DeepJIT：用于实时缺陷预测的端到端深度学习框架

2022-08-15 16:39:10 浏览数 (1)

这篇文章出现在很多JIT缺陷定位论文的baseline方法中，那说明还是有不错的参考价值。那就让我们来一探究竟！本文作者提出了一种用于JIT缺陷预测的端到端深度学习框架，从Commit消息和代码变更中提取特征，基于所提特征来识别缺陷。作者在QT和OPENSTACK上对框架性能进行了评估，在QT下的AUC有10.36-11.02%的进步，在OPENSTACK下

这篇文章出现在很多JIT缺陷定位论文的baseline方法中，那说明还是有不错的参考价值。那就让我们来一探究竟！

本文作者提出了一种用于JIT缺陷预测的端到端深度学习框架，从Commit消息和代码变更中提取特征，基于所提特征来识别缺陷。作者在QT和OPENSTACK上对框架性能进行了评估，在QT下的AUC有10.36-11.02%的进步，在OPENSTACK下有9.51-13.69%的进步。DeepJIT的框架如图1所示，由（1）输入层，（2）特征提取层，（3）特征联合层和（4）输出层组成。

Fig. 1 DeepJIT框架

  • 输入层：
    • 对于Commit，基于NLTK提取其单词序列，使用PorterStemmer产生词根，删除停用词以及罕见词（在Commit中出现不到3次的词）。
    • 对于代码变更，同样使用NLTK进行处理。每个变更的文件通过一组删除和添加的代码行表示，每一个代码行被处理为一个单词序列。同时，使用<num>标签表示数字，使用<unk>标签表示未知词，在每一行的开头添加<added>或<deleted>标签声明该行是添加的还是删除的。
  • 特征提取层：

特征提取层的核心是两个分别用于处理Commit向量和代码变更向量的CNN。图2是DeepJIT框架中用于处理Commit的CNN网络结构。给定一个Commit词序列，Commit的矩阵表示M由词的词向量组成，即：。

Fig. 2 用于处理Commit的CNN网络结构

用于处理代码变更的CNN网络结构如图3所示。作者提到，虽然代码变更可以看做是单词序列，但是其与自然语言的区别在于代码是有结构的。代码变更包括（1）不同文件的变更和（2）每个文件中不同种类的变更（添加和删除）。

给定一个代码变更C，涉及不同的文件。包含一系列的删除和添加的代码行。每一个代码行由一个词序列组成。因此，一个文件的代码变更矩阵是一个N x L x d的矩阵，其中N表示文件中的代码变更行数，L表示每一行的词数，d表示词嵌入维度。每一行经过一个CNN提取对应的行向量，行向量组合起来形成文件向量。文件向量再过一个CNN得到对应的表征向量。

C中的每一个文件F的表征向量被拼接起来作为C的表征向量，拼接方式如下。

Fig. 3 用于处理代码变更的CNN网络结构

  • 特征联合层：

特征联合层的结构如图4所示。Commit的表征向量和代码变更向量被拼接起来，传入全连接层进行特征融合，最终输出一个概率值。

其中，h表示全连接层输出。

Fig. 4 特征联合层

由于存在缺陷的提交相比于clean提交的数据量差距很大，存在样本不平衡的问题。为此，作者涉及了一个loss function来解决这个问题。

接下来就到了实验部分，数据集如图5所示，评估指标使用AUC。具体的参数设置请参考原文。

Fig. 5 数据集

为说明DeepJIT相对于state-of-art方法的有效性，作者设置了3个评估实验：

  1. 5折交叉验证。
  2. 短周期：JIT模型是使用在一个时间段发生的Commit来训练的。假设较旧的提交更改可能具有不再影响最新提交的特征。
  3. 长周期：受到“更大量的训练数据倾向于在缺陷预测问题中实现更好的性能”的启发，使用在特定时期之前发生的所有提交来训练JIT模型。

图6是为短周期和长周期选择训练集的示例。使用Period 5作为测试数据集。当使用短周期模型时，使用Period 4作为训练数据集；而使用长周期模型时，使用Period 1-4作为训练数据集。

然而，实验结果表明，三种评估方式下模型的性能相差无几，说明基于过去或未来数据的训练之间没有差异。

Fig. 6 短周期和长周期选择训练集的示例

除此之外，作者还对（1）DeepJIT是否受益于Commit特征和代码变更特征、（2）人工提取的特征对DeepJIT是否有效以及（3）DeepJIT的时间消耗进行了实验。这里主要看一下是时间消耗的问题（因为我现在实验就面临着训练一次的时间成本很高的情况），如图7所示。作者是在Tesla P100上训练的.

Fig. 7 时间消耗

文章末尾提到了代码数据集开源了，但是现在。。

不过我之前发的一篇文章里面有对DeepJIT的复现代码，感兴趣的同学可以去看看。这里直接给出文章名“Deep just-in-time defect prediction: how far are we?”。

原文标题：DeepJIT: An End-To-End Deep Learning Framework for Just-In-Time Defect Prediction 原文作者：Hoang T, Dam H K, Kamei Y, et al. 原文链接：https://ink.library.smu.edu.sg/cgi/viewcontent.cgi?article=5489&context=sis_research 原文来源：MSR'19 笔记作者：zhanS@SecQuan 笔记小编：cherry@SecQuan 文章翻译：安全学术圈

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