Python实现正交实验法自动设计测试用例

1. 简介

正交试验法是研究多因素、多水平的一种试验法，它是利用正交表来对试验进行设计，通过少数的试验替代全面试验，根据正交表的正交性从全面试验中挑选适量的、有代表性的点进行试验，这些有代表性的点具备了“均匀分散，整齐可比”的特点。

正交实验法设计测试用例，基本步骤如下：

提取测试需求功能说明,确定因素数和水平数
根据因素数和水平数确定n值
选择合适的正交表
根据正交表把变量的值映射到表中，设计测试用例数据集

2、Python实现逻辑详解

参考如上步骤，使用Python实现了使用正交表自动设计裁剪测试用例的完整流程。支持Python版本为 2.7, 3.7。

初始化正交表，解析构造为可用的正交表对象数组（数据来源：http://support.sas.com/techsup/technote/ts723_Designs.txt）
分别计算m（水平数）,k（因素数目）,n（实验次数）值

m=max(m1,m2,m3,…)

k=(k1+k2+k3+…)

n=k1*(m1-1)+k2*(m2-1)+…kx*x-1)+1
查找匹配正交表，先查询是否有完全匹配的正交表数据，否则简单处理，只返回满足>=m,n,k条件的n最小数据，暂未做复杂的数组包含校验及筛选逻辑（后续待优化）
使用查找到的正交表数据，裁剪生成测试集。支持两种用例裁剪模式，取值0,1
- 0 宽松模式，只裁剪重复测试集
- 1 严格模式，除了裁剪重复测试集外，还裁剪含None测试集(num为允许None测试集最大数目)

完整代码如下：

# encoding: utf-8

from itertools import groupby
from collections import OrderedDict
import os


def dataSplit(data):
    ds = []
    mb = [sum([k for m, k in data['mk'] if m <= 10]), sum([k for m, k in data['mk'] if m > 10])]
    for i in data['data']:
        if mb[1] == 0:
            ds.append([int(d) for d in i])
        elif mb[0] == 0:
            ds.append([int(i[n * 2:(n + 1) * 2]) for n in range(mb[1])])
        else:
            part_1 = [int(j) for j in i[:mb[0]]]
            part_2 = [int(i[mb[0]:][n * 2:(n + 1) * 2]) for n in range(mb[1])]
            ds.append(part_1 + part_2)
    return ds


class OAT(object):
    def __init__(self, OAFile=os.path.split(os.path.realpath(__file__))[0] + '/data/ts723_Designs.txt'):
        """
        初始化解析构造正交表对象，数据来源：http://support.sas.com/techsup/technote/ts723_Designs.txt
        """
        self.data = {}

        # 解析正交表文件数据
        with open(OAFile, ) as f:
            # 定义临时变量
            key = ''
            value = []
            pos = 0

            for i in f:
                i = i.strip()
                if 'n=' in i:
                    if key and value:
                        self.data[key] = dict(pos=pos,
                                              n=int(key.split('n=')[1].strip()),
                                              mk=[[int(mk.split('^')[0]), int(mk.split('^')[1])] for mk in key.split('n=')[0].strip().split(' ')],
                                              data=value)
                    key = ' '.join([k for k in i.split(' ') if k])
                    value = []
                    pos += 1
                elif i:
                    value.append(i)

            self.data[key] = dict(pos=pos,
                                  n=int(key.split('n=')[1].strip()),
                                  mk=[[int(mk.split('^')[0]), int(mk.split('^')[1])]for mk in key.split('n=')[0].strip().split(' ')],
                                  data=value)
        self.data = sorted(self.data.items(), key=lambda i: i[1]['pos'])

    @staticmethod
    def get(self, mk):
        """
        传入参数：mk列表，如[(2,3)],[(5,5),(2,1)]

        1. 计算m,n,k
        m=max(m1,m2,m3,…)
        k=(k1+k2+k3+…)
        n=k1*(m1-1)+k2*(m2-1)+…kx*x-1)+1

       2. 查询正交表
        这里简单处理，只返回满足>=m,n,k条件的n最小数据，未做复杂的数组包含校验
        """
        mk = sorted(mk, key=lambda i: i[0])

        m = max([i[0] for i in mk])
        k = sum([i[1] for i in mk])
        n = sum([i[1] * (i[0] - 1) for i in mk]) + 1
        query_key = ' '.join(['^'.join([str(j) for j in i]) for i in mk])

        for data in self.data:
            # 先查询是否有完全匹配的正交表数据
            if query_key in data[0]:
                return dataSplit(data[1])
            # 否则返回满足>=m,n,k条件的n最小数据
            elif data[1]['n'] >= n and data[1]['mk'][0][0] >= m and data[1]['mk'][0][1] >= k:
                return dataSplit(data[1])
        # 无结果
        return None

    def genSets(self, params, mode=0, num=1):
        """
        传入测试参数OrderedDict，调用正交表生成测试集
        mode:用例裁剪模式，取值0,1
            0 宽松模式，只裁剪重复测试集
            1 严格模式，除裁剪重复测试集外，还裁剪含None测试集(num为允许None测试集最大数目)
        """
        sets = []
        mk = [(k, len(list(v)))for k, v in groupby(params.items(), key=lambda x:len(x[1]))]
        data = OAT.get(self, mk)
        for d in data:
            # 根据正则表结果生成测试集
            q = OrderedDict()
            for index, (k, v) in zip(d, params.items()):
                try:
                    q[k] = v[index]
                except IndexError:
                    # 参数取值超出范围时，取None
                    q[k] = None
            if q not in sets:
                if mode == 0:
                    sets.append(q)
                elif mode == 1 and (len(list(filter(lambda v: v is None, q.values())))) <= num:
                    # 测试集裁剪,去除重复及含None测试集
                    sets.append(q)
        return sets

3.示例demo

我们复用之前写过的豆瓣电影搜索接口，针对这个接口编写了一个正交表生成裁剪用例Demo (接口文档地址：https://developers.douban.com/wiki/?title=movie_v2#search)

首先我们看到，这个接口支持四个参数q,tag,start,count

upload successful

针对每个参数分别设计了一些测试集，如果使用原来的组合方式生成测试用例条数为每个参数笛卡尔乘积（8 * 6 * 3 * 3，而使用正交表生成的测试用例数目为7，大大削减了无效重复的测试条目，提升测试效率

脚本如下：

# encoding: utf-8

from OAT import *
import json
import requests
from functools import partial
from nose.tools import *

"""
pip install requests
pip install nose
"""


class check_response():
    @staticmethod
    def check_result(response, params, expectNum=None):
        # 由于搜索结果存在模糊匹配的情况，这里简单处理只校验第一个返回结果的正确性
        if expectNum is not None:
            # 期望结果数目不为None时，只判断返回结果数目
            eq_(expectNum, len(response['subjects']), '{0}!={1}'.format(expectNum, len(response['subjects'])))
        else:
            if not response['subjects']:
                # 结果为空，直接返回失败
                assert False
            else:
                # 结果不为空，校验第一个结果
                subject = response['subjects'][0]
                # 先校验搜索条件tag
                if params.get('tag'):
                    for word in params['tag'].split(','):
                        genres = subject['genres']
                        ok_(word in genres, 'Check {0} failed!'.format(word))

                # 再校验搜索条件q
                elif params.get('q'):
                    # 依次判断片名，导演或演员中是否含有搜索词，任意一个含有则返回成功
                    for word in params['q'].split(','):
                        title = [subject['title']]
                        casts = [i['name'] for i in subject['casts']]
                        directors = [i['name'] for i in subject['directors']]
                        total = title + casts + directors
                        ok_(any(word.lower() in i.lower() for i in total),
                            'Check {0} failed!'.format(word))


class test_douban(object):
    """
    豆瓣搜索接口测试demo,文档地址 https://developers.douban.com/wiki/?title=movie_v2#search
    """

    def search(self, params, expectNum=None):
        url = 'https://api.douban.com/v2/movie/search'
        r = requests.get(url, params=params)
        print ('Search Params:\n', json.dumps(params, ensure_ascii=False))
        print ('Search Response:\n', json.dumps(r.json(), ensure_ascii=False, indent=4))
        code = r.json().get('code', 0)
        if code > 0:
            assert False, 'Invoke Error.Code:\t{0}'.format(code)
        else:
            # 校验搜索结果是否与搜索词匹配
            check_response.check_result(r.json(), params, expectNum)

    def test_q(self):
        # 校验搜索条件
        qs = [u'白夜追凶', u'大话西游', u'周星驰', u'张艺谋', u'周星驰,吴孟达', u'张艺谋,巩俐', u'周星驰,西游', u'白夜追凶,潘粤明']
        tags = [u'科幻', u'喜剧', u'动作', u'犯罪', u'科幻,喜剧', u'动作,犯罪']
        starts = [0, 10, 20]
        counts = [20, 10, 5]

        # 生成原始测试数据 （有序数组）
        cases = OrderedDict([('q', qs), ('tag', tags), ('start', starts), ('count', counts)])

        # 使用正交表裁剪生成测试集
        cases = OAT().genSets(cases, mode=1, num=0)

        # 执行测试用例
        for case in cases:
            f = partial(self.search, case)
            f.description = json.dumps(case, ensure_ascii=False)
            yield (f,)

4. 后续计划

判定表查询逻辑优化
测试用例集裁剪优化

5. 参考文档

测试用例设计-正交实验法详解：
https://wenku.baidu.com/view/a54724156edb6f1aff001f79.html
用正交实验法设计测试用例：http://blog.csdn.net/fangnannanf/article/details/52813498
Dr. Genichi Taguchi 设计的正交表：http://www.york.ac.uk/depts/maths/tables/orthogonal.htm
Technical Support com：http://support.sas.com/techsup/technote/ts723_Designs.txt

Tags: Python 正交表测试用例

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