كيفية اختبار البرامج العلمية؟

Question

أنا مقتنع بأن اختبار البرمجيات مهم للغاية ، خاصة في العلوم. ومع ذلك ، على مدى السنوات الست الماضية ، لم أجد أي مشروع برمجي علمي كان قيد الاختبارات العادية (ومعظمهم لم يتم التحكم في الإصدار).

الآن أتساءل كيف تتعامل مع اختبارات البرمجيات للرموز العلمية (الحسابات العددية).

من وجهة نظري ، غالبًا ما تفوت اختبارات الوحدة القياسية هذه النقطة ، حيث لا توجد نتيجة دقيقة ، لذلك باستخدام assert(a == b) قد يكون من الصعب بعض الشيء بسبب الأخطاء العددية "العادية".

لذلك أنا أتطلع إلى قراءة أفكارك حول هذا.

Answer 1

أنا أيضًا في الأوساط الأكاديمية وقد كتبت برامج محاكاة ميكانيكية كمية ليتم تنفيذها على المجموعة لدينا. لقد قدمت نفس الملاحظة فيما يتعلق بالاختبار أو حتى التحكم في الإصدار. كنت أسوأ: في حالتي ، أستخدم مكتبة C ++ لمحاكاة بلدي ، والرمز الذي حصلت عليه من الآخرين هو رمز السباغيتي الخالص ، لا ميراث ، ولا حتى وظائف.

لقد أعادت كتابتها وقمت أيضًا بتطبيق بعض اختبارات الوحدة. أنت محق في أنه يتعين عليك التعامل مع الدقة العددية ، والتي يمكن أن تكون مختلفة اعتمادًا على الهندسة المعمارية التي تعمل عليها. ومع ذلك ، فإن اختبار الوحدة ممكن ، طالما أنك تأخذ أخطاء التقريب العددية هذه في الاعتبار. لا ينبغي أن تعتمد نتيجتك على تقريب القيم العددية ، وإلا سيكون لديك مشكلة مختلفة مع متانة الخوارزمية الخاصة بك.

لذلك ، في الختام ، أستخدم اختبار الوحدة لبرامجي العلمية ، وهو يجعل حقًا أكثر ثقة في النتائج ، خاصة فيما يتعلق بنشر البيانات في النهاية.

Answer 2

مجرد النظر في مشكلة مماثلة (Google: "اختبار البرامج العلمية") وتوصل إلى بعض الأوراق التي قد تكون ذات أهمية. تغطي هذه أخطاء الترميز الدنيوية والقضايا الأكبر لمعرفة ما إذا كانت النتيجة صحيحة (عمق عباءة الأرض؟)

http://http.icsi.berkeley.edu/ftp/pub/speech/papers/wikipapers/cox_harris_testing_numerical_software.pdf

http://www.cs.ua.edu/~secse09/presentations/09_hook.pdf (الرابط المكسور ؛ الرابط الجديد هو http://www.se4science.org/workshops/secse09/presentations/09_hook.pdf)

http://www.associationforsoftwaretesting.org/؟dl_name=dianekellyRebeccasanders_TheChallengeStingStingScientificsoftware_paper.pdf

اعتقدت أن فكرة اختبار الطفرة الموصوفة في 09_hook.pdf (انظر أيضًا matmute.sourceforge.net) مثيرة للاهتمام بشكل خاص لأنها تحاكي الأخطاء البسيطة التي نرتكبها جميعًا. الجزء الأصعب هو تعلم استخدام التحليل الإحصائي لمستويات الثقة ، بدلاً من مراجعات رمز المرور الفردي (MAN أو الجهاز).

المشكلة ليست جديدة. أنا متأكد من أن لدي نسخة أصلية من "ما مدى دقة البرنامج العلمي؟" بقلم هاتون وآخرون أكتوبر 1994 ، حتى ذلك الحين ، أظهرت كيف تباعدت تطبيقات مختلفة لنفس النظريات (كخوارزميات) بسرعة إلى حد ما (إنها أيضًا المرجع 8 في ورقة كيلي آند ساندرز)

Answer 3

أنا أيضًا أستخدم CPPTest لـ TEST_ASSERT_DELTA. أنا أكتب برامج رقمية عالية الأداء في المغناطيسية الكهرومغناطيسية الحاسوبية وكنت بسعادة استخدمها في برامج C ++ الخاصة بي.

عادةً ما أقوم باختبار التعليمات البرمجية العلمية بنفس الطريقة التي أفعل بها مع أي نوع آخر من التعليمات البرمجية ، مع عدد قليل من عمليات التنقل ، وهي:

• أقوم دائمًا باختبار رمواتي العددية للحالات التي لا معنى لها وتأكد من أن الحساب يتوقف بالفعل قبل إنتاج نتيجة. لقد تعلمت هذا بالطريقة الصعبة: كان لدي وظيفة كانت تقوم بحساب بعض استجابات التردد ، ثم قدمت مصفوفة مصممة معهم إلى وظيفة أخرى كحجيلات أعطت إجابتها في النهاية. كان من الممكن أن تكون المصفوفة أي حجم حسب عدد المحطات التي تم تطبيق الإشارة عليها ، لكن وظيفتي لم تكن تتحقق مما إذا كان حجم المصفوفة متسقًا مع عدد المحطات (يجب أن يكون المحطتان يعنيان مصفوفة 2 × 2 XN) ؛ ومع ذلك ، فقد تم لف الرمز نفسه حتى لا يعتمد على ذلك ، لم يهتم بمقاييس المصفوفات لأنه كان عليها فقط القيام ببعض عمليات المصفوفة الأساسية عليها. في نهاية المطاف ، كانت النتائج معقولة تمامًا ، ضمن النطاق المتوقع ، وفي الواقع ، صحيحة جزئيًا - تم تشويه نصف متجه الحل فقط. استغرق الأمر مني بعض الوقت. إذا كانت بياناتك تبدو صحيحة ، فسيتم تجميعها في بنية بيانات صالحة وكانت القيم العددية جيدة (على سبيل المثال لا NANS أو عدد سالب للجزيئات) ولكنها لا معنى لها ، يجب أن تفشل الوظيفة بأمان.

• أقوم دائمًا باختبار إجراءات الإدخال/الإخراج حتى لو كانوا يقرأون مجموعة من الأرقام المفصلية من ملف اختبار. عندما تكتب رمزًا يقوم بالرياضيات الملتوية ، من المغري دائمًا القفز إلى تصحيح الجزء من الكود الذي يتميز بالرياضيات الثقيلة لدرجة أنك تحتاج إلى هزة الكافيين فقط لفهم الرموز. بعد أيام ، تدرك أنك تضيف أيضًا قيمة ASCII لـ \n إلى قائمة النقاط الخاصة بك.

• عند اختبار علاقة رياضية ، أقوم دائمًا باختبارها "حسب الكتاب" ، وقد تعلمت ذلك أيضًا. لقد رأيت الكود الذي كان من المفترض أن يقارن متجهين ولكن فقط فحص مساواة العناصر ولم يتحقق من المساواة في الطول.

Answer 4

يرجى إلقاء نظرة على الإجابات على السؤال كيفية استخدام TDD بشكل صحيح لتنفيذ طريقة رقمية؟