式(resolution).預(yù)測模型計(jì)算得到的查全率越高，則表明需求變更貢獻(xiàn)能力的預(yù)測的準(zhǔn)確度也越高.結(jié)果表明本文提出的預(yù)測方法具有一定的可用性.

Fig. 12 Importance ranking results

最后，我們對(duì)預(yù)測模型的特征值指標(biāo)對(duì)需求變更貢獻(xiàn)能力大小影響做了重要度排序，結(jié)果如圖12所示.由圖12可以看出，Resolution_Complete，Resolution_Duplicate，Resolution_Fixed這3個(gè)特征值對(duì)需求變更的貢獻(xiàn)能力大小影響較大，分別為：0.238，0.225，0.173.解決方式Complete，Duplicate，F(xiàn)ixed分別表示完成、復(fù)制、已修復(fù).從含義上看，已經(jīng)完成、復(fù)制和已修復(fù)這3種解決方式是已經(jīng)解決了的需求變更，所以不會(huì)帶來太大的技術(shù)債務(wù)，所以貢獻(xiàn)重要度排序較高.Issue Type_Improvement和Issue Type_New Feature對(duì)應(yīng)的重要度分別為0.038和0.037.這2個(gè)特征值對(duì)于需求變更的貢獻(xiàn)能力大小也有一定的影響，這2個(gè)特征值分別表示需求變更類型為改進(jìn)和新功能.改進(jìn)一般指針對(duì)當(dāng)前系統(tǒng)的某個(gè)功能進(jìn)行改進(jìn)，通常不與其他的需求變更產(chǎn)生很復(fù)雜的關(guān)聯(lián)關(guān)系，不會(huì)帶來太大的技術(shù)債務(wù).而新功能一般是指為系統(tǒng)增加1個(gè)新功能，改進(jìn)和新功能這2個(gè)Issue類型都屬于對(duì)系統(tǒng)的完善，雖然會(huì)產(chǎn)生一定的工作量，但是對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)是有益的，所以能夠?qū)π枨笞兏暙I(xiàn)能力大小產(chǎn)生一定影響.因此，在我們衡量需求變更貢獻(xiàn)能力時(shí)，遇到這些關(guān)鍵特征值時(shí)，對(duì)需求變更貢獻(xiàn)能力可以稍作樂觀估計(jì).

5 總結(jié)和展望

本文根據(jù)需求變更所產(chǎn)生的2種方式定義了需求變更技術(shù)債務(wù)，再引進(jìn)經(jīng)濟(jì)學(xué)中“邊際貢獻(xiàn)”的概念，將需求變更跟蹤系統(tǒng)中篩選出的10類需求變更之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系根據(jù)邊際貢獻(xiàn)要素給出關(guān)聯(lián)關(guān)系的不同分類，將需求變更中的各種重要參數(shù)與邊際貢獻(xiàn)的各類要素一一對(duì)應(yīng)，以便使用邊際貢獻(xiàn)分析法分析需求變更并且應(yīng)用到大型開源項(xiàng)目Spring Framework中，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了需求變更邊際貢獻(xiàn)概念的可用性和技術(shù)的可行性.之后，運(yùn)用GDBT算法對(duì)Spring Framework中的需求變更歷史記錄進(jìn)行研究，提出了一種需求變更的邊際貢獻(xiàn)能力分析方法，并且對(duì)各個(gè)字段取值對(duì)其邊際貢獻(xiàn)影響的重要度進(jìn)行排序.結(jié)果表明，該分析方法可以為需求工程師衡量其工作量和風(fēng)險(xiǎn)提供有價(jià)值的結(jié)果.

目前，需求變更邊際貢獻(xiàn)分析方法僅應(yīng)用于Spring Framework項(xiàng)目，還有很多不同的軟件項(xiàng)目沒有覆蓋.另外，Spring Framework項(xiàng)目采用敏捷開發(fā)方法，和傳統(tǒng)過程模型相比，可能會(huì)有不同.下一步的工作將探索如何將本文提出的方法應(yīng)用到其他開源軟件項(xiàng)目中或一些基于傳統(tǒng)過程模型開發(fā)的軟件項(xiàng)目中，進(jìn)一步驗(yàn)證量化方法的效果.此外，本文的技術(shù)債務(wù)研究僅基于時(shí)間來進(jìn)行需求變更技術(shù)債務(wù)的量化，而技術(shù)債務(wù)也涉及到項(xiàng)目代碼、項(xiàng)目維護(hù)等，僅根據(jù)時(shí)間研究需求變更技術(shù)債務(wù)不夠全面，下一步將嘗試融合其他相關(guān)可量化指標(biāo)，對(duì)多種技術(shù)債務(wù)量化方法的融合進(jìn)行研究.