ВКР ФИТ НГУ Исследование методов генерации тестовых сценариев по EDTL-требованиям в целях динамической верификации poST-программ

Автоматическая генерация тестовых сценариев для верификации process-ориентированных программ

Актуальность автоматической генерации тестов для формальной верификации управляющего ПО

Студенты ФИТ НГУ, работающие над темами верификации программного обеспечения, сталкиваются с проблемой ручного создания тестовых сценариев для проверки соответствия poST-программ формальным требованиям. Разработка транслятора, автоматически генерирующего тестовые последовательности из EDTL-спецификаций, требует интеграции знаний в области темпоральной логики, тестирования и процесс-ориентированного программирования.

Особую сложность представляет преобразование высокоуровневых темпоральных требований в конкретные последовательности входных векторов, способные выявить нарушения спецификаций в poST-программах. Многие студенты недооценивают объем работ по созданию системы трансформации EDTL-конструкций в исполняемые тестовые сценарии и их интеграции со средами выполнения IndustrialC. В этой статье мы представим комплексный подход к разработке такого транслятора с практическими примерами.

Срочная помощь по вашей теме: Получите консультацию за 10 минут! Telegram: @Diplomit Телефон/WhatsApp: +7 (987) 915-99-32, Email: admin@diplom-it.ru

Оформите заказ онлайн: Заказать ВКР ФИТ НГУ

Архитектура системы генерации тестовых сценариев

Многоуровневая система преобразования требований в тесты

Эффективный транслятор тестовых сценариев должен включать следующие компоненты:

• Анализатор EDTL-требований — разбор и интерпретация темпоральных спецификаций
• Генератор путей выполнения — построение возможных сценариев для каждого требования
• Синтезатор тестовых векторов — создание конкретных входных последовательностей
• Адаптер для poST-среды — преобразование в исполняемые тесты для IndustrialC
• Система исполнения тестов — запуск и мониторинг выполнения сценариев
• Анализатор результатов — проверка соответствия ожидаемому поведению

Методы трансформации EDTL-требований в тестовые сценарии

Алгоритмы генерации для различных паттернов требований

// Генератор тестовых сценариев на Java
public class TestScenarioGenerator {
    private final EDTLSpecification specification;
    private final TestGenerationStrategy strategy;
    public TestScenarioGenerator(EDTLSpecification spec) {
        this.specification = spec;
        this.strategy = new CoverageOptimizedStrategy();
    }
    public List<TestScenario> generateTestScenarios() {
        List<TestScenario> allScenarios = new ArrayList<>();
        for (EDTLRequirement requirement : specification.getRequirements()) {
            List<TestScenario> requirementScenarios = 
                generateScenariosForRequirement(requirement);
            allScenarios.addAll(requirementScenarios);
        }
        // Оптимизация набора сценариев
        return strategy.optimizeTestSet(allScenarios);
    }
    private List<TestScenario> generateScenariosForRequirement(
            EDTLRequirement requirement) {
        switch (requirement.getPatternType()) {
            case TRIGGER_RESPONSE:
                return generateTriggerResponseScenarios(requirement);
            case PREVENTION:
                return generatePreventionScenarios(requirement);
            case PERSISTENCE:
                return generatePersistenceScenarios(requirement);
            case STATE_CONDITION:
                return generateStateConditionScenarios(requirement);
            default:
                return Collections.emptyList();
        }
    }
    private List<TestScenario> generateTriggerResponseScenarios(
            EDTLRequirement requirement) {
        TriggerResponsePattern pattern = (TriggerResponsePattern) requirement.getPattern();
        List<TestScenario> scenarios = new ArrayList<>();
        // Сценарий корректного выполнения
        TestScenario positiveScenario = new TestScenario(
            requirement.getName() + "_positive");
        // Генерация начального состояния
        State initial = generateInitialState(requirement);
        positiveScenario.addStep(initial);
        // Генерация триггерного события
        Event trigger = generateTriggerEvent(pattern.getTrigger());
        positiveScenario.addStep(trigger);
        // Проверка ответа в течение таймаута
        TimeoutCondition timeout = pattern.getTimeout();
        List<Event> responseChecks = generateResponseChecks(
            pattern.getResponse(), timeout);
        positiveScenario.addAllSteps(responseChecks);
        scenarios.add(positiveScenario);
        // Сценарий нарушения таймаута (если применимо)
        if (timeout != null) {
            TestScenario timeoutScenario = generateTimeoutScenario(requirement, pattern);
            scenarios.add(timeoutScenario);
        }
        return scenarios;
    }
    private TestScenario generateTimeoutScenario(EDTLRequirement requirement, 
                                                TriggerResponsePattern pattern) {
        TestScenario scenario = new TestScenario(
            requirement.getName() + "_timeout_violation");
        // Создание условий, при которых ответ не поступает вовремя
        State blockingState = generateBlockingState(pattern.getResponse());
        scenario.addStep(blockingState);
        Event trigger = generateTriggerEvent(pattern.getTrigger());
        scenario.addStep(trigger);
        // Ожидание превышения таймаута
        TimeoutCondition timeout = pattern.getTimeout();
        TimeoutEvent timeoutEvent = new TimeoutEvent(timeout.getValue());
        scenario.addStep(timeoutEvent);
        // Проверка отсутствия ожидаемого ответа
        MissingResponseCheck missingCheck = 
            new MissingResponseCheck(pattern.getResponse());
        scenario.addStep(missingCheck);
        return scenario;
    }
}
// Генератор конкретных тестовых векторов
public class TestVectorGenerator {
    public List<TestVector> generateVectors(TestScenario scenario) {
        List<TestVector> vectors = new ArrayList<>();
        int time = 0;
        for (TestStep step : scenario.getSteps()) {
            TestVector vector = generateVectorForStep(step, time);
            vectors.add(vector);
            // Учет временных характеристик шага
            time += step.getDuration();
        }
        return vectors;
    }
    private TestVector generateVectorForStep(TestStep step, int currentTime) {
        TestVector vector = new TestVector();
        vector.setTimestamp(currentTime);
        if (step instanceof State) {
            State state = (State) step;
            vector.setInputs(generateStateInputs(state));
            vector.setExpectedOutputs(generateStateOutputs(state));
        } else if (step instanceof Event) {
            Event event = (Event) step;
            vector.setInputs(generateEventInputs(event));
            vector.setExpectedOutputs(Collections.emptyMap());
        } else if (step instanceof Check) {
            Check check = (Check) step;
            vector.setInputs(Collections.emptyMap());
            vector.setExpectedOutputs(generateCheckOutputs(check));
        }
        return vector;
    }
    private Map<String, Object> generateStateInputs(State state) {
        Map<String, Object> inputs = new HashMap<>();
        for (StateCondition condition : state.getConditions()) {
            inputs.put(condition.getSignal(), condition.getValue());
        }
        return inputs;
    }
}

Интеграция с IndustrialC средой выполнения

Генерация исполняемого кода тестов для poST-программ

// Генератор тестов на IndustrialC для poST-программ
public class IndustrialCTestGenerator {
    public String generateTestSuite(List<TestScenario> scenarios, 
                                   PostProgram program) {
        StringBuilder code = new StringBuilder();
        code.append("// Автоматически сгенерированные тесты для верификации\n");
        code.append("#include \"post_runtime.h\"\n");
        code.append("#include \"test_framework.h\"\n\n");
        code.append("// Объявление тестовых функций\n");
        for (TestScenario scenario : scenarios) {
            code.append(String.format("void test_%s(void);\n", 
                scenario.getName().toLowerCase()));
        }
        code.append("\n// Основная функция тестирования\n");
        code.append("int main() {\n");
        code.append("    test_initialize();\n");
        for (TestScenario scenario : scenarios) {
            code.append(String.format("    test_%s();\n", 
                scenario.getName().toLowerCase()));
        }
        code.append("    test_summary();\n");
        code.append("    return 0;\n");
        code.append("}\n\n");
        // Генерация конкретных тестовых функций
        for (TestScenario scenario : scenarios) {
            code.append(generateTestFunction(scenario, program));
        }
        return code.toString();
    }
    private String generateTestFunction(TestScenario scenario, PostProgram program) {
        StringBuilder function = new StringBuilder();
        function.append(String.format("void test_%s(void) {\n", 
            scenario.getName().toLowerCase()));
        function.append("    TEST_BEGIN(\"").append(scenario.getName()).append("\");\n\n");
        // Генерация последовательности тестовых шагов
        int stepNumber = 0;
        for (TestVector vector : scenario.getVectors()) {
            function.append(generateTestStep(vector, stepNumber++));
        }
        function.append("    TEST_END();\n");
        function.append("}\n\n");
        return function.toString();
    }
    private String generateTestStep(TestVector vector, int stepNumber) {
        StringBuilder step = new StringBuilder();
        step.append(String.format("    // Шаг %d (t=%dms)\n", stepNumber, vector.getTimestamp()));
        // Установка входных сигналов
        for (Map.Entry<String, Object> input : vector.getInputs().entrySet()) {
            step.append(String.format("    set_input(\"%s\", %s);\n", 
                input.getKey(), formatValue(input.getValue())));
        }
        // Задержка до следующего шага (если нужно)
        if (stepNumber > 0) {
            step.append(String.format("    delay_ms(%d);\n", 
                vector.getTimestamp() - previousTimestamp));
        }
        // Проверка ожидаемых выходов
        for (Map.Entry<String, Object> output : vector.getExpectedOutputs().entrySet()) {
            step.append(String.format("    ASSERT_OUTPUT(\"%s\", %s, \"%s\");\n", 
                output.getKey(), formatValue(output.getValue()),
                "Проверка на шаге " + stepNumber));
        }
        step.append("\n");
        return step.toString();
    }
}
// Пример сгенерированного теста на IndustrialC
#include "post_runtime.h"
#include "test_framework.h"
// Объявление тестовых функций
void test_door_safety_positive(void);
void test_call_response_normal(void);
void test_call_response_timeout(void);
// Основная функция тестирования
int main() {
    test_initialize();
    test_door_safety_positive();
    test_call_response_normal(); 
    test_call_response_timeout();
    test_summary();
    return 0;
}
void test_door_safety_positive(void) {
    TEST_BEGIN("Door Safety Positive");
    // Шаг 0 (t=0ms)
    set_input("moving", false);
    set_input("doorOpen", false);
    delay_ms(100);
    ASSERT_OUTPUT("doorOpen", false, "Проверка на шаге 0");
    // Шаг 1 (t=100ms)
    set_input("moving", true);
    set_input("doorOpen", true);
    delay_ms(50);
    ASSERT_OUTPUT("doorOpen", false, "Двери должны остаться закрытыми при движении");
    TEST_END();
}
void test_call_response_normal(void) {
    TEST_BEGIN("Call Response Normal");
    // Шаг 0 (t=0ms)
    set_input("callButton", false);
    set_input("currentFloor", 1);
    delay_ms(100);
    // Шаг 1 (t=100ms)
    set_input("callButton", true);
    delay_ms(5000); // В пределах 30 секунд
    ASSERT_OUTPUT("currentFloor", 3, "Лифт должен приехать на вызванный этаж");
    TEST_END();
}

Динамическая верификация poST-программ

Система исполнения и мониторинга тестов

// Система динамической верификации poST-программ
public class DynamicVerificationEngine {
    private final TestExecutor executor;
    private final ResultAnalyzer analyzer;
    private final ReportGenerator reporter;
    public VerificationResult verifyProgram(PostProgram program, 
                                          List<TestScenario> scenarios) {
        VerificationResult overallResult = new VerificationResult();
        for (TestScenario scenario : scenarios) {
            TestResult scenarioResult = executeScenario(program, scenario);
            overallResult.addScenarioResult(scenario.getName(), scenarioResult);
        }
        return overallResult;
    }
    private TestResult executeScenario(PostProgram program, TestScenario scenario) {
        // Компиляция poST-программы в исполняемый код
        String executable = compilePostProgram(program);
        // Генерация тестового драйвера
        String testDriver = generateTestDriver(scenario, program);
        // Запуск теста
        ProcessResult processResult = executor.executeTest(executable, testDriver);
        // Анализ результатов
        return analyzer.analyzeExecution(processResult, scenario);
    }
}
// Анализатор результатов выполнения
public class TestResultAnalyzer {
    public TestResult analyzeExecution(ProcessResult processResult, 
                                      TestScenario scenario) {
        TestResult result = new TestResult(scenario.getName());
        // Анализ вывода программы
        analyzeOutput(processResult.getStdout(), result);
        // Анализ кода возврата
        analyzeExitCode(processResult.getExitCode(), result);
        // Анализ временных характеристик
        analyzeTiming(processResult.getExecutionTime(), scenario, result);
        return result;
    }
    private void analyzeOutput(String output, TestResult result) {
        // Парсинг вывода тестового фреймворка
        String[] lines = output.split("\n");
        for (String line : lines) {
            if (line.contains("ASSERT_FAIL")) {
                result.addFailure(parseAssertionFailure(line));
            } else if (line.contains("TEST_PASS")) {
                result.setStatus(TestStatus.PASSED);
            } else if (line.contains("TEST_FAIL")) {
                result.setStatus(TestStatus.FAILED);
            }
        }
    }
}
// Генератор отчетов о верификации
public class VerificationReportGenerator {
    public String generateHTMLReport(VerificationResult result) {
        StringBuilder html = new StringBuilder();
        html.append("""
            <!DOCTYPE html>
            <html>
            <head>
                <title>Отчет верификации poST-программы</title>
                <style>
                    .passed { background-color: #d4edda; }
                    .failed { background-color: #f8d7da; }
                    .table { border-collapse: collapse; width: 100%; }
                    .table th, .table td { border: 1px solid #ddd; padding: 8px; }
                </style>
            </head>
            <body>
                <h1>Отчет динамической верификации</h1>
                <div class=\"summary\">
                    <h2>Общая статистика</h2>
                    <p>Всего сценариев: %d</p>
                    <p>Успешно: %d</p>
                    <p>Неудачно: %d</p>
                </div>
                <table class=\"table\">
                    <thead>
                        <tr>
                            <th>Сценарий</th>
                            <th>Статус</th>
                            <th>Время выполнения</th>
                            <th>Ошибки</th>
                        </tr>
                    </thead>
                    <tbody>
            """.formatted(
                result.getTotalScenarios(),
                result.getPassedCount(),
                result.getFailedCount()
            ));
        for (Map.Entry<String, TestResult> entry : result.getScenarioResults().entrySet()) {
            TestResult testResult = entry.getValue();
            String rowClass = testResult.getStatus() == TestStatus.PASSED ? "passed" : "failed";
            html.append(String.format("""
                <tr class="%s">
                    <td>%s</td>
                    <td>%s</td>
                    <td>%d мс</td>
                    <td>%s</td>
                </tr>
                """, rowClass, entry.getKey(), testResult.getStatus(),
                testResult.getExecutionTime(), String.join(", ", testResult.getFailures())));
        }
        html.append("""
                    </tbody>
                </table>
            </body>
            </html>
            """);
        return html.toString();
    }
}

Почему 150+ студентов выбрали нас в 2025 году

• Оформление по всем требованиям вашего вуза (мы изучаем 30+ методичек ежегодно)
• Поддержка до защиты включена в стоимость
• Доработки без ограничения сроков
• Гарантия уникальности 90%+ по системе "Антиплагиат.ВУЗ"

Метрики качества тестовых сценариев

Критерии оценки эффективности генерации

Метрика 1: Покрытие требований

Методика оценки: Процент EDTL-требований, для которых сгенерирован хотя бы один тестовый сценарий

Метрика 2: Покрытие кода poST

Методика оценки: Процент выполняемых строк/ветвей poST-программы, активируемых тестовыми сценариями

Метрика 3: Эффективность выявления дефектов

Методика оценки: Количество реальных ошибок, обнаруженных автоматически сгенерированными тестами

Пример полного цикла верификации

От EDTL-требований до отчета о верификации

// Полный цикл генерации и выполнения тестов
public class CompleteVerificationWorkflow {
    public VerificationReport executeFullWorkflow(
            String edtlSpecPath, 
            String postProgramPath) {
        // 1. Загрузка EDTL-спецификации
        EDTLSpecification spec = loadEDTLSpecification(edtlSpecPath);
        // 2. Загрузка poST-программы
        PostProgram program = loadPostProgram(postProgramPath);
        // 3. Генерация тестовых сценариев
        TestScenarioGenerator scenarioGenerator = new TestScenarioGenerator(spec);
        List<TestScenario> scenarios = scenarioGenerator.generateTestScenarios();
        // 4. Генерация тестовых векторов
        TestVectorGenerator vectorGenerator = new TestVectorGenerator();
        for (TestScenario scenario : scenarios) {
            List<TestVector> vectors = vectorGenerator.generateVectors(scenario);
            scenario.setVectors(vectors);
        }
        // 5. Генерация кода тестов на IndustrialC
        IndustrialCTestGenerator testGenerator = new IndustrialCTestGenerator();
        String testCode = testGenerator.generateTestSuite(scenarios, program);
        // 6. Компиляция и выполнение тестов
        DynamicVerificationEngine verifier = new DynamicVerificationEngine();
        VerificationResult result = verifier.verifyProgram(program, scenarios);
        // 7. Генерация отчета
        VerificationReportGenerator reporter = new VerificationReportGenerator();
        String htmlReport = reporter.generateHTMLReport(result);
        return new VerificationReport(htmlReport, result);
    }
}
// Пример использования
public class VerificationExample {
    public static void main(String[] args) {
        CompleteVerificationWorkflow workflow = new CompleteVerificationWorkflow();
        VerificationReport report = workflow.executeFullWorkflow(
            "elevator_spec.edtl",
            "elevator_control.post"
        );
        // Сохранение отчета
        saveReport(report.getHtmlContent(), "verification_report.html");
        System.out.println("Верификация завершена. Отчет сохранен.");
        System.out.println("Успешных тестов: " + report.getResult().getPassedCount());
        System.out.println("Неудачных тестов: " + report.getResult().getFailedCount());
    }
}

Оптимизация набора тестовых сценариев

Методы сокращения избыточности и повышения эффективности

Для обеспечения эффективности процесса верификации необходима оптимизация тестовых сценариев:

1. Минимизация дублирования — устранение избыточных сценариев с помощью анализа покрытия
2. Приоритизация сценариев — упорядочивание по критичности проверяемых требований
3. Параллельное выполнение — распределение тестов по независимым группам
4. Инкрементальная верификация — выполнение только измененных тестов при модификации программы
5. Адаптивное тестирование — динамическая корректировка сценариев на основе предыдущих результатов

Примеры оптимизированных наборов тестов можно изучить в нашем разделе выполненных работ.

Срочная помощь по вашей теме: Получите консультацию за 10 минут! Telegram: @Diplomit Телефон/WhatsApp: +7 (987) 915-99-32, Email: admin@diplom-it.ru

Оформите заказ онлайн: Заказать ВКР ФИТ НГУ

Заключение

Исследование методов генерации тестовых сценариев по EDTL-требованиям для динамической верификации poST-программ представляет собой комплексную задачу, требующую интеграции знаний в области формальных методов, тестирования программного обеспечения и процесс-ориентированного программирования. Разработанный транслятор позволяет автоматизировать процесс создания тестовых последовательностей, значительно повышая эффективность верификации управляющего ПО.

Если вы столкнулись со сложностями в реализации генератора тестовых сценариев, интеграции с IndustrialC средой или анализе результатов верификации — обратитесь к нашим специалистам. Мы обеспечим не только качественное выполнение работы, но и полное соответствие гарантиям и требованиям ФИТ НГУ.

Дополнительные материалы для изучения:

• Актуальные темы дипломных работ по прикладной информатике
• Современные направления в информатике для ВКР
• Актуальные темы для диплома по информационным системам

Наши услуги и гарантии:

• Условия работы и как сделать заказ
• Наши гарантии
• Отзывы наших клиентов
• Примеры выполненных работ