软件质量评估与控制

朱向荣1 罗桂林2

摘要：随着信息技术的发展，软件产品的应用范围越来越广泛，如何开发高质量的软件产品成为热点的研究内容。而软件质量的评估和控制是软件质量管理的重要方面。本文在学习他人研究成果的基础上对如何进行软件质量控制和评估进行总结，以形成对主流软件质量评估和控制方法的初步认识。

1 引 言

随着信息时代的发展，计算机软件的需求愈来愈复杂，规模愈来愈大。软件企业随着自身规模的不断扩大，所从事的软件工程项目的工作量和复杂度也不断升级。这些都导致软件企业在软件开发、服务提供和工程实施过程中所遇到的问题越来越多，软件质量要得到保障越来越具有挑战性。软件质量问题，已经成为国家、工业界、学术界以及社会各界关注的重要问题。一些专家认为，21世纪计算机软件发展的大方向将是质量的提高优先于性能和功能的改进，超高质量软件的开发技术将是打开21世纪高技术市场的钥匙。因此，研究和应用软件质量控制技术是一项迫切而且重要的任务。

软件质量控制和软件质量评估是软件工程中非常重要的研究领域，有大量的专家学者和软件开发人员从事这方面的研究，国际上也出台了有一系列的标准对软件质量的各个方面进行规范，各种进行软件质量度量的方法也不断被提出。但是由于软件本身的复杂性和软件技术发展迅速等原因，到目前为止，软件质量控制和评估在理论上和技术上都很不成熟，如何系统的、客观的控制软件产品质量是几十年来一直困扰着人们的难题。

2 软件质量概述

2.1软件质量定义

不同的组织对软件质量与不同的定义。

国际标准化组织ISO在质量特性国际标准ISO／IEC9126中将软件质量定义为反映软件产品满足规定需求和潜在需求能力的特征和特性的总和。

MJ．Fisher将软件质量定义为：所有描述计算机优秀程度的特性的组合。也就是说为了满足软件的各项精确定义的功能、性能要求，符合文档化的开发标准，需要相应的给出或设计一些质量特性及其组合，要得到高质量的软件产品，就必须使这些质量特性满足。

按照ANSI／IEEE Std 1061．1992中的标准，软件质量定义为：与软件产品

1.朱向荣：学号ZY1106151，北京航空航天大学计算机学院ZY班 2.罗桂林：学号ZY1106101，北京航空航天大学计算机学院ZY班

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满足需求所规定的和隐含的能力有关的特征或特性的全体。具体包括： （1） 软件产品中所能满足用户给定需求的全部特性的集合； （2） 软件具有所有的各种属性组合的程度；

（3） 用户主观得出的软件是否满足其综合期望的程度；

（4） 决定所用软件在使用中将满足其综合期望程度的合成特性。

2.2软件质量标准

高质量的软件在能够保障可靠性，可支持性，可维护性，可移植性的同时，也能够满足用户的需求并且能够和其他工具进行整合。然而一个软件产品的好坏光靠直观的感受是不够的，软件质量也需要一个标准来衡量。

标准是衡量产品质量，工作质量的尺度。每一行业的标准都是为适应该行业的存在和发展而建立起来的，它代表了各生产部门之间、生产部门和用户之间、产品的生产过程期间和产品的验收与评价期间大家所公认的、必须遵守的约定和规则。

同样，软件质量需要相应的标准。软件质量方面的标准有ISO 9000-3 Quality Management and Quality Assurance Standards - Part 3与IEEE Std 1061-1992 Standard for Software Quality Metrics Methodology。第一个标准从好的管理体系产生高质量软件产品角度和定义标准，而第二个标准更多的是从好的度量框架产生高质量软件产品的角度来制定标准。

3 软件质量评估和控制的重要性

概括地说，软件质量就是“软件与明确的和隐含的定义的需求相一致的程度”。具体地说，软件质量是软件符合明确叙述的功能和性能需求、文档中明确描述的开发标准、以及所有专业开发的软件都应具有的隐含特征的程度。对于软件用户来说，高质量的软件可以概括为正确性、健壮性、高效率、完整性、可用性、风险小、故障恢复能力性强及可维护性等等的性能要求软件；对于软件开发者来说，高质量的软件意味着高质量的软件开发过程，即：高效性，时效性的开发过程。

然而，高质量的开发的软件项目的困难之处，在于影响软件开发过程的诸多不利因素。例如软件的开发周期长、需求变化快，参与人员多、流动性大等等不确定因素，使得软件项目难以保证按时、按需高质量的完成。为了克服这一不利因素，在软件的开发过程中，我们引入了软件开发的工程化以保证软件质量，而加强软件全寿命全过程的质量控制是提高软件质量的有效途径。

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3.1软件质量控制的定义

在IEEE 中对软件质量控制的定义是：用以评价开发或生产的软件产品质量的一系列活动。质量控制是质量管理的一部分，是为保证每一件产品都满足对它的需求而应用于整个开发周期中的一系列审查和测试。

吴金义指出，软件质量控制指监视项目的具体结果, 确定其是否符合相关的质量标准, 并判断如何杜绝造成不合格结果的根源[4]。这就是说以软件质量为目的驱动，以软件质量评估为度量软件质量，以软件质量控制为核心手段，高效地运作软件开发的过程。

的确，高质量的软件离不开有效的管理和控制[6]。J.M.Juran认为质量控制室一个常规的过程，通过他度量实际的质量性能并与标准比较，当出现差异是采取行动。由此，Donald Refier 给出的软件质量控制定义：软件质量控制是一系列的验证活动，在软件开发过程之中的任何一点进行评估开发的软件产品是否在技术上符合该阶段指定的规约。

由此，我们给出的软件质量管理的定义是：软件质量控制是一系列的验证活动，通过这些活动，我们可以判断软件开发各个阶段是否符合既定的要求，对发生的软件缺陷和软件错误给出及时的修正和纠正。

3.2软件质量评估和控制的重要性

软件质量控制的任务是发现和消除软件产品的缺陷和错误，然而由于软件开发是一个以人为中心的活动，而且往往是一个团队的合作开发过程，所以软件开发过程中出现的缺陷和错误都是不可避免的。因而想要交互一个高质量的软件，消除缺陷和错误是非常有必要的。

在实际的软件开发过程中，即使软件开发人员做好项目的需求分析、概要设计、详细设计等等一系列的前序工作，我们软件开发人员还会遇到麻烦。例如需求分析的删减，研发人员的变更与调动，软件测试中发现的软件缺陷和错误，协同和管理各研发人员的子项目进度等等一系列的不确定的因素影响我们开发软件的进度。而当我们开发软件的进度与预期的不一致的时候，反过来可能需要调整软件的项目进度以及这带来的一系列不必要的麻烦。

我们在项目软件开发过程中，“二个人的项目小组的研发工作效率比不上五个人项目小组的软件研发工作效率”，这很大程度上是项目开发在项目管理方面的欠缺，致使五个人的研发工作效率很低。

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4 软件质量评估的方法

4.1软件质量评估的标准与度量

软件质量有与硬件不同的评价方法，根据软件产品的特性，评估一个软件的质量需要有一个评价标准，一个评价准则和一种度量。 （1）标准

软件的质量标准就是软件质量的六个特性：

① 功能性(Functionality) 指软件所实现的功能满足用户需求的程度

② 可靠性(Reliability) 指在规定的时间和条件下，软件所能维持其应有性能水平的程度。它除了反映软件满足用户需求正常运行的程度，而且反映了在故障发生时能继续运行的程度。

③ 易用性(Usability) 指对于一个软件，用户学习、操作时所作的努力程度。易用性反映了软件与用户的友善性。

④ 效率(Efficiency) 指在指定的条件下，软件实现某种功能所需要的计算机资源（CPU、内存、接口、外设等）、时间的有效程度。效率反映了在完成功能要求时，有没有浪费资源。

⑤ 可维护性(Maintainability) 指在一个运行的软件中，为了满足用户需求、环境改变或软件发生错误时，进行相应修改所作的努力程度。可维护性反映了在用户需求、环境发生变化或软件发生错误时，对软件进行修改的容易程度。 ⑥ 可移植性(Portability) 指从一个计算机系统或环境移植到另一个计算机系统或环境的容易程度。可移植性反映了软件在不同环境的适应程度。评价软件的质量。 （2）准则

软件评价准则，概括起来有：精确性、健壮性、安全性、通信有效性、处理有效性、设备有效性、可操作性、培训性、完备性、一致性、可追踪性、可见性、硬件环境无关性、软件系统无关性、可扩充性、公用性、模块性、清晰性，自描述性、简单性、结构性和文档完备性。对不同类型的软件、软件的各个开发阶段，评价准则要进行不同的有机组合，方可反映出该软件的质量要素。 （3）度量

软件的度量包含费用、工作量、生产率、性能、可靠性和质量等方面的度量，对于软件质量度量应根据软件质量的六个特性，在软件开发不同的生命周期，对不同类型的软件在每一个阶段制定相应的评价内容，以实现软件开发过程的质量控制。[3]

4.2软件质量度量

在软件开发过程中，对即将生成出来的软件进行科学的客观的评估是非常有

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必要的。有效地保障了软件产品的质量。软件度量提供了一个定量的方法来评价产品内部属性的质量，能够在软件产品完成之前进行质量评估，因而减少了软件质量评估中的主观性。软件质量度量就是从整体上上软件质量，用于软件开发过程中对软件进行质量控制，并最终对软件产品进行评价和验收。

度量是软件质量评估的基础，要对软件产品进行准确的评估就必须有一个客观和科学的度量。 4.2.1软件度量的概念

软件度量(software measurement)是对软件开发项目、过程及其产品进行数据定义、收集以及分析的持续性定量化过程，目的在于对此加以理解、预测、评估、控制和改善。没有软件度量，就不能从软件开发的暗箱中跳将出来。通过软件度量可以改进软件开发过程，促进项目成功，开发高质量的软件产品。度量取向是软件开发诸多事项的横断面，包括顾客满意度度量、质量度量、项目度量、以及品牌资产度量、知识产权价值度量，等等。度量取向要依靠事实、数据、原理、法则；其方法是测试、审核、调查；它的工具是统计、图表、数字、模型；其标准是量化的指标。 4.2.2软件度量的方法体系

（1）项目度量：项目度量是针对软件开发项目的特定度量，目的在于度量项目规模、项目成本、项目进度、顾客满意度等，辅助项目管理进行项目控制。 （2）规模度量：软件开发项目规模度量(size measurement)是估算软件项目工作量、编制成本预算、策划合理项目进度的基础。

（3）成本度量：软件开发成本度量主要指软件开发项目所需的财务性成本的估算。

（4）顾客满意度度量：顾客满意是软件开发项目的主要目的之一。 （5） 软件质量的生命周期及其度量：软件产品的度量实质上是软件质量的度量，而软件的质量度量与其质量的周期密切相关。

（5）过程度量：过程度量是对软件开发过程的各个方面进行度量。 4.2.3度量的评价准则

对度量的科学评价准则进行研究是必要的。在度量学界，比较著名的评价体系有wbyukef公理系统。wiyuker提出了评价软件度量方法6条准则，也就是度量方法应当具备或者允许具备的属性。

（1）非粗糙性：不是所有的类对于一个度量都会有一样的结果。

（2）非唯一性：这里是等价的概念。存在不同的类对同一度量有相同的值。设计细节是重要的。给定的两个类，它们都提供同样的功能，但不意味着对于一个度量会有相同的值。

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（3）互相作用的非相等性：两个类的度量值相等，并不意味着它们分别与另一类的作用相等。

（4）单调性：两个类的全并类的度量值总是大于它的组成类的度量值。 相互作用增加复杂性：当两个类合并后，类之间相互作用会增加复杂性。 （5）粒度：相同的度量值的情况应该有限。

（6）重新命名：度量单元的名称变了，度量值应保持不变。被度量的单元排列变化会改变度量值。 4.2.4 软件质量度量步骤

数据收集、度量计算和度量分析是一个度量过程必须完成的三个步骤。 4.2.5软件质量度量模型

IEEE Std 1061软件质量度量方法学提供了系统地进行软件质量度量的途径，包括建立某个软件系统的质量需求、标识、实现、分析并确认该软件的质量度量过程。该方法学跨越整个软件生存周期，并包括下列4个步骤：建立软件质量需求，准备度量，实现软件质量度量，分析质量度量结果。 （1）McCaI I质量模型

1979．McCall提出软件质量模型，把软件质量进行基于11个特性之上，而这11个特性分别面向软件产品的运行、修正和转移。这11个特性是：正确性，可靠性，效率，完整，可用性，可维护性，灵活性，可测试性，可移植性，复用性，互连性。 （2）Boehm模型

Bochm模型着手于软件总体的功效，也就是说，对于一个软件系统而言，除了有用性以外，它的开发过程必定是一个时间，金钱和能量的消耗过程。考虑到系统交付时使用它的用户类型，Boehm模型从几个维来考虑软件的效用。总功效可以被分解成可移植性，有效性，可维护性。其中，有效性可以细分为可靠性，效率，运行工程；可维护性可以细分为测试性，可理解性，可修改性。 （3）FURPS模型

Hewlett-Packard提出了一套考虑软件质量的因素，简称为FURPS一一功能性(functionality)，可用性(usability)，可靠性(reliability)，性能（performance)和支持度(supportability

（4）IS0／IEC 9126软件质量模型

ISO／IEC 9126软件质量模型包括6个质量特性和21个质量子特性。6个质量特性：功能性、可靠性、可用性、效率、可维护性、可移植性。21个质量子特性：

① 能性：适合性、准确性、互操作性、依从性、安全性。 ② 可靠性：成熟性、容错性、可恢复性。 ③ 可用性：可理解性、易学性、可操作性。

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④ 效率：时间特性、资源特性。

⑤ 可维护性：可分析性、可改变性、稳定性、可测试性。 ⑥ 可移植性：适应性、可安装性、一致性、可替换性。 （5）Dromey模型

Dromey提出了一个工作框架，建立和使用一个应用质量模型来评价软件需求集，设计阶段和开发阶段。Dromey指出，一个高层次的质量属性，比如可移植性和可维护性不能直接建成于软件中，这些属性是通过一系列的子特性来实现的。Dromey提出了三个基于软件产品开发过程的模型：需求模型，设计模型和实施质量模型。

4.2.4定量质量评估模型

影响软件质量的某些质量属性是模糊的。造成了质量评估的模糊性。如何对模糊属性进行量化处理和综合评价是一个关键问题!模糊集合论提供了对这种模糊属性进行定量描述的工具。

（1） 软件质量模糊综合评估模型

待评估软件的评价要素集：𝐔=* 𝑈1,𝑈2,⋯,𝑈𝑚+。评价要素就是该软件的质量度量指标，它们综合反映了该软件的质量，根据这些要素来评价该软件的质量。

评价集：𝐕=* 𝑉1,𝑉2,𝑉3,𝑉4+= {优,良,中,差}。即多层次模型的各因素评价的集合。

模糊评价矩阵𝑹：

𝑟11𝑟12𝑟13𝑟14𝑹𝟏

𝑹=|𝑹𝟐|=|𝑟21𝑟22𝑟23 𝑟24|

𝑟31𝑟32𝑟33𝑟34𝑹𝟑

式中：𝑹𝒊=(𝑟𝑖1,𝑟𝑖2,𝑟𝑖3,𝑟𝑖4)，其中𝑖=(1,2,3)。为相对于评价要素𝑈𝑖的单因素模糊评价,它是评价集V上的模糊子集。𝑟𝑖𝑗为相对于第𝑈𝑖个多层次模型因素给予评语𝑉𝑗的隶属度。

权重矩阵：𝐀=* 𝑎1,𝑎2,⋯,𝑎𝑚+它是要素集U上的模糊子集。它反映各评价

要素的重要程度，其中为评价因素𝑈𝑖的权值，且有：

𝑚

∑𝑎𝑖=1

𝑖=1

模糊综合评价𝐁是评价集𝐕上模糊子集,有,有𝐁=𝐀𝐑=* 𝑏1,𝑏2,𝑏3,𝑏4+。其中如果评价结果∑𝑛𝑗=1𝑏𝑗不等于1，应对评价结果进行归一化处理。

（2） 各要素权重的赋值

各质量度量要素权重的计算方法使用层次分析法，即从定性信息产生定量值的方法，运用层次分析方法能判断基于不完全和不确定知识的可能性大小，一旦非数值型的输入被转化标度（包括比例标度和绝对标度）就可求出质量要素（或

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属性）的权重[2]。

（3） 确定评价因素的隶属度

一个软件产品“对其进行评价时”根据所确定的评价集对其评价因素进行评价，评价结果用隶属度矩阵𝑹表示如下：

𝑹=(𝑟𝑖𝑗)𝑚×𝑘 在矩阵𝑹中𝑟𝑖𝑗表示在第 𝑖 个评价因素上，对它的第𝑗等级评定的人数占全部专家组人数的百分比。𝑚为评价因素的个数𝑘为评语数。

该模型具有下列特点：模型是动态的，不是静态的，它可以反映开发过程中的多个瞬时状态；模型引入了一整套完整的测量机制，包括质量目标，质量属性和对软件产品及开发过程的测量标度；模型易于理解\"也很实用[2]。

5 软件质量控制的方法

5.1 软件工程化要求实施软件质量控制

根据软件工程的概念，生产过程中的质量将直接影响产品的质量。近年来质量管理控制向过程质量的控制发展。过程质量控制就是把软件生产过程规范化、标准化，科学地分为需求分析阶段、设计阶段、实现阶段、测试阶段、评审交付阶段和使用维护阶段等六个主要阶段，对每一阶段都进行质量测试和评审，将质量控制贯穿于软件全寿命全过程中，从而保证软件质量。

在软件的实际开发过程中，软件开发人员按照软件工程化要求实施软件质量控制。经过大量调查研究发现，按照软件工程化要求实施软件质量管理，加强过程控制与监督，是保证软件质量比较有效的途径。因此，为满足软件质量特性的要求，软件质量管理应该按照软件工程化的途径来要求和加强。软件工程是指按照工程的规律来组织软件的生产与开发。软件工程化要求以软件质量控制为核心，紧紧抓住软件需求分析、软件设计、软件实现、测试、评审交付、和使用维护等。

5.2 软件的质量控制其实就是控制其缺陷

王涛指出[5]，“与软件质量相对的是软件质量，软件的质量控制其实就是控制其缺陷和错误”。缺陷越多质量越低，缺陷越少质量越高，最理想的情况是实现“零缺陷”、“零错误”。因此提高软件质量的基本手段是通过消除软件缺陷、减少软件错误，而消除软件缺陷、减少软件错误主要有三种方法： ① 预防缺陷和错误

就是在软件的开发过程之中有效的避免软件产品产生缺陷、发生错误，将高质量的软件开发过程之中。而至一方面需要各研发人员高质量的编程能力和编程功底，对整个研发公司而言软件工程化规范化程度好，富有项目开发管理相关方面的经

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验。这是提高软件质量的方式最好的方法，也是最为经济的一种方法。 ② 及时发现缺陷和错误

由于软件开发是以人为中心的研发活动，而且是以团体协作的合作研发过程，即使我们采取了严格的软件过程规范，采用了相当严格的预防措施，但是软件缺陷和错误不可避免。因为我们对待缺陷和错误越早发现越好，通过单元测试或者集成测试及时找出隐藏在软件项目中的缺陷和错误并且尽可能地消除和减少，而尽可能地不让流到后续的研发工作中，致使错误累加影响软件项目质量。 ③ 亡羊补牢

运用各种软件测试平台和软件测试方法，发现缺陷和错误后，及时地消除缺陷，减少错误。但是软件缺陷和错误留到了这一步，很大程度上会提高软件的代价。

针对以上三种控制质量的方式，SQA人员不应仅仅是检查过程是否符合规范，而且还应当承担更多的角色和任务： ① 制定质量管理计划：结合具体的项目和项目负责人一起商讨，列出质量要素，制定质量管理计划，全面统筹项目开发过程中质量控制问题，做到心中有数，重点明确。

② 实施“过程检查”、结合“技术评审”：“ 过程检查”即检查软件项“工作过程和工作产品”是否符合既定的规范。虽然符合规范的工作产品不一定是高质量的，但不符合规范的工作产品一定是质量不高的。

“技术评审”是为了尽早发现工作产品中的技术缺陷，尽早给开发人员寻求技术支持并帮助开发人员及时消除缺陷。

③ 参与开发与测试：兼顾开发者的角色可能与现实中大多数公司专职的SQA不符合， 但是软件开发过程中一些关键的质量问题往往出现在具体的开发过程中SQA人员参与开发、测试。一方面能够很好地了解项目的进度，与项目保持同步；另一方面，对项目中出现的质量问题有比较全面准确的了解，从而能给开发团队有力的支持；第三，能够改善自己和开发团队的关系，使自己更好地融队中去，从而更有利于质量保证工作的展开。当然SQA人员并不是专职开发人员。其工作重点仍是QA工作，所以对于SQA人员所兼顾的开发任务应遵循“量少而面多”的原则。

④ 跟踪缺陷：缺陷是影响质量罪魁祸首，对于在软件开发过程中出现的缺陷SQA人员都要认真记录，并全线跟踪直到彻底消除。软件缺陷的消除就意味着软件质量的提高。

⑤ 改进过程：过程改进虽不是SQA人员的任务，但却是他们的职责!在项目开发完成后SQA人员应回顾总结项目实施过程中出现的问题，提出需要改进的地方。然后反馈到过程改进部门。以便更好的提高公司的规范化程度，更好的提高公司的技术水平。

质量是企业的根本，在实际软件开发中SQA是软件质量的第一道保障，也是最重要的一道保障，所以，质量保证人员要真正担负起自己所承担的责任，使SQA即能，质量保证，又能保证质量。

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5.3 加强软件质量控制的建议

目前，软件的质量控制工作存在许多不尽如人意的地方，已经制约了软件的深层次发展，所以必须加强这方面的研究工作，努力改进现在的软件设计、实施和维护方法，加强软件的质量建设，从根本上提高软件的质量。应努力做好以下几方面的工作。[4]

（1）加速软件工程化与标准化建设

① 软件工程化

软件工程，从IEEE 的软件术语词汇表中，定义为：“用系统的、学科的、定量的方法开发、操作和维护软件”。实施软件工程化，既有利于高质量、高可靠性的软件研制生产，也有利于开展行之有效的质量监督工作。

② 软件工程标准化

实施软件工程标准化，有利于软件全寿命阶段的质量管理，实现软件全寿命过程质量控制，明确软件各阶段的管理控制手段。 （2）采用软件“三库”管理模式

所谓“三库”，就是根据产品生存期的阶段性时机、阶段性要求不同将产品阶段性存放在“开发库、受控库、产品库”，如下图所示：

软件研制管理软件研制管理软件研制管理软件设计开发库受控库产品库软件应用（3）强对软件质量监督

软件测试及检查工作是软件验收的重点。只有进行严格的软件测试，才能尽最大可能地检测出软件产品隐藏的故障并消除之，以保证软件产品的质量。

6 结论

本文阐述了软件质量的定义以及标准，强调了软件质量管理的重要性，并且重点从软件质量评估和控制方面进行阐述。其中包裹软件质量评估的标准，准则和度量以及软件质量模糊综合评估模型，还包括如何控制软件质量的重要性以及如何控制软件质量。

软件产品已经渗透到我们生活的方方面面，软件产业也已经成为一个国民经济的重要的方面，但是对如何管理软件开发过程，控制软件质量，开发出满足用户需求的高质量软件，依然是一个需要不断探索的主题。

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7 文献

[1] 李虎等.软件质量评价技术[D],北京:北京航空航天大学,2002 . [2] 李志强,彭芸. 软件质量评估模型的分析与研究[D],2007.

[3] 付丽萍.软件质量评估技术的分析与研究[D],西安:电子科技大学,2007. [4] 任慧如.浅谈软件开发控制[J],河北张家口:河北省张家口市规划局,2010.(1) [5] 王涛. 软件质量保证与软件质量控制[J],上海:同济大学,2005.(2)

[6] 于芳民.软件开发项目管理的质量控制研究[J],山东青岛:中国海洋大学经济学

院,2008.(1)

Assessment and Control on Software Quality

Zhu Xiangrong, Luo Guilin

With the development of information technology, the application scope of software becomes more and more extensive. How to develop high-quality software products has become a hot research content. Software Quality Assessment and Control are important aspects during the process of software quality management. In this paper, based on the existing research result, we make a summary of the methods of Software Quality Assessment and Control and explain the importance of software quality control.

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