基于灰色广义回归神经网络的小样本软件可靠性预计方法

摘要

本发明公开了一种基于灰色广义回归神经网络的小样本软件可靠性预计方法，首先对收集的小样本软件可靠性测试数据中的失效时间数据和测试覆盖率数据分别使用改进的Bootstrap方法进行仿真、扩充，形成与小样本可靠性数据具有相同失效统计规律的扩充可靠性数据；然后得到扩充可靠性数据的失效时间、测试覆盖率和不可靠度的三维曲线；建立灰色广义回归神经网络；采用扩充的可靠性数据对灰色广义回归神经网络进行训练，建立小样本软件可靠性预计模型；最后使用该模型进行预测，获得软件可靠性预计信息。该方法避免了复杂多元似然方程的求解，解决了软件可靠性预计中人工神经网络建模需要大量样本进行训练才能得到可用的预测模型的问题。

主权项

1.基于灰色广义回归神经网络的小样本软件可靠性预计方法，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤一：收集测试数据；通过软件可靠性增长测试，收集测试数据t_i为失效时间，C_i为测试覆盖率，N_i为累计失效数，i＝1，…，N，N为收集到的测试数据的数目；步骤二：确定失效时间数据和测试覆盖率数据的分布；将测试数据中的失效时间和测试覆盖率分别看作一维随机序列，首先用概率图法确定各一维随机序列的概率分布类型，确定概率分布类型后，使用最小二乘法确定各一维随机序列各自所服从分布的分布参数；步骤三：使用改进的Bootstrap方法扩充数据；根据步骤二所获得的失效时间和测试覆盖率各自所服从的具体的概率分布，随机抽样产生与原数据具有相同统计规律的仿真失效时间数据和仿真测试覆盖率数据，仿真失效时间数据和仿真测试覆盖率数据分别与原始的失效时间和测试覆盖率数据合并后获得扩充失效时间数据和扩充测试覆盖率数据，扩充后失效时间数据为扩充后测试覆盖率数据为其中M为扩充后样本容量，M≥N，然后，采用经验分布函数的方法构造扩充的失效时间-不可靠度曲线和扩充的测试覆盖率-不可靠度曲线，最后，根据这两条曲线，先将不可靠度乘以总的累计失效数转化为对应的累计失效数，得到扩充的累计失效数数据构造扩充的失效时间、测试覆盖率和累计失效数的三维曲线，三维曲线上的数据点集即为扩充的测试数据；步骤四：使用灰色预测模型GM(1，1)对数据进行处理；使用灰色预测模型GM(1，1)对步骤三所得的扩充的累计失效数数据进行处理，获得累计失效数数据的灰色模型预计序列得到规律的扩充测试数据步骤五：建立广义回归人工神经网络；首先确定网络的输入和输出，将失效时间t_i和测试覆盖率C_i作为网络的输入向量，相应的累计失效数N_i作为目标向量，建立2个输入单元、1个输出单元的广义回归神经网络，确定网络初始参数值为默认初始值；步骤六：训练广义回归神经网络；使用规律的扩充测试数据对所建立的神经网络进行训练，输入向量集合为相应的目标向量集合为将输入向量和目标向量进行归一化处理，然后输入网络对其进行训练，采用留一交叉验证法训练神经网络，共需进行M轮训练；步骤七：利用训练好的神经网络进行预计；将需要预计的点处的失效时间t₀和测试覆盖率C₀作为输入向量输入网络，网络输出值N₀即为对应的累计失效数的预计值。