[논문 리뷰] Software graphs and programmer awareness

Gareth Baxter, Marcus Frean|ArXiv.org|2008. 02. 16.

Software Engineering Research참고 문헌 13인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 소프트웨어 종속성 그래프에서 관찰되는 고유한 진입도(구력 법칙) 및 진출도(지수 법칙) 분포를 설명하는 생성 모델을 제안한다. 이 모델은 프로그래머의 인지적 인식에 기인한 비대칭성을 설명한다: 개발자들은 진출도를 능동적으로 관리하지만, 진입도에는 인지하지 못한다. 이 비대칭성을 모델은 오직 진출도에 의존하는 노드 분할 메커니즘을 통해 포착하며, 12개의 자바 애플리케이션과 14개의 메트릭에서 실제 분포를 성공적으로 재현한다.

ABSTRACT

Dependencies between types in object-oriented software can be viewed as directed graphs, with types as nodes and dependencies as edges. The in-degree and out-degree distributions of such graphs have quite different forms, with the former resembling a power-law distribution and the latter an exponential distribution. This effect appears to be independent of application or type relationship. A simple generative model is proposed to explore the proposition that the difference arises because the programmer is aware of the out-degree of a type but not of its in-degree. The model reproduces the two distributions, and compares reasonably well to those observed in 14 different type relationships across 12 different Java applications.

연구 동기 및 목표

• 다양한 자바 애플리케이션에서 관찰되는 소프트웨어 종속성 그래프의 지속적인 진입도 및 진출도 분포 간 비대칭성을 설명하기 위해.
• 프로그래머가 진출도에만 주목하고 진입도에는 무관심한 것이 관측된 분포 형태를 설명할 수 있는지 조사하기 위해.
• 이 인지적 비대칭성을 반영하고 실세계의 도수 분포를 재현할 수 있는 단순한 생성 모델을 개발하고 검증하기 위해.
• 모델의 탄력성과 일반화 능력을 다양한 소프트웨어 메트릭과 실제 애플리케이션에서 테스트하여 특정 설계 패턴을 초월한 적용 가능성을 입증하기 위해.

제안 방법

• 모델은 기존 노드 간에 간선을 추가하고, 노드가 자신의 진출도에 따라 분할되도록 하여 방향 그래프를 생성한다.
• 노드 분할은 진입도가 아닌 부모의 진출도에 의해만 유도되며, 이는 프로그래머가 진출도에만 주목한다는 사실을 모델링한다.
• 간선 생성에는 선호적 첨부 기법을 사용하여 진출도가 높은 노드를 우선시한다.
• 진출도 분포는 진출도에 의존하는 분할 확률에 기반한 확률 과정에서 유도되며, 지수 분포를 이룬다.
• 진입도 분포는 네트워크 성장 과정에서 자연스럽게 유도되며, 실증 데이터와 일치하는 구력 법칙을 따른다.
• 모델은 12개의 실제 자바 애플리케이션에서 수집한 14개 메트릭의 예측 도수 분포를 로그-로그 및 로그-선형 그래프를 사용하여 실증 데이터와 비교함으로써 검증된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 왜 소프트웨어 그래프의 진입도 분포는 항상 구력 법칙을 따르는 반면, 진출도 분포는 지수 형태를 따를까?
• RQ2 관측된 분포 비대칭성의 정도가 진입도에 대한 인지 부족과는 별개로 진출도에 대한 프로그래머의 인지에 기인할 수 있는가?
• RQ3 비대칭적 노드 분할에 기반한 단순한 생성 모델이 실제 소프트웨어 시스템에서 관측된 실증 도수 분포를 재현할 수 있는가?
• RQ4 모델의 성능이 다양한 소프트웨어 애플리케이션과 다양한 종류의 종속성 메트릭에서 동일하게 유지되는가?

주요 결과

• 모델은 12개의 실제 자바 애플리케이션에서 14개의 다른 종속성 메트릭에 대해 관측된 구력 법칙 진입도 및 지수 진출도 분포를 성공적으로 재현하였다.
• 핵심 메커니즘인 오직 진출도에 의존하는 노드 분할이 도수 분포 형태의 전체 비대칭성을 설명한다.
• 모델의 예측은 특히 분포의 꼬리 영역에서 실증 데이터와 잘 일치하여 모델의 설명력이 확인된다.
• 다양한 애플리케이션과 메트릭에서의 성공은 프로그래머가 진출도에 주목한다는 사실이 소프트웨어 아키텍처를 형성하는 근본적이고 일반적인 메커니즘임을 시사한다.
• 모델는 복잡하거나 애플리케이션 특화된 가정 없이도 관측된 네트워크 구조를 최소한의 설명으로 충분히 설명할 수 있다.