測試用例設計方法--正交試驗法詳解

1、測試用例設計方法-正交試驗法詳解正交試驗法介紹正交試驗法是研究多因素、多水平的一種試驗法，它是利用正交表來對試驗進行設計，通過少數(shù)的試驗替代全面試驗，根據(jù)正交表的正交性從全面試驗中挑選適量的、有代表性的點進行試驗，這些有代表性的點具備了“均勻分散，整齊可比”的特點。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代表試驗次數(shù)或正交表的行數(shù)，k代表最多可安排影響指標因素的個數(shù)或正交表的列數(shù)，m表示每個因素水平數(shù)，且有n=k*(m-1)+1。正交表的特點正交表具有以下兩個特點。正交表必須滿足這兩個特點，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。這一特點表明每個因素

2、的每個水平與其它因素的每個水平參與試驗的幾率是完全相同的，從而保證了在各個水平中最大限度地排除了其它因素水平的干擾，能有效地比較試驗結(jié)果并找出最優(yōu)的試驗條件。在任意2列其橫向組成的數(shù)字對中，每種數(shù)字對出現(xiàn)的次數(shù)相等。這個特點保證了試驗點均勻地分散在因素與水平的完全組合之中，因此具有很強的代表性。使用正交試驗法的原因?qū)τ趩我蛩鼗騼梢蛩卦囼灒蚱湟蛩厣?，試驗的設計、實施與分析都比較簡單。但在實際工作中，常常需要同時考察3個或3個以上的試驗因素，若進行全面試驗，試驗的規(guī)模很大，由于時間和成本的限制我們不可能進行全面試驗，但是具體挑其中的哪些測試用例進行測試我們心里拿不準，總擔心不做不挑選的那些測試用

3、例會遺漏一些嚴重缺陷。為了有效的、合理地減少測試的工時與費用，我們利用正交試驗法來設計測試用例。正交試驗法就是安排多因素試驗、尋求最優(yōu)水平組合的一種高效率的試驗設計方法。我們用測試實例來進行說明使用正交試驗法設計測試用例的好處。測試需求：某所大學通信系共2個班級，剛考完某一門課程，想通過“性別”、“班級”和“成績”這三個查詢條件對通信系這門課程的成績分布，男女比例或班級比例進行人員查詢：根據(jù)“性別”=“男，女”進行查詢根據(jù)“班級”=“1班，2班”查詢根據(jù)“成績”=“及格，不及格”查詢按照傳統(tǒng)設計全部測試分析上述測試需求，有3個被測元素，被測元素我們稱為因素，每個因素有兩個取值，我們稱之為水平值

4、，所以全部測試用例個數(shù)是2*2*2=8，參見下表序號性別班級成績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計測試用例，我們得到的測試用例個數(shù)是n=3*(2-1)+1=4，對于三因素兩水平的剛好有L4(23)的正交表可以套用，于是用正交表試驗法得出4個測試用例如下：序號性別班級成績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)實際需要可以在用正交試驗法設計用例的基礎上補充一些測試用例。4個測試用例與8個測試用例相比測試用例個數(shù)是減少了。因素數(shù)和水平數(shù)越大越能體現(xiàn)用正交表的好處。例如：對于一個四因素且每個因素均為三

5、水平的試驗，如果按照全面試驗需要進行3*3*3*3=81次。但是如果用正交試驗法選擇L9(34)正交表，n=4*(3-1)+1=9次試驗就可以覆蓋。從這點可以說明用正交試驗法能有效地、合理地減少測試用例和工時，節(jié)約測試成本。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。也就是說該表可以安排一個4水平因素和4個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 設計的正交表Technical Support ( ) com正交表的一個實例:L4(23)2-水平數(shù)3-因素數(shù)n=4-最少試驗次數(shù)確定因素數(shù)和水平數(shù)因素數(shù)：確定測試中有多少個相互獨立的考察變量。水平數(shù)：確定任何一個因素在試驗中能夠取得的最多個值根據(jù)因素數(shù)和水平數(shù)確定n值對于單一水平正交表Ln(mk)，用n=k*(m-1)+1公式計算對于混合水平正交

7、表Ln(m1k1m2k2.mxkx)，用n=k1*(m1-1)+k2*(m2-1)+kx*(mx-1)+1公式計算選擇合適的正交表單一水平正交表：如果存在試驗次數(shù)等于n，并且水平數(shù)大于等于m、因素數(shù)大于等于k的正交表，我們把這個正交表拿過來套用。如果不存在試驗次數(shù)等于n的正交表，我們就得找出滿足試驗次數(shù)大于n的正交表并且水平數(shù)大于等于m、因素數(shù)大于等于k?；旌纤秸槐恚喝绻嬖谠囼灤螖?shù)等于n，并且水平數(shù)大于等于max(m1,m2,m3,)、因素數(shù)大于等于(k1+k2+k3+)的正交表，我們把這個正交表拿過來套用。如果不存在試驗次數(shù)等于n的正交表，我們就得找出滿足試驗次數(shù)大于n的正交表并且水平

8、數(shù)大于等于max(m1,m2,m3,)、因素數(shù)大于等于(k1+k2+k3+)。當有2個或2個以上正交表可以被選擇時，選取原則是選試驗次數(shù)最少的那個正交表。根據(jù)正交表把變量的值映射到表中，設計測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測試用例。用正交表設計測試用例的兩種情況：存在試驗次數(shù)等于n(n=k*(m-1)+1)的正交表案例1：假設一個網(wǎng)頁有3個不同的部分（Top、Middle、Bottom），并且每個部分都可以單獨顯示及隱藏。要測試這三個不同部分的交互。按照前面給出的正交表測試用例設計步驟，用正交試驗法設計測試用例。確定因素數(shù)和水平數(shù)確定有3個獨立變量且每個變量2

9、個取值：Top(Hidden, Visible), Middle(Hidden, Visible), Bottom(Hidden, Bottom)根據(jù)因素數(shù)和水平數(shù)確定n值水平數(shù)：m=2因素數(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有試驗次數(shù)=4的正交表，如果有我們再看看因素數(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，并設計測試用例 Hidden=0，Visible=1列數(shù)TopMiddleBottom1HiddenHiddenHidden2HiddenVisibleVisib

10、le3VisibleHiddenVisible4VisibleVisibleHidden把表中每一行轉(zhuǎn)換成測試用例，可以得到4個測試用例如下：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次數(shù)等于n(n=k*(m-1)+1)的正交表案例2：手機照相機的拍攝模式是普通模式，針對對比度（正常，極低，低，高，極高）、色彩效果（無，黑白，棕褐色，負片，水綠色）、感光度（自動，100，200，300，400，800）、白平衡（自動，白熾光，日光，熒光，陰光）、照片大?。?M, 3M, 2

11、M, 1M, VGA）、閃光模式（關，開）各個值用正交試驗法設計測試用例。1. 確定因素數(shù)和水平數(shù)因素數(shù)：對比度，色彩效果，感光度，白平衡，照片大小，閃光模式水平數(shù)：對比度：正常、極低、低、高、極高色彩效果：無、黑白、棕褐色、負片、水綠色感光度：自動、100、200、400、800白平衡：自動、白熾光、日光、熒光、陰光照片大?。?M、3M、2M、1M、VGA閃光模式：開、關2. 根據(jù)因素數(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)計算得

12、出n=22,我們先看看有沒有試驗次數(shù)等于22的正交表，實際上不存在n=22的正交表，這個時候我們就得找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)都滿足當有2個或2個以上正交表可以被選擇時，選取原則是選試驗次數(shù)最少的那個正交表，所以我們選L25（56）正交表。12345611111112122222313333341444445155555621234572234518234512924512310251234113135241232413513335241143正交試驗法的優(yōu)缺點正交試驗法作為設計測

13、試用例的方法之一，也有其優(yōu)缺點。優(yōu)點：根據(jù)正交性從全面試驗中挑選出部分有代表性的點進行試驗，這些有代表性的特點具備了“均勻分散，整齊可比”的特點。通過使用正交試驗法減少了測試用例，合理地減少測試的工時與費用，提高測試用例的有效性。是一種高效率、快速、經(jīng)濟的實驗設計方法。缺點：對每個狀態(tài)點同等對待，重點不突出，容易造成在用戶不常用的功能或場景中，花費不少時間進行測試設計與執(zhí)行，而在重要路徑的使用上反而沒有重點測試。雖然正交試驗設計有上述不足，但它能通過部分試驗找到最優(yōu)水平組合，因而很受實際工作者的青睞。4因子3狀態(tài))1 確定 正 交表的行和列。 每個因素有3個水平，共需安排9次試驗)2 確 定正 交表的內(nèi)容. 對每 個 因 素的水平進行編號，分別為1、2、3，并將試驗按照