前言

万物互联、数据驱动的智能化时代来临.软件系统帮助人类定义更快的网络、更智能地控制设备、采集更多样的数据、完成更丰富的处理和分析,从而提升人类的工作效率和生活体验.软件的智能化,以及软件开发和质量保证技术的智能化控制是越来越重要的研究与实践主题.智能化软件的研发可以从经典的控制理论得到丰富的模型借鉴,因为智能软件系统的反馈和优化本质上就是自动控制领域长久以来追求的目标.软件控制论从提出之日起,始终倡导计算机软件领域与控制领域的跨学科交叉研究,其核心科学问题是,建立软件系统行为的控制模型、设计方法和控制理论,实现对软件制品及其研发过程进行有效、定量化的控制.软件控制论通过将软件(软件工程)问题归结为控制问题,以及将控制理论引入到软件领域,研究这2个领域的交叉与融合发展,并共同服务于新时期技术进步.研究智能化时代的智能化软件和软件控制论对未来信息技术的持续发展具有重要意义.

2021年3月,受中国软件大会(Chinasoft 2021)组委会委托,中国计算机学会软件工程专委会联合《计算机研究与发展》编辑部推出“智能化软件与软件控制论”专题征文,旨在征集新一代信息技术下软件控制论与应用,特别是智能化软件中的控制问题以及控制的智能化问题.2021年8月底征稿结束,收到18篇投稿论文,经过专家评审,选出10篇论文在2021年12月24日召开的中国软件大会(Chinasoft 2021)“智能化软件与软件控制论”论坛在线口头汇报.最终有5篇论文推荐到《计算机研究与发展》编辑部进行终审,内容覆盖物联网时序数据管理、智能服务终端测试、分布式多智能体优化、数据竞争检测的深度学习方法,以及自适应软件模型偏差检测等方面的研究进展和成果.

在物联网与大数据应用蓬勃发展的背景下,各类感知设备产生海量的时序数据,设备管理软件版本的快速迭代导致时序数据的模式演化问题日益凸显.赵鑫等的论文“一种时序数据模式演化的跟踪与查询方法”设计了一套面向时序数据的模式演化跟踪及查询系统,解决模式跟踪及跨模式版本查询的关键问题,并在时序数据库Apache IoTDB上进行了实现与测试验证.

智能服务终端在我们的生活中发挥着越来越重要的作用,为了对智能服务终端进行全面有效的测试,聂钰格等的论文“智能服务终端的探索性自适应FSM测试方法”提出通过探索性测试获得待测系统的状态及迁移信息,并建模成FSM,根据模型及已经执行过的测试用例,以状态及状态迁移覆盖为准则生成测试用例,在测试过程中对测试模型及相应的测试用例进行自适应调整,以有效防止可能出现的各种错误,提升用户体验.

为了提高服务效率和实现更多样的功能,越来越多的软件系统选择将业务或服务部署在不同的物理设备上,通过互联网通信协作,这类软件系统被称为网络化软件,网络化软件高度分布的特点为系统的性能优化带来了难题.舒畅等的论文“基于梯度博弈的网络化软件优化机制”研究了一种基于多智能体博弈的分布式优化框架,将智能体设置在不同的软件节点上,各个智能体使用有限的信息估计系统状态并做出决策,对软件的参数进行管理,实现软件性能的优化.

并发程序中潜藏的数据竞争故障是导致并发程序失效的一个重要原因.张杨等的论文“基于深度学习的数据竞争检测方法”提出一种基于深度学习的Java并发程序数据竞争检测方法,在提取Java程序字节码中数据竞争相关的特征的基础上,利用深度神经网络检测数据竞争.依据数据竞争的触发条件选取了8个数据竞争的指令及其位置的特征,依托训练好的CNN-LSTM神经网络分类器实现Java程序的数据竞争故障检测.

自适应软件系统的模型偏差会导致诸多可靠性问题,模型偏差来源于自适应软件系统的标称模型在开发环境中的辨识参数值和运行环境中的实际参数值之间的偏移.自适应软件系统运行环境的动态、非确定性的特点导致了多种类型模型偏差的存在.童燕翔等的论文“自适应软件系统模型偏差检测方法的适用性评估”通过量化基于控制的自适应系统的对象场景特性,提出了一套特性指标,即控制强度、环境输入影响强度和非确定性影响强度,研究成果可用于指导如何在不同的场景特性下选取合适的模型偏差检测方法.

智能化软件已经成当今世界的时代主旋律,软件控制论是主要由中国学者创立引领的领域,希望专题的出版能够抛砖引玉,对软件工程及系统软件等相关领域的研究和工作人员有所帮助和启发,以进一步促进相关研究.由于时间仓促、容量有限,本专题无法全面覆盖智能化软件和软件控制论领域的所有最新研究工作,敬请各位同行谅解和批评指正.感谢中国计算机学会软件工程专委会和中国软件大会(Chinasoft 2021)组委会为“智能化软件与软件控制论”论坛提供了良好平台.衷心感谢《计算机研究与发展》编辑部提供了宝贵机会出版此论坛专题论文!衷心感谢各位作者、审稿专家和编辑部工作人员的全力支持和辛勤付出,使得本专题能顺利出版!

聂长海(南京大学)

孙昌爱(北京科技大学)

刘 璘(清华大学)

2022年9月