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Presentan diseños combinatorios para comprobar el funcionamiento de componentes de software

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José Torres Jiménez, investigador del Cinvestav Tamaulipas, y su grupo científico

Durante 2022 una empresa automotriz de origen japonés llamó a sus clientes en México a llevar a revisión a más de 11 mil vehículos por una falla en el software de su computadora que ponía en riesgo la seguridad del usuario; es un ejemplo de la importancia de las pruebas de software, tanto de enseres de la vida cotidiana como otros sistemas, para garantizar un funcionamiento adecuado o que ejecuten las tareas ofrecidas.

Una herramienta para validar esas acciones son los diseños combinatorios denominados covering arrays (CAs), pues garantizan que con un mínimo de pruebas se intenta al menos una vez cada posible combinación de grupos de variables de un tamaño fijo.

Los CAs son objetos matemáticos empleados para probar cada experimento posible que garantice la calidad y un desempeño adecuado de un software, funcionan como una hoja de cálculo donde los renglones representan los experimentos y las columnas a las variables a controlar; básicamente son matrices matemáticas cuyo objetivo es disminuir el número de experimentos con la máxima posibilidad de descubrir un fenómeno o validar el funcionamiento de algunas tareas del software.  

Los CAs se pueden emplear en diversos campos científicos con ahorros de tiempo, dinero y esfuerzo en la realización de experimentos y se pueden usar simultáneamente con los sequence covering arrays (SCAs), con el objetivo de potencializar la calidad de las pruebas o experimentos realizados.

La aplicación de sequence covering arrays (SCAs) consiste en probar combinaciones de valores de variables en diferentes órdenes, por ejemplo, si se trata de una reacción química con varios compuestos, no se obtiene el mismo resultado al usarlo de manera desordenada, porque las mezclas de las sustancias dependen de la secuencia con la que se agregan.

En el Cinvestav Tamaulipas, el grupo de trabajo encabezado por José Torres Jiménez ha construido muchos de los mejores diseños combinatorios reportados a nivel mundial, en particular los CAs permiten minimizar el número de experimentos representativos para descubrir algún fenómeno o validar el funcionamiento de sistemas ejercitando combinaciones de los valores de variables seleccionadas.

Recientemente el grupo de investigación de Torres Jiménez publicó el artículo New upper bounds for sequence Covering Arrays using a 3-stage approach en la revista Expert Systems With Applications, donde se reporta el uso combinado de CAs y otros diseños combinatorios denominados Sequence Covering Arrays (SCAs).

La característica relevante de los SCAs es que permiten realizar el mínimo de experimentos representativos cuando existe dependencia temporal, esto es, que el funcionamiento de un sistema depende del orden de ocurrencia de eventos. En este contexto, mientras los CAs permiten probar combinaciones de valores de variables, los SCAs definen el orden en el que son activadas las variables, de este modo se puede hacer una prueba más completa en sistemas complejos.

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Humedales artificiales diseñados con covering arrays

En particular el artículo de investigación reporta el diseño de humedales artificiales usando CAs para definir las combinaciones de las variables que determinan diferentes etapas de un humedal y con los SCAs se define el orden en el que son acomodadas las etapas. En un humedal artificial el agua contaminada entra en la primera etapa y la última entrega agua tratada con menor grado de polución.

El artículo es resultado de la colaboración entre el Cinvestav Tamaulipas y el Centro Universitario Valles de la Universidad de Guadalajara, con los investigadores  Brenda Acevedo Juárez e Himer Ávila George, que tuvo el objetivo de probar diferentes humedales mediante la guía de la combinación de CAs y SCAs, con lo cual se permitirá obtener un mejor diseño de un humedal donde el agua contaminada entra al sistema y al pasar por la combinación de diferentes etapas a su salida entregue agua con mejor calidad.

En la actual época digital donde muchas tareas se determinan por dispositivos con sistemas operativos inteligentes es necesario contar con una garantía de calidad en su trabajo, porque diversas aplicaciones dependen del desempeño del software, y si este no cuenta con una prueba representativa de funcionalidad, el componente puede, muy probablemente, ocasionar fallas provocando daños económicos o a la salud, dependiendo de su uso.

Para consultar el artículo de investigación, da clic aquí

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