測(cè)試用例設(shè)計(jì)方法--正交試驗(yàn)法詳解

1、測(cè)試用例設(shè)計(jì)方法-正交試驗(yàn)法詳解正交試驗(yàn)法介紹正交試驗(yàn)法是研究多因素、多水平的一種試驗(yàn)法，它是利用正交表來(lái)對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)少數(shù)的試驗(yàn)替代全面試驗(yàn)，根據(jù)正交表的正交性從全面試驗(yàn)中挑選適量的、有代表性的點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，這些有代表性的點(diǎn)具備了“均勻分散，整齊可比”的特點(diǎn)。正交表是一種特制的表格，一般用Ln(mk)表示，L代表是正交表，n代表試驗(yàn)次數(shù)或正交表的行數(shù)，k代表最多可安排影響指標(biāo)因素的個(gè)數(shù)或正交表的列數(shù)，m表示每個(gè)因素水平數(shù)，且有n=k*(m-1)+1。正交表的特點(diǎn)正交表具有以下兩個(gè)特點(diǎn)。正交表必須滿足這兩個(gè)特點(diǎn)，有一條不滿足，就不是正交表。每列中不同數(shù)字出現(xiàn)的次數(shù)相等。這一特點(diǎn)表明每個(gè)因素

2、的每個(gè)水平與其它因素的每個(gè)水平參與試驗(yàn)的幾率是完全相同的，從而保證了在各個(gè)水平中最大限度地排除了其它因素水平的干擾，能有效地比較試驗(yàn)結(jié)果并找出最優(yōu)的試驗(yàn)條件。在任意2列其橫向組成的數(shù)字對(duì)中，每種數(shù)字對(duì)出現(xiàn)的次數(shù)相等。這個(gè)特點(diǎn)保證了試驗(yàn)點(diǎn)均勻地分散在因素與水平的完全組合之中，因此具有很強(qiáng)的代表性。使用正交試驗(yàn)法的原因?qū)τ趩我蛩鼗騼梢蛩卦囼?yàn)，因其因素少，試驗(yàn)的設(shè)計(jì)、實(shí)施與分析都比較簡(jiǎn)單。但在實(shí)際工作中，常常需要同時(shí)考察3個(gè)或3個(gè)以上的試驗(yàn)因素，若進(jìn)行全面試驗(yàn)，試驗(yàn)的規(guī)模很大，由于時(shí)間和成本的限制我們不可能進(jìn)行全面試驗(yàn)，但是具體挑其中的哪些測(cè)試用例進(jìn)行測(cè)試我們心里拿不準(zhǔn)，總擔(dān)心不做不挑選的那些測(cè)試用

3、例會(huì)遺漏一些嚴(yán)重缺陷。為了有效的、合理地減少測(cè)試的工時(shí)與費(fèi)用，我們利用正交試驗(yàn)法來(lái)設(shè)計(jì)測(cè)試用例。正交試驗(yàn)法就是安排多因素試驗(yàn)、尋求最優(yōu)水平組合的一種高效率的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。我們用測(cè)試實(shí)例來(lái)進(jìn)行說(shuō)明使用正交試驗(yàn)法設(shè)計(jì)測(cè)試用例的好處。測(cè)試需求：某所大學(xué)通信系共2個(gè)班級(jí)，剛考完某一門課程，想通過(guò)“性別”、“班級(jí)”和“成績(jī)”這三個(gè)查詢條件對(duì)通信系這門課程的成績(jī)分布，男女比例或班級(jí)比例進(jìn)行人員查詢：根據(jù)“性別”=“男，女”進(jìn)行查詢根據(jù)“班級(jí)”=“1班，2班”查詢根據(jù)“成績(jī)”=“及格，不及格”查詢按照傳統(tǒng)設(shè)計(jì)全部測(cè)試分析上述測(cè)試需求，有3個(gè)被測(cè)元素，被測(cè)元素我們稱為因素，每個(gè)因素有兩個(gè)取值，我們稱之為水平值

4、，所以全部測(cè)試用例個(gè)數(shù)是2*2*2=8，參見(jiàn)下表序號(hào)性別班級(jí)成績(jī)1女1班及格2女1班不及格3女2班及格4女2班不及格5男1班及格6男1班不及格7男2班及格8男2班不及格利用正交表設(shè)計(jì)測(cè)試用例，我們得到的測(cè)試用例個(gè)數(shù)是n=3*(2-1)+1=4，對(duì)于三因素兩水平的剛好有L4(23)的正交表可以套用，于是用正交表試驗(yàn)法得出4個(gè)測(cè)試用例如下：序號(hào)性別班級(jí)成績(jī)1女1班及格2女2班不及格3男1班不及格4男2班及格根據(jù)實(shí)際需要可以在用正交試驗(yàn)法設(shè)計(jì)用例的基礎(chǔ)上補(bǔ)充一些測(cè)試用例。4個(gè)測(cè)試用例與8個(gè)測(cè)試用例相比測(cè)試用例個(gè)數(shù)是減少了。因素?cái)?shù)和水平數(shù)越大越能體現(xiàn)用正交表的好處。例如：對(duì)于一個(gè)四因素且每個(gè)因素均為三

5、水平的試驗(yàn)，如果按照全面試驗(yàn)需要進(jìn)行3*3*3*3=81次。但是如果用正交試驗(yàn)法選擇L9(34)正交表，n=4*(3-1)+1=9次試驗(yàn)就可以覆蓋。從這點(diǎn)可以說(shuō)明用正交試驗(yàn)法能有效地、合理地減少測(cè)試用例和工時(shí)，節(jié)約測(cè)試成本。正交表的類別及如何查找正交表1.1. 正交表的類別1. 單一水平正交表各列水平數(shù)相同的正交表稱為等水平正交表。如L4（23）、L8（27）、L12（211）等各列中的水平為2，稱為2水平正交表；L9（34）、L27（313）等各列水平為3，稱為3水平正交表。表示為：Ln(mk)。2. 混合水平正交表各列水平數(shù)不完全相同的正交表稱為混合水平正交表。如L8（4124）表中有一列

6、的水平為4，有4列水平數(shù)為2。也就是說(shuō)該表可以安排一個(gè)4水平因素和4個(gè)2水平因素。再如L16（4423），L16（41212）等都是混合水平正交表。表示為：Ln（m1k1m2k2）。2.2. 如何查找正交表查Dr. Genichi Taguchi 設(shè)計(jì)的正交表Technical Support ( ) com正交表的一個(gè)實(shí)例:L4(23)2-水平數(shù)3-因素?cái)?shù)n=4-最少試驗(yàn)次數(shù)確定因素?cái)?shù)和水平數(shù)因素?cái)?shù)：確定測(cè)試中有多少個(gè)相互獨(dú)立的考察變量。水平數(shù)：確定任何一個(gè)因素在試驗(yàn)中能夠取得的最多個(gè)值根據(jù)因素?cái)?shù)和水平數(shù)確定n值對(duì)于單一水平正交表Ln(mk)，用n=k*(m-1)+1公式計(jì)算對(duì)于混合水平正交

7、表Ln(m1k1m2k2.mxkx)，用n=k1*(m1-1)+k2*(m2-1)+kx*(mx-1)+1公式計(jì)算選擇合適的正交表單一水平正交表：如果存在試驗(yàn)次數(shù)等于n，并且水平數(shù)大于等于m、因素?cái)?shù)大于等于k的正交表，我們把這個(gè)正交表拿過(guò)來(lái)套用。如果不存在試驗(yàn)次數(shù)等于n的正交表，我們就得找出滿足試驗(yàn)次數(shù)大于n的正交表并且水平數(shù)大于等于m、因素?cái)?shù)大于等于k。混合水平正交表：如果存在試驗(yàn)次數(shù)等于n，并且水平數(shù)大于等于max(m1,m2,m3,)、因素?cái)?shù)大于等于(k1+k2+k3+)的正交表，我們把這個(gè)正交表拿過(guò)來(lái)套用。如果不存在試驗(yàn)次數(shù)等于n的正交表，我們就得找出滿足試驗(yàn)次數(shù)大于n的正交表并且水平

8、數(shù)大于等于max(m1,m2,m3,)、因素?cái)?shù)大于等于(k1+k2+k3+)。當(dāng)有2個(gè)或2個(gè)以上正交表可以被選擇時(shí)，選取原則是選試驗(yàn)次數(shù)最少的那個(gè)正交表。根據(jù)正交表把變量的值映射到表中，設(shè)計(jì)測(cè)試用例把變量的值映射到正交表中，每一行的各因素的取值組合作為一個(gè)測(cè)試用例。用正交表設(shè)計(jì)測(cè)試用例的兩種情況：存在試驗(yàn)次數(shù)等于n(n=k*(m-1)+1)的正交表案例1：假設(shè)一個(gè)網(wǎng)頁(yè)有3個(gè)不同的部分（Top、Middle、Bottom），并且每個(gè)部分都可以單獨(dú)顯示及隱藏。要測(cè)試這三個(gè)不同部分的交互。按照前面給出的正交表測(cè)試用例設(shè)計(jì)步驟，用正交試驗(yàn)法設(shè)計(jì)測(cè)試用例。確定因素?cái)?shù)和水平數(shù)確定有3個(gè)獨(dú)立變量且每個(gè)變量2

9、個(gè)取值：Top(Hidden, Visible), Middle(Hidden, Visible), Bottom(Hidden, Bottom)根據(jù)因素?cái)?shù)和水平數(shù)確定n值水平數(shù)：m=2因素?cái)?shù)：k=3Ln（23）n=k*(m-1)+1=3*(2-1)+1=4選擇合適的正交表先看看正交表里有沒(méi)有試驗(yàn)次數(shù)=4的正交表，如果有我們?cè)倏纯匆蛩財(cái)?shù)和水平數(shù)是不是符合。選擇正交表L4（23）變量為三因素，值為二水平，恰好相符。把變量的值映射到表中，并設(shè)計(jì)測(cè)試用例 Hidden=0，Visible=1列數(shù)TopMiddleBottom1HiddenHiddenHidden2HiddenVisibleVisib

10、le3VisibleHiddenVisible4VisibleVisibleHidden把表中每一行轉(zhuǎn)換成測(cè)試用例，可以得到4個(gè)測(cè)試用例如下：1. 隱藏Top，Middle，Bottom這三部分2顯示除Top外的其它部分3顯示出Middle部分外的其它部分4. 顯示除Bottom部分外的其它部分不存在試驗(yàn)次數(shù)等于n(n=k*(m-1)+1)的正交表案例2：手機(jī)照相機(jī)的拍攝模式是普通模式，針對(duì)對(duì)比度（正常，極低，低，高，極高）、色彩效果（無(wú)，黑白，棕褐色，負(fù)片，水綠色）、感光度（自動(dòng)，100，200，300，400，800）、白平衡（自動(dòng)，白熾光，日光，熒光，陰光）、照片大小（5M, 3M, 2

11、M, 1M, VGA）、閃光模式（關(guān)，開(kāi)）各個(gè)值用正交試驗(yàn)法設(shè)計(jì)測(cè)試用例。1. 確定因素?cái)?shù)和水平數(shù)因素?cái)?shù)：對(duì)比度，色彩效果，感光度，白平衡，照片大小，閃光模式水平數(shù)：對(duì)比度：正常、極低、低、高、極高色彩效果：無(wú)、黑白、棕褐色、負(fù)片、水綠色感光度：自動(dòng)、100、200、400、800白平衡：自動(dòng)、白熾光、日光、熒光、陰光照片大?。?M、3M、2M、1M、VGA閃光模式：開(kāi)、關(guān)2. 根據(jù)因素?cái)?shù)和水平數(shù)確定n值m1=5, k1=5m2=2, k2=1Ln(5521)n=k1*(m1-1)+k2* (m2-1)+1=5*(5-1)+1*(2-1)+1=20+1+1=223. 選擇合適的正交表根據(jù)計(jì)算得

12、出n=22,我們先看看有沒(méi)有試驗(yàn)次數(shù)等于22的正交表，實(shí)際上不存在n=22的正交表，這個(gè)時(shí)候我們就得找n大于22并且滿足m>=max(m1=5,m2=2),k>=k1+k2=5+1=6的正交表。查到L25（56）,L49(78)都滿足當(dāng)有2個(gè)或2個(gè)以上正交表可以被選擇時(shí)，選取原則是選試驗(yàn)次數(shù)最少的那個(gè)正交表，所以我們選L25（56）正交表。12345611111112122222313333341444445155555621234572234518234512924512310251234113135241232413513335241143正交試驗(yàn)法的優(yōu)缺點(diǎn)正交試驗(yàn)法作為設(shè)計(jì)測(cè)

13、試用例的方法之一，也有其優(yōu)缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：根據(jù)正交性從全面試驗(yàn)中挑選出部分有代表性的點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，這些有代表性的特點(diǎn)具備了“均勻分散，整齊可比”的特點(diǎn)。通過(guò)使用正交試驗(yàn)法減少了測(cè)試用例，合理地減少測(cè)試的工時(shí)與費(fèi)用，提高測(cè)試用例的有效性。是一種高效率、快速、經(jīng)濟(jì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。缺點(diǎn)：對(duì)每個(gè)狀態(tài)點(diǎn)同等對(duì)待，重點(diǎn)不突出，容易造成在用戶不常用的功能或場(chǎng)景中，花費(fèi)不少時(shí)間進(jìn)行測(cè)試設(shè)計(jì)與執(zhí)行，而在重要路徑的使用上反而沒(méi)有重點(diǎn)測(cè)試。雖然正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)有上述不足，但它能通過(guò)部分試驗(yàn)找到最優(yōu)水平組合，因而很受實(shí)際工作者的青睞。4因子3狀態(tài))1 確定 正 交表的行和列。 每個(gè)因素有3個(gè)水平，共需安排9次試驗(yàn))2 確 定正 交表的內(nèi)容. 對(duì)每 個(gè) 因 素的水平進(jìn)行編號(hào)，分別為1、2、3，并將試驗(yàn)按照