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随机生成代码能修复软件bug吗?

杰克罗桑伯格
2010年10月20日
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进化的原则可以应用到软件代码中并用于改进它吗?斯蒂芬妮·福勒斯特我是这么认为的，而且有一些令人鼓舞的数据可以证明这一点。

福雷斯特，他是新墨西哥大学计算机科学系教授她最著名的工作是自适应系统，包括遗传算法、生物建模和计算机安全。她开始2010年轰动她发表了题为“可进化软件的案例”的主题演讲，在演讲中，她介绍了早期研究，由Westley魏玛在弗吉尼亚大学，他将进化生物学的原理融入到软件过程中。

在她的演讲中，Forrest展示了可进化软件是如何成功应用于自动bug修复的;优化和改进代码，包括程序集级代码;并创建现有软件功能的新组合。

当Forrest谈到进化时，她谈论的是将进化的基本原则——特别是随机变异、选择和继承——应用到软件代码中。虽然这个想法可能会让一些人觉得激进，但Forrest指出，将进化原则应用到软件代码的想法可以追溯到约翰•霍兰德1975年，他写了一本关于遗传算法的开创性著作《适应自然和人工系统》(Adaptation in Natural and Artificial Systems)。(霍兰德的论文:“以类似自然选择的方式‘进化’的计算机程序可以解决复杂的问题，即使它们的创造者也不能完全理解。”)同样，其他研究人员目前正在研究可进化软件，福瑞斯特简要地提到了三位计算机科学家的工作:安德里亚·阿库里，迈克尔·奥洛夫,Moshe饮者．

福雷斯特在新墨西哥大学的一个项目是进化程序修复在这种情况下，基因编程被用来进化程序变体，直到找到一个既保留所需功能又修复有问题的错误。(本项目涉及C语言软件。)到目前为止，Forrest, Weimer和他们的同事们已经将可进化软件应用到大约25个漏洞百出的程序中，并将它们全部修复。问题软件的复杂度从22行代码到35000多行代码不等。在22行代码中，错误是一个无限循环。在较大的示例中，问题涉及到受堆栈溢出困扰的FTP服务器代码。

Forrest认为使用可进化软件修复小错误的方法很有前途，因为大多数错误都很小。她引用了韦默的一些研究，韦默研究了20,000块补丁Eclipse结果发现，10%的斑块长度不超过2行，20%的斑块长度不超过5行，53%的斑块长度不超过25行。

可进化软件的另一个有利方面是，它不仅可以自动修复错误，而且可以及时这样做。例如，微软(Microsoft)的Zune 30音乐播放器就受到一个漏洞的困扰，当输入的是闰年的最后一天(2008年12月31日)时，就会出现无限循环。在这种情况下Zune错误这个可进化的软件补丁只花了42秒。根据Forrest的研究，可进化软件可以在平均6分钟内定位并修复一个漏洞。

可演化软件还可以应用于更复杂的软件。埃里克·舒尔特他曾使用可进化软件修复多种语言的直接编译汇编代码，包括Java。舒尔特的研究将在ASE 2010．

此外，Forrest、Weimer和同事们已经将可进化软件应用到现有的软件程序中，以删除不必要的代码，使它们更简洁。在他的研究中，韦默发现可进化软件可以减少软件程序的指令数量高达40%，而对质量几乎没有明显的影响，福雷斯特说。

尽管所有这些结果都是令人鼓舞的，Forrest注意到一个与健壮性有关的重要问题:对原始程序应用突变是否会导致不受欢迎的突变?她说，答案有时是肯定的，有时不是。Forrest引用了一篇论文《突变鲁棒性和自动程序修复》伊桑快他发现30%的随机一步突变是中性的。

总之，Forrest认为“软件进化是一个可以实现的目标。”根据她在SPLASH 2010上的主题演讲，以及观众鼓励的反应和随后的讨论，Forrest很可能是对的。

杰克罗桑伯格是高级编辑，新闻，的ACM通信．

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