軟件工程原理與實(shí)踐（碩士）課件 12 軟件工程新進(jìn)展

高級(jí)軟件工程

SoftwareEngineering軟件工程新進(jìn)展02-群體軟件工程01-智能軟件工程03-量子軟件工程202-群體軟件工程01-智能軟件工程AIforSESEforAI03-量子軟件工程3代碼大數(shù)據(jù)4代碼大數(shù)據(jù)的形成引發(fā)了

“利用大模型解決開(kāi)發(fā)問(wèn)題”的研究海量高質(zhì)量代碼求解問(wèn)題大模型學(xué)習(xí)5①程序員智能編程軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)與工具的智能化趨勢(shì)6AI結(jié)對(duì)編程機(jī)器人代碼搜索代碼補(bǔ)全代碼生成代碼翻譯代碼自動(dòng)摘要缺陷自動(dòng)修復(fù)代碼風(fēng)格改善……②最終用戶編程（End-UserProgramming）What?End-UserProgrammingcanbedefinedasasetofmethods,techniques,andtoolsthatallowusersofsoftwaresystems,whoareactingasnon-professionalsoftwaredevelopers,atsomepointtocreate,modifyorextendasoftwareartifact.Why?ImpactbillionsofpeopleTakeawaymostofthetediousdetailsFuncrossdisciplineresearchHow?ProgramsynthesisDSL（DomainSpecificLanguage),如Scratch、AppInventorNo-codedevelopment7程序合成(ProgramSynthesis)示例編程（programmingbyexample,example2code）基于輸入輸出樣例的程序合成8X&(1+((x-1)|x))01011->0100000000->

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01000搜索9演示編程（programmingbydemo,demo2code）代碼生成工具通過(guò)“觀察”最終用戶的操作，將這些操作序例作為最終用戶編的程序，有點(diǎn)類(lèi)似一個(gè)宏錄制器例如回歸測(cè)試工具的腳本錄制、機(jī)器人的演示編程等DSLMITScratch()一個(gè)適合兒童的可視化編程語(yǔ)言10無(wú)代碼（no-code）開(kāi)發(fā)一種最終用戶編程技術(shù)。將“系統(tǒng)研發(fā)”封裝成業(yè)務(wù)人員能夠理解的自定義配置能力。通過(guò)簡(jiǎn)單配置方式進(jìn)行個(gè)性化應(yīng)用開(kāi)發(fā)，滿足簡(jiǎn)單場(chǎng)景需求，例如常見(jiàn)的一些用于個(gè)人信息收集的輕應(yīng)用。11/不僅僅是代碼大數(shù)據(jù)......海量的軟件開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)一個(gè)大規(guī)模的軟件系統(tǒng)常常由幾十萬(wàn)名開(kāi)發(fā)人員開(kāi)發(fā)，不僅產(chǎn)生幾千萬(wàn)行以上的代碼、上千的版本版次、幾萬(wàn)個(gè)構(gòu)件，而且還有大量需求、設(shè)計(jì)模型、測(cè)試用例、缺陷、變更、計(jì)劃、任務(wù)、以及開(kāi)發(fā)人員間的討論記錄和郵件列表等。13用AI解決軟件工程問(wèn)題代碼數(shù)據(jù)需求與評(píng)論數(shù)據(jù)運(yùn)維數(shù)據(jù)機(jī)器學(xué)習(xí)智能編程代碼生成與推薦代碼缺陷靜態(tài)檢測(cè)缺陷自動(dòng)修復(fù)智能需求需求分析自動(dòng)化軟件問(wèn)題分類(lèi)排序智能運(yùn)維故障分析與預(yù)測(cè)異常檢測(cè)系統(tǒng)優(yōu)化NLPIRClassificationClusteringTopicModelingDeepLearningCNNRNNwithAttentionPretrainedLanguageModelTransferLearningReinforcementLearningGAN測(cè)試數(shù)據(jù)智能測(cè)試自動(dòng)測(cè)試缺陷排序管理與溝通數(shù)據(jù)智能管理軟件估算程序員畫(huà)像程序員推薦項(xiàng)目健康度評(píng)估14智能管理：程序員畫(huà)像基本信息IT工作年限信譽(yù)歷史項(xiàng)目數(shù)協(xié)同行為能力特征工作類(lèi)型行業(yè)領(lǐng)域技能項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)興趣特征關(guān)注的工作類(lèi)型關(guān)注的行業(yè)領(lǐng)域關(guān)注的技能關(guān)注的項(xiàng)目關(guān)鍵字可承接狀態(tài)駐地學(xué)歷語(yǔ)言年齡性別經(jīng)驗(yàn)特征通過(guò)對(duì)開(kāi)源軟件社區(qū)和問(wèn)答社區(qū)的數(shù)據(jù)的分析挖掘，自動(dòng)對(duì)程序員的能力進(jìn)行評(píng)估與建模。在用戶同一認(rèn)定的基礎(chǔ)上，從標(biāo)簽中提取編程能力詞條，結(jié)合用戶回答問(wèn)題的數(shù)量和評(píng)分，以及開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的數(shù)量和代碼質(zhì)量，對(duì)其各項(xiàng)編程能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。15三類(lèi)程序員1602-群體軟件工程01-智能軟件工程AIforSESEforAI03-量子軟件工程17SEforAI:軟件2.0/@karpathy/software-2-0-a64152b37c35“Codewrittenbyanoptimization,commonlyintheformofneuralnetworktraining.”18AI軟件的Bug是什么？以深度學(xué)習(xí)系統(tǒng)為例19深度學(xué)習(xí)系統(tǒng)的測(cè)試研究方向?qū)箻颖緶y(cè)試分析和構(gòu)造特殊（微小改變）樣本使得AI系統(tǒng)失效變異測(cè)試自動(dòng)化注入Bug以評(píng)估測(cè)試集充分性測(cè)試樣本多樣性度量已有測(cè)試樣本集合的多樣性，進(jìn)一步擴(kuò)增測(cè)試樣本蛻變測(cè)試采用蛻變關(guān)系描述輸入/輸出關(guān)系解決測(cè)試預(yù)言缺失問(wèn)題GAN生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)生成給定需求的測(cè)試20其它軟工問(wèn)題：公平、性能、產(chǎn)權(quán)保護(hù)等Client1.reverseengineerAttackerCompany(modelowner)PirateModelreleasemodel2.piratestructurepiracyparameterpiracy客戶端運(yùn)行AI是趨勢(shì)2102-群體軟件工程01-智能軟件工程03-量子軟件工程蜂群筑巢魚(yú)群避敵黏菌聚合螞蟻尋食22傳統(tǒng)軟件工程特點(diǎn)精英化計(jì)劃性封閉化不足面臨軟件規(guī)模龐大，開(kāi)發(fā)內(nèi)容日趨多樣化，技術(shù)變更迅速的挑戰(zhàn)，表現(xiàn)出：開(kāi)發(fā)人員不足，開(kāi)發(fā)進(jìn)度慢，成本高，缺乏新思想案例：WindowsVista，功能模塊大約6萬(wàn)個(gè)，代碼6千萬(wàn)行，使用9千名專(zhuān)業(yè)人才，歷時(shí)5年完成23新的開(kāi)發(fā)模式－群體開(kāi)發(fā)模式軟件生態(tài)：群體化、開(kāi)放性、生長(zhǎng)式的開(kāi)發(fā)模式基于互聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模開(kāi)發(fā)者群體不斷創(chuàng)新的軟件產(chǎn)品與服務(wù)基于個(gè)體智慧疊加的社會(huì)化生產(chǎn)活動(dòng)一種基于互聯(lián)網(wǎng)的社會(huì)化軟件生產(chǎn)方式在軟件的開(kāi)發(fā)效率和開(kāi)發(fā)質(zhì)量方面展現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢(shì)對(duì)傳統(tǒng)以公司為主體的軟件開(kāi)發(fā)模式帶來(lái)變革性影響24用群體解決超量TopCoder采用競(jìng)爭(zhēng)性的群體軟件開(kāi)發(fā)模式，把美國(guó)在線委托的通訊后端系統(tǒng)分成52個(gè)部分，由開(kāi)發(fā)社區(qū)招標(biāo)，共計(jì)25萬(wàn)名開(kāi)發(fā)人員加入到開(kāi)發(fā)社區(qū)。傳統(tǒng)軟件工程需要1年完成的事他們5個(gè)月就完成了。并且程序中每一千行代碼平均只有0.98個(gè)漏洞，遠(yuǎn)低于業(yè)內(nèi)每千行6個(gè)的標(biāo)準(zhǔn)。25三種群體開(kāi)發(fā)形態(tài)基于互聯(lián)網(wǎng)群體智能的軟件開(kāi)發(fā)目前已經(jīng)在工業(yè)界形成了三種新形態(tài)：開(kāi)源軟件開(kāi)發(fā)(OpenSourceSoftware)眾包軟件開(kāi)發(fā)(CrowdsourcingSoftwareDevelopment)應(yīng)用程序商店(ApplicationStore)26開(kāi)源軟件生態(tài)27開(kāi)源軟件的開(kāi)發(fā)模式迭代開(kāi)發(fā)與持續(xù)演化用戶創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)以代碼為中心的開(kāi)發(fā)“眾人之眼”的質(zhì)量保障分布式組織方式松耦合的團(tuán)隊(duì)協(xié)同無(wú)障礙的代碼復(fù)用28開(kāi)源貢獻(xiàn)貢獻(xiàn)源代碼撰寫(xiě)或更新文檔參與討論設(shè)計(jì)和方案測(cè)試軟件發(fā)現(xiàn)和報(bào)告問(wèn)題評(píng)審和檢查源代碼提交新的需求幫助解答用戶的問(wèn)題創(chuàng)建文章和視頻等內(nèi)容來(lái)提升項(xiàng)目的知名度幫助創(chuàng)建興趣社區(qū)等2902-群體軟件工程01-智能軟件工程03-量子軟件工程30量子計(jì)算機(jī)（quantumcomputer）量子計(jì)算機(jī)是一類(lèi)遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算、存儲(chǔ)及處理量子信息的物理裝置。量子計(jì)算機(jī)在原理上具有超快的并行計(jì)算能力，可望通過(guò)特定算法在密碼破譯、大數(shù)據(jù)優(yōu)化、天氣預(yù)報(bào)、材料設(shè)計(jì)、藥物分析等領(lǐng)域，提供比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)更強(qiáng)的算力支持。31量子計(jì)算機(jī)的原理量子比特（qubit）經(jīng)典計(jì)算機(jī)信息的基本單元是比特，用0與1表示。在量子計(jì)算機(jī)中，基本信息單位是量子比特，它以?xún)蓚€(gè)邏輯態(tài)的疊加態(tài)的形式存在。態(tài)疊加原理一個(gè)體系中，每一種可能的運(yùn)動(dòng)方式就被稱(chēng)作態(tài)。在微觀體系中，量子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)法確定，呈現(xiàn)統(tǒng)計(jì)性，與宏觀體系確定的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相反。量子態(tài)就是微觀體系的態(tài)。量子糾纏當(dāng)兩個(gè)粒子互相糾纏時(shí)，一個(gè)粒子的行為會(huì)影響另一個(gè)粒子的狀態(tài)，此現(xiàn)象與距離無(wú)關(guān)。量子并行原理量子計(jì)算機(jī)以指數(shù)形式儲(chǔ)存數(shù)字，通過(guò)將量子位增至300個(gè)量子位就能儲(chǔ)存比宇宙中所有原子還多的數(shù)字，并能同時(shí)進(jìn)行運(yùn)算。32研究進(jìn)程1982年，美國(guó)著名物理物學(xué)家理查德·費(fèi)曼在一個(gè)公開(kāi)的演講中提出利用量子體系實(shí)現(xiàn)通用計(jì)算的新奇想法。1985年，英國(guó)物理學(xué)家大衛(wèi)·杜斯提出了量子圖靈機(jī)模型。1994年，AT&T公司的PererShor博士發(fā)現(xiàn)了因子分解的有效量子算法。2007年，加拿大DWave公司成功研制出一臺(tái)具有16昆比特的“獵戶星座”量子計(jì)算機(jī)。2009年11月，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院研制出可處理兩個(gè)昆比特?cái)?shù)據(jù)的量子計(jì)算機(jī)。2015年6月，全球第一家量子計(jì)算公司D-Wave宣布其突破了1000量子位的障礙、開(kāi)發(fā)出了一種新的處理器。2017年3月6日，IBM推出全球首個(gè)商業(yè)“通用”量子計(jì)算服務(wù)。2020年12月4日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)成功構(gòu)建76個(gè)光子的量子計(jì)算原型機(jī)“九章”，求解數(shù)學(xué)算法高斯玻色取樣只需200秒，而目前世界最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)要用6億年。這一突破使中國(guó)成為全球第二個(gè)實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”的國(guó)家。33IBMD-Wave九章量子計(jì)算機(jī)的三個(gè)階段發(fā)展第一階段，研制50個(gè)到100個(gè)量子比特的專(zhuān)用量子計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”里程碑式突破。第二階段，研制可操縱數(shù)百個(gè)量子比特的量子模擬機(jī)，解決一些超級(jí)計(jì)算機(jī)無(wú)法勝任、具有重大實(shí)用價(jià)值的問(wèn)題，比如量子化學(xué)、新材料設(shè)計(jì)、優(yōu)化算法等。第三階段，大幅提高量子比特的操縱精度、集成數(shù)量和容錯(cuò)能力，研制可編程的通用量子計(jì)算原型機(jī)。35量子編程語(yǔ)言36①匯編層級(jí)的量子編程QX模擬器：這個(gè)模擬器用來(lái)模仿通用量子計(jì)算機(jī)的行為。它可以讓程序員設(shè)計(jì)并模仿量子算法。要利用QX模擬器來(lái)執(zhí)行算法，程序員需要依照量子匯編語(yǔ)言（QASM）描述算法流程。37②附帶量子庫(kù)的經(jīng)典語(yǔ)言Qiskit：2017年由IBM研究會(huì)開(kāi)發(fā)維護(hù)的Python量子信息科學(xué)工具包。它是最受歡迎、使用最廣泛的量子編程庫(kù)。Qiskit受歡迎的原因之一是其活躍繁忙的社區(qū)。你也可以在實(shí)際的IBM量子計(jì)算機(jī)上運(yùn)行Python代碼。Cirq:這是一個(gè)由谷歌開(kāi)發(fā)的非官方Python庫(kù)，測(cè)試都在谷歌的量子計(jì)算機(jī)上進(jìn)行編寫(xiě)和運(yùn)行。Cirq可以用來(lái)編寫(xiě)和模擬量子算法。然而，谷歌不允許其他人使用他們的設(shè)備運(yùn)行代碼。Pyquil:由Rigetti建立的一個(gè)Python庫(kù)，可使用叫作Quil（同樣由Rigetti開(kāi)發(fā)）的量子指令語(yǔ)言在Rigetti設(shè)備上編寫(xiě)和執(zhí)行量子算法。Quil在語(yǔ)法上與QASM相似。Scaffold:可用來(lái)在經(jīng)典設(shè)備上編寫(xiě)和運(yùn)行量子算法的C++庫(kù)。Strange:這是可編寫(xiě)和運(yùn)行量子算法的Java應(yīng)用程序接口。Strange通過(guò)傳統(tǒng)的Java分布頻段分布，利用Maven或Gradle簡(jiǎn)化其使用。3839③量子編程語(yǔ)言Q#：這是由微軟開(kāi)發(fā)的量子編程語(yǔ)言，能夠編寫(xiě)并執(zhí)行量子代碼。這是