好书推荐 | 《软件系统可靠性分析基础与实践（微课版）》

《软件系统可靠性分析基础与实践（微课版）》

丛书名：面向新工科专业建设计算机系列教材

本书紧扣复杂软件系统可靠性（简称软件可靠性）分析与应用新技术，从软件可靠性的数学

基础和基本概念出发，重点介绍软件失效机理与故障传播分析、软件可靠性增长模型、数据驱动的软件可靠性模型以及软件可靠性建模、可靠性分析、可靠性设计、可靠性测试与验证、可靠性工程等主题。

全书共11 章，主要内容包括软件可靠性基本概念、软件可靠性分析的数学基础、软件失效机理分析与故障传播分析、软件可靠性增长模型、数据驱动的软件可靠性模型、软件可靠

性建模技术、软件可靠性分析技术、软件可靠性设计方法、软件可靠性测试与验证技术、软件可靠性工程。

本书内容全面、系统，具有较强的工程适用性。本书适合作为计算机科学与技术、软件工程、数学与应用数学、统计学、系统工程、工业工程等专业本科生、研究生相关课程教材，也可供复杂装备、可靠性工程、软件工程、统计、安全工程、军用软件等相关领域人员参考。

南京航空航天大学硕士生导师，主要从事软件工程、软件项目管理与维护、计算统计学等方面的教学与科研工作。主要研究方向为人工智能与大数据分析、可靠性分析与数学建模。已在国内外期刊和学术会议上发表论文30多篇，出版研究生教材2本、专著2本；获得授权发明专利5项。主持国防基础重点项目2项、装备预先研究项目4项、装备预研快速扶持项目1项、省部级项目5项、横向课题多项。

夯实数理基础，降低入门门槛

本书通过严谨、简明的预备知识介绍，有的放矢地为读者梳理软件可靠性分析中涉及的数学知识，侧重于软件可靠性分析与实践应用，通过基本原理与实践案例的结合，系统介绍软件可靠性分析、建模、设计、测试等概念和方法，提高读者的兴趣，降低入门的难度。

聚焦复杂场景，赋能国防科创

本书针对当前复杂装备软件开发技术特点，以提高嵌入式软件、网络化软件、面向服务的软件系统以及云计算系统为代表的复杂软件可靠性为目标，从理论和应用两个角度深入讲解，旨在加强基础研究和前沿技术研究能力培养，增加技术储备，为推动国防科技创新发展提供重要支撑，助力国防特色学科建设，培养国防军工行业特色创新型人才。

面向全域人群，塑造工程思维

本书能够普惠更多希望学习和应用软件可靠性分析技术的学生及工程技术人员，让他们掌握软件可靠性分析方法，并能灵活地用于解决实际问题。同时，也可以让读者形成软件可靠性工程技术思维，对软件可靠性工程进行思考与探索。

王冠军 东南大学教授

本书是软件可靠性理论的入门教程，对于软件工程领域从业者也是一本优秀的参考书。作者系统地介绍了软件可靠性的基本概念、软件可靠性建模过程与软件可靠性分析方法、软件可靠性设计理论、软件可靠性测试与验证技术和一些常见的可靠性增长模型等，可以帮助读者全面地了解软件可靠性的理论以及将这些理论应用于实际问题的方法。本书内容安排合理，语言表达准确，图文并茂，深入浅出，不仅适用于课堂教学，对于自学者也同样易学易懂。

孔新兵 南京审计大学教授

本书本着“需求牵引、面向应用、结合实际”的原则，系统介绍了软件可靠性分析的理论，在经典软件可靠性建模分析方法的基础上，系统介绍了软件可靠性前沿分析技术和可靠性设计方法，能够帮助读者更好地掌握软件可靠性分析基础理论，降低软件可靠性分析与应用的入门门槛。

周宇 南京航空航天大学教授

本书是一本软件可靠性分析与应用的入门书籍，在介绍软件可靠性分析方法知识前，作者进行了数学和软件可靠性等相关基础内容的铺垫。本书结合清晰易懂的实际应用案例，帮助读者更好地理解软件可靠性分析与应用的实现原理，有效降低软件可靠性分析与应用的难度。

党的二十大报告提出要加快武器装备现代化，更加凸显了武器装备在现代战争中的重要地位，对于全面开创武器装备建设新局面、确保如期实现建军一百年奋斗目标具有重大现实意义。软件作为军用装备的重要组成部分，在功能实现上具有关键作用。但由于我国软件研制能力水平不高，软件可靠性已成为制约武器装备发展和发挥效能的瓶颈。

随着人工智能、大数据等技术的广泛应用，装备软件的规模和复杂度不断增加，软件边界日渐模糊化，其可靠性越来越难以保证，软件可靠性问题也越来越突出，也给现有的软件可靠性理论和方法带来了新的挑战。一方面，需求的不断增加使得软件规模和设计的复杂性急剧提高，导致软件高可靠性面临挑战；另一方面，随着应用领域的拓展，与其交互的外在环境愈加复杂和恶劣，而对软件乃至整个系统的可靠性要求却越来越高。同时，与硬件可靠性技术的飞速发展相比，软件可靠性技术的发展相对滞后，这种发展的不均衡性导致软件可靠性成为影响整个系统可靠性进一步提高的瓶颈。

在军用、航空航天等应用领域，一些大型装备设备的控制核心功能大都由软件完成。可想而知，如果这些软件失效，将对生活、生产带来很大的不便或造成重大财产损失，特别是其中某些关键操作或功能失效，会给国家利益和人民生命财产造成巨大的损失。因此，从20世纪80年代开始，学术界和工业界就开始对软件可靠性进行研究和应用，在软件可靠性早期预计、分析、设计、测试、评估等多方面提出了一系列理论和方法以保障软件可靠性。深入研究软件可靠性工程，特别是针对复杂软件可靠性工程，对于整个军用装备领域具有十分重要的意义。

目前大多数软件可靠性工程相关图书无法满足基于人工智能、大数据、面向服务等新技术的复杂软件产品可靠性分析与建模的需要，特别是复杂装备软件可靠性分析的需要。本书紧扣复杂软件可靠性分析与应用新技术，从软件可靠性数学基础和可靠性基本概念出发，重点介绍软件失效机理与故障传播分析、软件可靠性增长模型、数据驱动的软件可靠性模型以及软件可靠性建模、可靠性分析、可靠性设计、可靠性测试与验证、可靠性工程等主题。

本书适合作为计算机科学与技术、软件工程、数学与应用数学、统计学、系统工程、工业工程等专业的本科生、研究生一学期的软件可靠性分析课程教材，也可供复杂装备、可靠性工程、软件工程、统计、安全工程、军用软件等相关领域的工作者与研究者参考。

1.1 软件可靠性研究与实践的意义

1.2 复杂装备系统中软件可靠性技术应用趋势

第2章 软件可靠性基本概念

2.1 软件可靠性的度量指标

2.1.1 软件可靠性的定义

2.1.2 常见软件可靠性度量指标

2.1.3 装备系统软件可靠性指标

2.2 软件可靠性建模方法

2.2.1 软件可靠性建模思想

2.2.2 软件可靠性建模过程

2.2.3 软件可靠性建模基本问题

2.2.4 软件可靠性模型的概念及特点

2.3 影响软件可靠性的因素

2.4 软件失效数据

2.4.1 软件失效数据分类

2.4.2 当前失效数据存在的不足与建议

2.5 软件可靠性模型分类

第3章 软件可靠性分析的数学基础

3.1 随机变量及其分布

3.1.1 连续型随机变量及其分布

3.1.2 离散型随机变量及其分布

3.2.1 马尔可夫过程

3.2.2 泊松过程

3.3 参数估计方法

3.3.1 最大似然估计

3.3.2 最大后验估计

3.3.3 贝叶斯估计

3.3.4 最小二乘法

第4章 软件失效机理与故障传播分析

4.1 软件失效机理分析

4.2 软件故障传播分析

4.2.1 基于程序内部的故障传播分析

4.2.2 基于组件的故障传播分析

4.2.3 网络化软件故障传播分析

第5章 软件可靠性增长模型

5.1 经典软件可靠性增长模型

5.1.1 JM模型

5.1.2 GO模型

5.1.3 MO模型

5.1.4 Inflection S形模型

5.2 NHHP类软件可靠性增长模型

5.2.1 软件可靠性增长模型建模过程

5.2.2 影响SRGM的关键参数因素分析

5.2.3 统一的SRGM框架模型

第6章 数据驱动的软件可靠性模型

6.1 数据驱动的软件可靠性模型框架

6.2 基于时间序列的软件可靠性模型

6.2.1 基于ARIMA的可靠性模型

6.2.2 基于灰色理论的可靠性模型

6.3 基于智能算法的软件可靠性模型

6.3.1 基于BP神经网络的软件可靠性模型

6.3.2 基于支持向量回归的软件可靠性模型

6.4 软件可靠性组合模型

6.4.1 软件可靠性组合模型构建

6.4.2 基于时间序列分解与重构的软件可靠性混合模型

第7章 软件可靠性建模技术

7.1 基于体系结构的软件可靠性建模分析

7.1.1 基于马尔可夫链的组件化系统可靠性建模分析

7.1.2 基于Petri网的体系结构软件可靠性建模分析

7.2 面向服务的软件可靠性建模分析

7.2.1 面向服务架构的软件可靠性模型

7.2.2 数据驱动的SOA软件可靠性建模分析

7.3 网络化软件可靠性建模分析

7.4 云计算系统可靠性建模分析

7.4.1 云计算系统可靠性定义

7.4.2 影响云计算系统可靠性的因素

7.4.3 云计算系统的可靠性模型

7.4.4 云服务系统的可靠性模型

第8章 软件可靠性分析技术

8.1 软件故障树分析（SFTA）技术

8.1.1 故障树基本概念

8.1.2 故障树的构建与规范化

8.1.3 基于故障树的可靠性分析

8.2 软件失效模式与影响分析

8.2.1 软件失效的软划分

8.2.2 软件SFMEA分析方法

8.2.3 实例分析

第9章 软件可靠性设计方法

9.1 常规软件可靠性设计

9.1.1 软件避错设计

9.1.2 软件查错设计

9.1.3 软件纠错设计

9.1.4 软件容错设计

9.2 嵌入式软件可靠性设计

9.2.1 嵌入式软件的特点和相关设计准则

9.2.2 嵌入式软件可靠性设计方法

9.3 面向服务的软件可靠性设计

9.3.1 软件服务模式

9.3.2 面向服务的软件可靠性设计流程

9.3.3 服务模式划分与可靠性设计

9.3.4 面向服务的软件可靠性设计方法

9.4 云计算系统可靠性设计

9.4.1 云计算系统可靠性设计原则

9.4.2 云计算系统可靠性设计方法

第10章 软件可靠性测试与验证技术

10.1 软件可靠性测试的基本概念与特点

10.1.1 软件可靠性测试的基本概念

10.1.2 软件可靠性测试的特点

10.1.3 软件可靠性测试技术

10.1.4 软件可靠性测试的类型

10.1.5 软件可靠性增长测试方法

10.1.6 两种软件可靠性增长测试方法比较

10.2 软件可靠性验证测试技术

10.2.1 固定期软件可靠性验证测试

10.2.2 非固定期软件可靠性验证测试

10.2.3 软件可靠性验证测试方法在装备软件中的应用

第11章 软件可靠性工程

11.1 软件可靠性工程的定义和过程

11.2 软件可靠性工程的活动分析

11.2.1 软件可靠性工程过程与开发过程的关系

11.2.2 软件可靠性工程活动之间的联系

11.3 数据驱动的软件可靠性工程过程模型

11.3.1 软件可靠性工程过程中的工作流定义

11.3.2 软件可靠性工程过程模型的工作流元素定义

11.3.3 数据驱动的软件可靠性工程过程模型

11.3.4 融入可靠性分析与设计的软件研制过程

11.4 军用软件质量与可靠性管理方法

11.4.1 软件开发全过程工程化管理

11.4.2 分阶段的质量管理和控制