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C.10 Métodos para os quais não foram encontrados os PDFs Parte 2

4.2 Execução

Este experimento foi conduzido utilizando o método de estimativa de software Inter- mediate COCOMO, que é descrito em detalhes na Seção 2.1.2.2, utilizando o dataset COCOMO81 do projeto Promise. Esse dataset contêm dados de 63 projetos reais e será utilizado para calcular a estimativa com e sem a influência dos RNFs na entrada do método de estimativa.

Os datasets do projeto Promise, incluindo o COCOMO81, são disponibilizados no formato ARFF. Uma amostra de trechos do arquivo ARFF é apresentada:

\% 1. T i t l e / T o p i c : c o c o m o 8 1 / s o f t w a r e c o s t e s t i m a t i o n

@ r e l a t i o n c o c o m o 8 1

\% 2. S o u r c e s :

\% - - Boehm ’ s 1 9 8 1 text , t r a n s c r i b e d by S r i n i v a s a n and

,→ F i s h e r \% @ B o o k { boehm81 , ( . . . ) @ d a t a 0 . 8 8 , 1 . 1 6 , 0 . 7 , 1 , 1 . 0 6 , 1 . 1 5 , 1 . 0 7 , 1 . 1 9 , 1 . 1 3 , 1 . 1 7 , 1 . 1 , 1 , 1 . 2 4 , 1 . 1 , 1 . 0 4 , ,→ 1 1 3 , 2 0 4 0 0 .8 8 ,1 . 16 ,0 . 85 , 1 , 1. 0 6 , 1 , 1 .0 7 , 1 , 0 .9 1 ,1 ,0 . 9 , 0. 9 5 , 1 .1 ,1 ,1 , 29 3 , 1 60 0 1 , 1 . 1 6 , 0 . 8 5 , 1 , 1 , 0 . 8 7 , 0 . 9 4 , 0 . 8 6 , 0 . 8 2 , 0 . 8 6 , 0 . 9 , 0 . 9 5 , 0 . 9 1 , 0 . 9 1 , 1 , 1 3 2 , ,→ 243 0 . 7 5 , 1 . 1 6 , 0 . 7 , 1 , 1 , 0 . 8 7 , 1 , 1 . 1 9 , 0 . 9 1 , 1 . 4 2 , 1 , 0 . 9 5 , 1 . 2 4 , 1 , 1 . 0 4 , 6 0 , 2 4 0 0.88 ,0.94 ,1 ,1 ,1 ,0.87 ,1 ,1 ,1 ,0.86 ,0.9 ,0.95 ,1.24 ,1 ,1 ,16 ,33 0.75 ,1 ,0.85 ,1 ,1.21 ,1 ,1 ,1.46 ,1 ,1.42 ,0.9 ,0.95 ,1.24 ,1.1 ,1 ,4 ,43 0.75 ,1 ,1 ,1 ,1 ,0.87 ,0.87 ,1 ,1 ,1 ,0.9 ,0.95 ,0.91 ,0.91 ,1 ,6.9 ,8 1 . 1 5 , 0 . 9 4 , 1 . 3 , 1 . 6 6 , 1 . 5 6 , 1 . 3 , 1 , 0 . 7 1 , 0 . 9 1 , 1 , 1 . 2 1 , 1 . 1 4 , 1 . 1 , 1 . 1 , 1 . 0 8 , ,→ 22 ,1075

Nesse formato, o cabeçalho apresenta detalhes do dataset. No final do arquivo são tabulados os dados de forma que cada linha contém um projeto distinto, e as variá- veis/entradas de um projeto estão separadas por vírgulas. O ARFF foi convertido em uma planilha onde cada coluna é uma entrada diferente do método Intermediate CO- COMO e cada linha apresenta um projeto diferente. A planilha final é análoga à Tabela 4.1.

O cálculo da estimativa de esforço do método com a influência dos RNFs foi realizado a partir desta planilha populada com os dados do dataset. Como o dataset apresenta todas as entradas previstas para o método Intermediate COCOMO, basicamente tivemos que criar as fórmulas, conforme descrito na Seção 2.1.2.2 do método de estimativa.

A Tabela 4.2 apresenta uma amostra (dados de 6 dentre 63 projetos) dessa planilha com os cálculos realizados para a estimativa de esforço utilizando todos os drivers do método Intermediate COCOMO (ou seja, com o uso de RNFs). A primeira coluna da

tabela apresenta o ID do Projeto, a segunda coluna o esforço realizado efetivamente em cada projeto, a terceira o esforço estimado pelo método Intermediate COCOMO, em seguida os valores das constantes a, b e EAF do método e por fim o cálculo do erro utilizando a metodologia MRE.

Tabela 4.2: Amostra de planilha gerada para cálculo da estimativa e do erro utilizando RNFs.

ID do Projeto Esf. Realizado Esf. Estimado a b EAF MRE

1 2040 1863 2.8 1.2 2.28 8.65 2 1600 2152 2.8 1.2 0.84 34.50 3 243 235 3.0 1.12 0.34 1.37 (...) (...) (...) (...) 61 50 47 3.2 1.05 0.44 5.46 62 38 41 3.0 1.12 0.98 8.38 63 15 17 2.8 1.20 0.38 14.23 MMRE - - - 32.26

A segunda execução do experimento, sem a influência dos RNFs, foi realizada utili- zando uma cópia da planilha com os dados do dataset. Para que fosse possível realizar uma estimativa sem a influência dos RNFs, todas as entradas do método de estimativa Intermediate COCOMO que se referem a RNFs receberam o valor 1 em todo o dataset, uma vez que 1 é um valor neutro, que não influenciará na estimativa. Receberam o valor 1 os seguintes parâmetros relacionados a RNF: Required software reliability, Run-time performance constraints, Memory constraints attributes, Volatility of the virtual machine environment e Required turnaround time. A Tabela B.1 no Apêndice mostra todos as en- tradas do Intermediate COCOMO (cost drivers); note que o valor neutro é o apresentado na coluna Nominal. Desta maneira, foi possível calcular o esforço estimado e consequen- temente o erro (MRE) do método sem utilizar RNFs para cada projeto do dataset.

Utilizando esse procedimento obtivemos o esforço estimado para cada projeto utili- zando o método Intermediate COCOMO, utilizando e não utilizando os RNFs no método de estimativa. Como descrito anteriormente, o dataset apresenta o esforço realizado efe- tivamente em cada projeto, ou seja, quanto foi realmente despendido em cada projeto. Assim, foi possível calcular o erro da estimativa (MRE) para cada um dos projetos nos dois cenários (com e sem RNF). A próxima Seção apresenta e analisa os dados obtidos durante esta execução.

4.3

Análise

Esta Seção apresenta a análise realizada sobre os dados obtidos durante a fase de execução deste experimento, levando em consideração os 2 cenários (com e sem a influência de RNFs).

A Tabela 4.3 mostra o erro da estimativa (MRE) em propriedades estatísticas: média (chamada de MMRE), mediana e desvio padrão para todos os projetos envolvidos no

experimento.

Tabela 4.3: Experimento - Intermediate COCOMO com Promise COCOMO81 Com RNF Sem RNF Perc.Redução

Média (MMRE) 32.26 46.67 30,88%

Mediana 22.18 37.29 40,52%

Desvio padrão 32.41 31.65 -

Os números na Tabela 4.3 indicam uma vantagem no uso dos requisitos não-funcionais como entrada para as estimativas. Por exemplo, o uso de RNF reduziu o erro médio de 46.67 para 32.26, uma redução de 30.88%. Analisando a mediana, houve uma redução de 40,52%. No entanto, é importante confirmar que a distribuição dos erros (MRE) com e sem requisitos não funcionais são estatisticamente diferentes.

Conforme justificado na seção 4.1.4 o método Kolmogorov-Smirnov (K-S teste duas amostras) foi utilizado para comparar as duas distribuições (com e sem RNF). Uma ferra- menta online (http://www.physics.csbsju.edu/cgi-bin/stats/KS-test.n.plot) foi utilizada para produzir a Figura 4.1, que mostra graficamente as distribuições acumula- tivas. A diferença máxima entre as distribuições cumulativas é de 0.2857 e o Pr(same) correspondente é 0.009, o que significa que há somente 0.9% de chance das duas distri- buições serem a mesma.

Figura 4.1: Gráfico cumulativo Kolmogorov - Pr(same): probabilidade das duas distri- buições serem a mesma

O experimento mostra que a precisão, conforme mostrado também na Tabela 4.3, foi melhorada cerca de 30% quando os RNFs são utilizados. Já o K-S teste mostrou que as duas distribuições (com e sem RNF) são diferentes com uma segurança estatística de 99.1%. Então, pode-se argumentar que o uso de RNF produz resultados melhores da estimativa, baseado em dados significantemente estatísticos gerados. No entanto, é im- portante ressaltar que os resultados são preliminares e limitados, pois apenas um método de estimativa foi utilizado e este método foi manualmente ajustado para aceitar estimati- vas sem RNF como entrada. Além disso, apenas um dataset foi utilizado. Desta maneira, a afirmação de que estimativas de software sem o uso RNF produzem resultados piores precisa ser confirmada em pesquisas futuras. De qualquer maneira, nossa pesquisa mos- tra que há fortes indicações de que há uma correlação positiva entre o uso de RNFs nas estimativas de esforço e a precisão da estimativa.

Conclusão

Esta dissertação apresentou uma pesquisa com o objetivo de entender quão abrangente é o uso de requisitos não-funcionais como entrada para os métodos algorítmicos de estimativa de esforço na literatura. Uma revisão sistemática foi conduzida para responder o OBJ- 1 (entender como os métodos algorítmicos de estimativa de esforço existentes tratam os requisitos não-funcionais) e o OBJ-2 (entender a relação do uso de requisitos não- funcionais com a precisão dos métodos algorítmicos de esforço).

Foram obtidas 22320 publicações da literatura sobre o tema. Após aplicarmos filtros para falsos positivos, como a retirada de duplicações e procedimentos para seleção já pré definidos pela metodologia, restaram 39 publicações. A revisão sistemática respondeu adequadamente ao OBJ-1 já que foi possível notar que houve o dobro de métodos algo- rítmicos de estimativa de esforço de software (26 vs 13) que não utilizam requisitos não funcionais.

No entanto, não foi possível obter uma clara conclusão do OBJ-2 através da revisão sistemática (questão de pesquisa Q4), já que as publicações disponíveis na literatura sobre o tema são inconclusivas sobre a relação do uso ou não de requisitos não funcionais na precisão da estimativa. Mais importante ainda, não foi possível derivar conclusões estatisticamente significativas dos dados publicados.

Cada questão de pesquisa da revisão sistemática tem um risco diferente de ser ou não possível de respondê-la exclusivamente através da revisão sistemática. A Q4, no caso específico deste trabalho, não foi possível de responder (devido a natureza da pergunta realizada). Devido a isso, é sugerido adicionar um passo de avaliação do risco, durante a fase de planejamento, de cada questão de pesquisa proposta no protocolo da revisão sistemática, com o objetivo de estimar qual o percentual daquela questão ser possível de responder. Além disso, a criação do passo “Fontes e métodos de referência” à revisão sistemática ajudou a criar um string de busca melhor, portanto é sugerido adicionar este passo ao realizar o planejamento de uma revisão sistemática.

O fato de não ter sido possível obter a versão completa de todos as publicações da literatura, muitas vezes por serem antigas e difíceis de localizar, pode ser visto como uma ameaça à validade da revisão sistemática já que pode afetar a validade do experimento. No entanto, outros pesquisadores já reportaram na literatura este problema e seus efeitos. Nossa pesquisa focou em métodos algorítmicos de estimativa. Apesar de que o número de publicações foi grande no início, apenas poucas delas apresentaram novos métodos de

estimativa (muitas publicações apresentaram análises em estimativa, mas não um novo método de estimativa especificamente). Além disso, nós não refizemos a busca para pro- curar por novos estudos relevantes a esta revisão sistemática desde Julho de 2014.

Apesar disso, o resultado da revisão sistemática mostra os métodos algorítmicos de estimativa de esforço publicados na literatura, apresentando assim uma visão do estado da arte dos métodos algorítmicos de estimativa de esforço. Trabalhos futuros podem ser realizados em cima desta base de conhecimento, sem que toda a literatura seja analisada novamente.

A fim de cumprir o OBJ-2, um quase-experimento foi realizado visando entender a relação do uso dos RNFs e a precisão dos métodos algorítmicos. O resultado experimental do quase-experimento, utilizando o dataset público do projeto Promise, mostrou que o uso de RNFs resulta em uma redução de aproximadamente 30% do erro da estimativa do software. Análises adicionais realizadas com o teste Kolmogorov mostraram que as distribuições (com e sem requisitos não-funcionais) são diferentes com 99.1% de segurança estatística. Portanto, podemos argumentar que a redução do erro em 30% quando há o uso de requisitos-não funcionais tem significância estatística, já que as distribuições são diferentes.

Os resultados obtidos durante o quase-experimento apontam uma forte indicação de que há correlação entre o uso de requisitos não-funcionais e a precisão do método para o Intermediate-COCOMO no dataset Promise (OBJ-2). Não há como afirmar com certeza a generalização desta afirmação para outros métodos de estimativa e datasets.

As principais contribuições deste trabalho foram: (a) conhecimento do estado da arte na utilização de métodos algorítmicos de estimativa de custo; (b) lições aprendidas nos passos de planejamento da revisão sistemática (como avaliar o risco das questões de pes- quisa e inserido o passo “Fontes e métodos de referência”); (c) identificação de forte indicação de que há correlação entre o uso de RNFs e a precisão do método de estimativa. Experimentos futuros poderão ser realizados utilizando mais métodos algorítmicos distintos de estimativa de software e diferentes datasets a fim de trazer mais evidências a relação entre o uso de RNFs e a precisão da estimativa.

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