3、量子程序故障测试套件生成研究

量子程序故障测试套件生成研究

1. 测试重复次数的确定

在对量子程序进行测试评估时，确定测试的重复次数是一个难题。通常，重复次数越高，对测试评估结果的置信度就越高，但过高的重复次数会使测试评估变得不可行，特别是在需要评估多个测试时。

在QuSBT中，选择的重复次数要既能让测试评估结果有合理的置信度，又能使测试评估可计算。不同的输入所需的重复次数不同，程序规范中规定可能输出值较少的输入，所需的重复次数比可能输出值多的输入少。基于此，定义了一个函数来确定给定输入所需的重复次数：

numRepetitions(i) = |PSNZ(i)| × 100

即测试输入i的重复次数n与根据程序规范，使用i执行程序可获得的可能输出值的数量成正比。

2. 测试用例生成

对于给定的量子程序QP，QuSBT会生成一个包含M个测试的测试套件，M是该方法的一个参数。它使用遗传算法（GA），搜索变量x = [x1, …, xM]是整数变量，每个变量代表从输入集DI中选取的QP的一个输入。QuSBT会为M个测试找到一个赋值v = [v1, …, vM]，使尽可能多的测试使程序失败。

具体步骤如下：
1. 对于第j个测试的每个测试赋值vj，确定所需的重复次数nj。
2. 使用输入vj执行QP nj次，得到结果res(⟨vj, nj⟩, QP)。
3. 对结果进行评估，用failj表示评估结果。

设ta = [fail1, …, failM]是所有M个测试的评估结果，要最大化的适应度函数是失败测试