论文题目：数据驱动的软件设计模式分析与应用
摘要：设计模式是软件设计中重要的概念之一,旨在通过复用设计经验来提升软件系统开发的效率和质量。围绕软件设计模式已有诸多研究工作,但仍存在一些问题未被解决:关于设计模式分析的研究工作通常只涉及少数几个设计模式,而目前已积累了大量的设计模式,已有分析方法（如调查问卷方法）很难对数量众多的设计模式进行处理;由于软件技术的高速发展,设计模式文档中的应用信息很难与当前流行的软件技术进行即时关联,而如何高效地获取这些信息来更新文档在已有研究中鲜有提及;在设计模式的相关资料中,所占比重较大的是自由文本数据,而已有研究未能有效地利用这些数据去辅助相关任务。本文尝试使用数据驱动的方法来解决这些问题,具体研究内容如下:①基于网络众智数据的设计模式分析。本部分研究提出基于网络众智数据的设计模式大规模实证分析方法,构建了包含425个设计模式的设计模式目录,实现了对大型软件技术问答平台中210个设计模式的使用现状的分析,并揭示了设计模式关注度的长尾分布、设计模式的领域相关性等现象,为开发者初步掌握这些设计模式提供了指导。②基于文本挖掘的设计模式应用信息识别。本部分研究提出利用软件技术问答平台数据挖掘设计模式应用相关信息的方法,从而用于实现设计模式文档中相应内容的更新。实例研究表明,该方法能够成功识别与当前软件技术密切相关的195个设计模式的典型应用场景和70对具有相关性的设计模式。得益于软件技术问答平台具有实时性和持续更新的特点,该方法为设计模式文档的及时和有效更新提供了可行途径。③设计模式与自然语言的统一建模。本部分研究首次对设计模式和自然语言的一般关系进行建模,使用词嵌入技术构建了 372个设计模式和27770个单词的向量表示,实现了设计模式的自然语言描述信息的有效利用。基于设计模式-单词相似度任务的实验评估表明,该方法在通用指标上超过常用文本相似度计算方法24.2%至120.9%。此外,本文还将该方法用于两个设计模式相关的任务,即设计模式标签推荐和设计模式选择,实验评估结果同样证实,其效果优于一些专门处理这些任务的主流方法。④设计模式搜索原型工具的开发。通过集成以上三个部分的研究结果,本部分设计并实现了一个设计模式搜索原型工具;它支持使用自由文本来进行设计模式搜索,并返回相关的设计模式列表和详细设计模式信息。该原型工具已经集成于百度开发云平台。通过以上工作,本文期望帮助开发者更全面地学习和理解设计模式、更方便地构建设计模式文档、更准确地选择和应用设计模式,从而更好地辅助设计模式的实践过程。
关键词：设计模式;软件仓库挖掘;软件在线社区;自然语言处理;词嵌入模型;
学科专业：软件工程
摘要
ABSTRACT
主要符号表
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.1.1 设计模式的范畴
1.1.2 设计模式的描述形式
1.2 相关工作研究进展
1.2.1 设计模式的构建与描述
1.2.2 设计模式的选择与实现
1.2.3 设计模式的性质与影响
1.3 本文主要研究思路
1.3.1 基于网络众智数据的设计模式分析
1.3.2 基于文本挖掘的设计模式应用信息识别
1.3.3 设计模式与自然语言的统一建模
1.4 本文的组织结构
2 基于网络众智数据的设计模式分析
2.1 概述
2.2 研究方法与数据集构建
2.2.1 设计模式目录的构建
2.2.2 提及到设计模式的发帖的提取
2.2.3 主题的提取
2.3 研究结果分析
2.3.1 设计模式的关注度分析
2.3.2 设计模式关注度演化情况分析
2.3.3 设计模式共现情况分析
2.3.4 设计模式相关讨论主题分析
2.4 讨论
2.4.1 研究结果的意义与启示
2.4.2 方法的有效性
2.4.3 与已有工作的区别
2.5 本章小结
3 基于文本挖掘的设计模式应用信息识别
3.1 概述
3.2 挖掘方法框架
3.2.1 数据提取
3.2.2 数据预处理
3.2.3 基于主题模型的数据建模
3.2.4 设计模式应用场景的识别与分析
3.2.5 设计模式之间相关性的识别与分析
3.3 挖掘结果分析
3.3.1 设计模式的典型应用场景
3.3.2 设计模式之间的相关性
3.4 讨论
3.4.1 挖掘结果的意义与启示
3.4.2 方法的自动化
3.4.3 方法的有效性
3.4.4 与已有工作的区别
3.5 本章小结
4 设计模式与自然语言的统一建模
4.1 概述
4.2 DPWord2Vec框架
4.2.1 语料库构建
4.2.2 预处理
4.2.3 上下文窗口构建
4.2.4 设计模式与单词向量训练
4.3 实验评估
4.3.1 评价数据集构建
4.3.2 对比算法
4.3.3 评价指标
4.3.4 参数的影响
4.3.5 与对比算法的比较
4.3.6 关键策略的作用
4.4 应用1:设计模式标签推荐
4.4.1 问题描述
4.4.2 一般标签推荐方法
4.4.3 基于DPWord2Vec的设计模式标签推荐方法
4.4.4 方法的实验评估
4.5 应用2:设计模式选择
4.5.1 问题描述
4.5.2 设计模式选择方法流程概述
4.5.3 基于DPWord2Vec的设计模式选择方法
4.5.4 方法的实验评估
4.6 讨论
4.6.1 方法的有效性
4.6.2 与已有工作的区别
4.7 本章小结
5 原型工具开发
5.1 概述
5.1.1 系统输入
5.1.2 系统输出
5.1.3 工作原理
5.2 数据存储设计
5.2.1 单词和设计模式相关数据
5.2.2 设计模式具体信息数据
5.3 交互界面设计
5.4 本章小结
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 创新点
6.3 展望
参考文献
致谢
作者简介