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ISSN : 2005-0461(Print)
ISSN : 2287-7975(Online)
Journal of Society of Korea Industrial and Systems Engineering Vol.36 No.3 pp.17-24
DOI : https://doi.org/10.11627/jkise.2013.36.3.17

소프트웨어 제품라인의 출시 계획 수립을 위한 탐욕 유전자 알고리듬

유재욱
동아대학교 경영대학 경영학과 조교수

A Greedy Genetic Algorithm for Release Planning in Software Product Lines

Jaewook Yoo
Department of Business Administration, Dong-A University
Corresponding Author jyoo@dau.ac.kr
Received 1 July 2013; Finally Revised 19 August 2013; Accepted 21 August 2013

Abstract

Release planning in a software product line (SPL) is to select and assign the features of the multiple software products in the SPL in sequence of releases along a specified planning horizon satisfying the numerous constraints regarding technical prece-dence, conflicting priorities for features, and available resources. A greedy genetic algorithm is designed to solve the problems of release planning in SPL which is formulated as a precedence-constrained multiple 0-1 knapsack problem. To be guaranteed to obtain feasible solutions after the crossover and mutation operation, a greedy-like heuristic is developed as a repair operator and reflected into the genetic algorithm. The performance of the proposed solution methodology in this research is tested using a fractional factorial experimental design as well as compared with the performance of a genetic algorithm developed for the software release planning. The comparison shows that the solution approach proposed in this research yields better result than the genetic algorithm.

36-3-03 유재욱17-.pdf484.4KB

1. 서 론

 소프트웨어를 이해관계자나 시장에 방출할 계획을 수립하는 것은 해당 소프트웨어의 기능들을 개발하여 계획 중인 기간 내에 여러 개의 출시시점 중 가장 적절한 출시시점에 할당을 계획하는 일이다. 이 때 고려해야 할 제약들은 기능간 개발 구현 우선순위, 소프트웨어 이해관계자들(stake-holders)이 각 기능들에 대하여 갖는 중요도, 제한된 개발인적자원 등이다. 이러한 출시계획이 없다면 소프트웨어를 이루고 있는 주요기능들이 적절한 시점에 출시되지 못하여 시장에서 고객들로부터 외면 당할 수 있다. 이와 같이 시기가 적절치 못한 출시는 고객의 불만족, 시간과 예산의 초과, 시장점유의 상실 등을 야기하여 기업에 큰 손실을 줄 수 있다[5].

 소프트웨어 제품 라인(Software Product Line)은 그 제품라인 안에서 공용되는 플랫폼과 그 플랫폼을 기반으로 파생되는 다수의 파생제품들(Product Variants)로 이루어져 있다. 소프트웨어 개발에 있어서 소프트웨어 제품 라인 개념은 중요한 패러다임(paradigm)이며, 그 이유는 플랫폼의 재사용(reuse)를 통한 비용, 품질, 출시까지의 시간(time-to-market)을 향상 시킬 수 있기 때문이다[1].

 소프트웨어 제품라인의 출시 계획은 소프트웨어 제품 기능간의 특성 뿐만 아니라, 개발환경도 잘 이해하여 출시 계획 수립 시 고려되어야 한다.

 소프트웨어를 점진적으로 개발하는 환경에서 한 개 소프트웨어 출시계획 문제를 수리모형화하고 이를 풀기 위한 해법을 제시한 연구는 상당부분 진행되어 왔으나[2, 3, 8], 소프트웨어 제품라인의 개발환경에서 소프트웨어 출시계획을 정형화된 방법으로 연구한 논문은 그리 많지 않다. 또한, 소프트웨어 출시 계획에 대한 해법이 실제 산업에서 발생하는 큰 규모의 문제에 적용 가능한지를 분석한 연구도 활발히 수행되지 못했다[8].

 Ullah and Ruhe[10]가 소프트웨어 제품라인의 소프트웨어 출시계획 문제에 대하여 정형화된 모형을 제시하였지만, 그 해법은 한 개 제품의 출시 계획을 수립하기 위해 기존에 개발된 의사결정 시스템을 이용하는 수준이었다. Taborda[9] 는 출시행렬(release matrix)을 이용하여 전체적인 관점에서 소프트웨어 제품라인의 출시계획을 다루었다. Yoo는 소프트웨어 제품라인의 출시 계획을 우선순위 제약하의 다수 0-1 배낭문제로 수리 모형화하고 그 해법으로 동적계획법(dynamic programming)을 개발하였고[11], 또한 유전자 알고리듬을 제시하여 이 알고리듬이 실제 산업의 규모가 큰 문제에 적용 가능한 지를 알기 위하여 성능을 테스트하고 분석하였다[12].

 본 연구의 핵심 기여부분은 Yoo[12]가 제시한 유전자 알고리듬을 소프트웨어 제품라인의 출시 계획수립 모형인 우선순위 제약하의 다수 0-1 배낭문제에 보다 잘 작동할 수 있도록 개선하고, Yoo[12]가 제시한 알고리듬과 본 연구에서 제시한 알고리듬의 성능을 비교 분석한 것이 되겠다.

 본 논문의 제 2장에서는 소프트웨어 제품라인의 출시 계획 문제의 수리모형을 요약하여 설명하고, 제 3장에서는 제 2장에서 제시한 수리모형의 해법 절차로써 탐욕 유전자 알고리듬을 제시한다. 제 4장에서는 탐욕 유전자 알고리듬을 계산 실험을 수행하여 그 성능을 분석하고, 제 5장에서는 본 연구의 결론과 미래연구분야를 제시한다.

2. 수리모형

 소프트웨어 제품라인을 이루고 있는 모든 기능들은 두 가지 종류로 분류된다. 첫 번째는 플랫폼을 이루고 있는 핵심자산기능(core asset feature)이고, 두 번째는 그 플랫폼을 기반으로 하는 각각의 파생제품들의 제품 특성기능(product specific feature)이다. 본 연구에서는 소프트웨어 제품라인의 모든 기능들은 이와 같이 두 가지 종류 중 하나로 이미 결정되어 있다고 가정한다.

 소프트웨어 제품 라인의 플랫폼 또는 제품 k를 형성하고 있는 모든 기능들의 집합을 F(k)로 정의하자 :  = {1, 2, ⋯, I}. 이 기능들은 출시를 고려 중인 계획 기간 내 총 T번의 출시 순서 중 하나의 출시 시점에 할당되어 시장에 나갈 수 있다. 이것은 의사결정변수 xit에 의해 결정된다 : 기능 i가 t번째 출시에 할당되면 xit = 1이고, 기능 i가 t번째 출시되지 못하면 xit = 0이다.

 본 연구의 수리모형의 목적은 출시 시점에 따른 가용한 개발자원, 기능간 개발 우선순위, 기능선택 제약 식을 만족하면서 출시를 계획 기간 내 다수의 출시 시점에 소프트웨어 제품라인 내 기능들을 할당하는 것인데, 이 때 목적식 P(x)를 최대화는 출시 계획 x를 찾는 것이다. 여기서 P(x)의 값은 각 출시 및 이해관계자들의 중요도, 이해관계자가 인식하는 각 기능의 긴급정도와 가치정도 등과 같은 요소들에 의해 좌우되며 다음과 같이 정의된다.

 

 여기서,

 

  (1)에서 ξ(t)는 출시 t의 중요도이고, 이 중요도는 계획된 총 출시에 대해서 1로 정규화된(normalized to 1)된다. 소프트웨어 이해관계자들(stakeholders)의 중요도는 소프트웨어 출시 계획을 수립하는 데 매우 중요한 요인이다. 소프트웨어 이해관계자들의 집합을 S={1, 2,⋯, q, ⋯, Q}라고 가정하자. 이해관계자 q는 상대 중요도 λ(q)∈{1, 2, ⋯, 9}를 할당 받을 수 있다. λ(q)=1은 상대 중요도의 최저 값을 가리키고, λ(q)=9는 최고 값을 의미한다. 각각의 이해관계자들은 모든 기능들에게 두 가지 기준으로 점수를 줄 수 있다. 첫 번째 기준은 이해관계자 q에게 기능 i가 얼마나 가치가 있는 가를 보여주는 가치정도 value(q, i)이고 두 번째 기준은 얼마나 긴급한가를 보여주는 긴급정도 urgency(q, i)이다. 만점은 9점이다.

 본 연구에서 다루어질 소프트웨어 제품라인의 출시 계획수립 문제는 아래 문제 (P)에서 목적식 (2)와 제약식 (3)~ (6)으로 우선순위 제약하의 다수 0-1 배낭문제로 수리 모형화된다.

 문제(P)

 

 

 

 

 문제(P)에서 최대화 목적 식 (2)는 식 (1)로 정의된다. 자원제약 식 (3)은 플랫폼 또는 제품 k를 이루고 있는 기능들을 구현하기 위해서 필요한 자원은 출시 t에서 플랫폼 또는 제품 k의 개발팀이 보유한 자원을 초과할 수 없다는 것을 보여준다. Ckt는 t번째 출시하게 될 플랫폼 또는 제품 k개발팀의 가용한 개발 자원들이다. 이것은 실제 소프트웨어 개발업체들이 개발조직을 구성할 때 소프트웨어 제품라인에 맞게 조직을 구성하고 있는 것을 식 (3)에 반영한 것이다. wit는 기능 i를 t번째에 출시 하기 위하여 구현하는 데 소요되는 개발 자원의 양이다. 우선순위 제약 식 (4)는 전체 출시 계획 기간에 걸쳐 소프트웨어 제품라인의 기능간 개발 우선순위를 보장한다. 기능선택 제약 식 (5)는 각 기능들이 전체 출시 계획 기간 중 하나의 특정 출시에 할당되거나, 출시를 지연하도록 한다; 제약 식 (6)은 의사결정변수의 0-1 정수 조건을 의미한다.

3. 제안된 알고리듬

3.1 유전자 알고리듬

 제 2장에서 설명된 수리모형을 풀기 위하여 유전자 알고리듬(Genetic Algorithm)을 적용하였다. Yoo[12]가 제시한 알고리듬과 상이한 부분은 단계 1의 초기 모집단(initial population)을 구하는 방법과 단계 7의 수리 오퍼레이터(re-pair operator) 부분이다.

 초기 모집단 구하는 방법을 수정한 이유로 Yoo[12]가 제시한 방법은 문제(P)를 선형계획 모형으로 완화(Linear Programming-Relaxed)하여 구한 선형 최적해를 이용하여 초기 모집단을 구하는 것이었다. 이 방법은 Raidl[6]이 제시한 방법을 활용한 것인데, 이렇게 구한 초기 모집단은 그 품질이 우수하여 유전자 알고리듬이 빠르게 특정 해를 찾을 수 있도록 돕는다. 그러나, Kapsalis et al.[4]와 Reeves [7]에 의하면, 휴리스틱을 이용하여 얻은 품질이 좋은 염색체로 이루어진 초기 모집단은 유전자 알고리듬이 보다 좋은 해를 찾을 수 있는 데도 불구하고 특정 방향으로 편중되어 조기에 특정 해에 수렴하게 하는 단점이 있다는 것을 발견하였다. 그 이유로 초기 모집단을 이루고 있는 염색체들의 다양성이 부족한 것에 있다고 하였다. 본 연구에서는 이와 같은 유전자 알고리듬이 특정한 방향으로 편중되어 조기에 특정해에 도달하는 현상을 보완하여 보다 우수한 해를 얻고자 난수를 발생하여 무작위 방식으로 다양한 염색체로 이루어진 초기 모집단을 구하고자 한다. 단계 1에서 이와 같은 초기 모집단을 구하는 방법을 설명한다.

 수리 오퍼레이터의 역할은 염색체 교체와 염색체 돌연변이 오퍼레이터를 수행 후 염색체가 불가능해일 경우 이들을 가능해로 만드는 것이 그 역할이다. [12]에서는 0-1정수 모형인 문제(P)를 선형계획 모형으로 완화하여 구한 해를 기반으로, 이들 해를 오름차순으로 정렬한 후 작은 값을 갖는 변수부터 점검하여 그 변수가 문제(P)의 제약식을 위반하는 경우 0으로 놓아 가능해를 찾도록 하였다. 이 방법은 단지 불가능해에서 가능해를 구하는 데 주력하였다. 본 연구에서는 보다 우수한 가능해를 얻고자 우선순위 제약하의 다수 0-1 배낭문제로 모델링된 문제(P)에 잘 작동하는 탐욕스러운 휴리스틱(greedy-like heu-ristic)을 개발하여 수리오퍼레이터에 반영한다. 수리오퍼레이터의 상세 내용을 제 3.2절에 설명한다.

 다음은 위의 내용을 반영한 탐욕 유전자 알고리듬을 단계별로 설명한 것이다.

단계 1:초기 모집단 구하기

 0과 1사이의 균등분포(uniform distribution)를 따르는 난수를 발생하여 무작위 순위로 염색체(chromosome)내 유전자에 할당한다. 그 값이 0.5 이상이면 무작위로 선택된 의사결정변수(유전자)에 그 값을 1로 두고, 0.5 미만이면 그 값을 0으로 둔다. 염색체의 크기는 각 실험의 문제크기에 맞게 만들고, 한 개의 모집단내 염색체의 개수는 모든 실험에 동일하게 100개를 발생한다. 이 때 염색체는 모두가 가능해 이어야 한다.

단계 2:적합도 평가(fitness evaluation)하기

 단계 1에서 구한 초기 모집단의 모든 염색체의 적합도를 구한다. 각 염색체는 문제(P)의 가능해이므로 목적식에 가능해를 대입하여 목적식 값을 구하여 모집단의 적합도를 평가할 수 있다.

단계 3:알고리듬의 종료 결정하기

 현재 모집단의 염색체의 90% 이상이 같은 적합도 값을 갖거나 세대(generation)의 수가 실험마다 지정된 한계의 수를 넘어가면 알고리듬을 종료한다. 이 두 조건 중 어느 하나라도 만족하지 못하면 다음 단계를 수행한다.

단계 4:염색체 선택(selection)하기

 현재의 모집단에서 무작위로 두 개의 염색체(부모염색체)를 선택한다.

단계 5:염색체 교체(crossover)하기

 부모 염색체로 선택된 두 개의 염색체를 교체 확률이 0.9(Pc=0.9)인 균등 교체(uniform crossover)를 수행한다.

단계 6:염색체 돌연변이(mutation)하기

 돌연변이 확률을 1/n(여기서, n은 변수의 개수)로 하여 염색체 변이를 수행한다. 교체와 돌연변이 단계 수행 후 염색체가 불가능해(infeasible solution)인 경우 단계 7을 수행한다. 가능해인 경우는 단계 2로 간다.

단계 7:불가능해 염색체를 가능해 염색체로 만들기

 탐욕스러운 휴리스틱으로 구성된 수리 오퍼레이터를 실행하여 불가능해 염색체를 가능해 염색체로 만든다(상세 설명은 제 3.2절 참조). 단계 2로 간다.

3.2 수리 오퍼레이터(Repair Operator)

 유전자 알고리듬에서 염색체 교체(crossover)와 염색체 돌연변이 (mutation)를 수행 후 만들어진 염색체는 불가능해(infeasible) 일 가능성이 높다. 왜냐하면, 이 염색체가 본 논문의 문제(P)의 다수의 제약식을 모두 만족시킬 가능성이 높지 않기 때문이다. 염색체의 불 가능해를 가능해로 만들어주기 위하여 탐욕스러운 휴리스틱을 개발하여 염색체 교체 및 염색체 돌연변이 수행 후 불 가능해인 염색체에 적용한다.

 탐욕스러운 휴리스틱을 보다 효율적으로 개발하기 위하여 유사 효용 비(pseudo-utility ratio)라는 개념을 활용한다. 본 연구에서 이 비는 문제(P)의 의사결정변수 xit의 개발 자원 제약식 (3)의 계수 wit 대비 목적식 (2)의 계수 pit의 비 uit = 로 정의한다. 이 비가 클수록 해당 의사결정변수가 가능해에 속하게 될 가능성이 높다.

 수리 오퍼레이터는 uit를 기준으로 각 의사결정변수를 자손 해(child solution)에 포함시킬 것인지, 배제시킬 것인지를 고려하여 설계된다. 본 연구에서 수리 오퍼레이터는 두 가지 단계로 이루어진다. 첫 번째 단계는 불가능해에서 가능해를 찾는 것이고, 이 단계를 DROP 단계라고 한다. 두 번째 단계는 첫 번째 단계에서 나온 가능해를 보다 우수한 해로 향상시키는 것이며 ADD 단계라고 한다.

 첫 번째는 불가능해인 염색체의 각 의사결정변수를 uit의 오름차순으로 검토한다. 검토 대상은 그 값이 1인 의사결정변수 xit이며, 검토 항목은 xjt에 선행되어 구현되어 있어야할 기능 xit의 값이 무엇인지, wjt를 포함하여 현재까지 누적된 자원 값 Wkt가 Ckt를 초과하였는지 또는 아닌지의 여부이다. 이들을 점검하여 해의 가능성(feasi-bility)이 깨어지면 이 때 해당 의사결정변수의 값을 1에서 0으로 바꾼다.

 두 번째 단계는 첫 번째 단계와는 역으로 실행하는 것인데, 각 의사결정변수를 uit의 내림차순으로 검토한다. 검토 대상인 의사결정변수 xit는 그 값이 0인 것이며, 검토 항목은 DROP 단계에서와 같다. 해의 가능성이 깨지지 않는 한 의사결정변수의 값을 0에서 1로 바꾼다.

 이와 같이 수리 오퍼레이터는 염색체 교체(crossover)와 염색체 돌연변이(mutation)를 수행 후 만들어진 염색체가 불가능해일 경우, 이를 가능해로 만드는 것을 보장한다. <Figure 1>은 위에 설명한 두 단계의 탐욕스러운 휴리스틱으로 이루어진 수리오퍼레이터를 보여준다.

<Figure 1> Repair Operator for Precedence Constrained 0-1 Multiple Knapsack Problem

4. 실험 조건 및 결과

 본 연구에서 제시된 유전자 알고리듬의 성능실험을 위하여 알고리듬을 Matlab(2012a 버전)으로 코딩하였다. 인텔코어 i3-2100 CPU(3.10 GHz)와 1.90 GB 램(RAM)을 탑재한 PC가 실험에 사용되었다. 제안된 알고리듬의 작동상태(behavior) 및 성능을 파악하기 위하여 다음과 같이 4개 요인에 각 요인이 2개의 값을 갖는 조합으로 알고리듬이 적용될 문제를 발생시켰다[12].

 (i) 제품라인 내 기능의 총수∈{70, 100}

 (ii) 출시 횟수∈{3, 5}

 (iii) 제품라인 내 플랫폼/제품의 총수∈{5, 10}

 (iv) 기능개발 우선순위 제약식 규모∈{3, 5}

 기능 개발 우선순위 제약식 규모의 차이에 따라 본 연구에서 제시한 유전자 알고리듬의 성능을 보기 위하여 기능개발 우선순위 제약식의 규모를 구분하였다. 기능개발 우선순위 제약식 규모의 3과 5의 의미는 한 기능에 개발 우선순위로 연계된 기능의 수를 3개 또는 5개로 구별하여 기능개발 우선순위 제약식 규모의 크기에 차이를 주었다.

 제약식 (3)의 계수wit로는 3,000과 10,000사이의 숫자를 랜덤하게 발생시켜서 갖도록 하였고, 다음 출시의 제약식 계수 wi,t+1에는 물가 상승율 등을 고려하여 이전 출시의 제약식 계수에 1.05배를 하여 갖도록 하였다. 목적식 계수 pit는 경험적으로 이 계수에 대응되는 제약식 계수 wit에 20배에서 40배 사이의 값을 랜덤하게 발생시켜서 갖도록 하였으며, 기능간의 개발 우선순위도 랜덤하게 발생시켰다[12].

 위 조합의 총 수가 16개로 너무 많아 최소한의 실험 횟수로 원하고자 하는 분석결과를 얻고자 실험계획 기법인 부분요인설계(fractional factorial design)를 적용하였다. 본 연구의 실험에는 4개의 요인(factor)을 고려하고, 각 요인은 2개의 레벨(level)이 있는 것으로 설계하였으므로, 8개의 실험조건이 실험계획의 직교배열(orthogonal array)로 부터 얻어진다. <Table 1>는 직교배열 OA(8, 4, 2, 3)을 나타낸다. 이 표기에서 8은 실험의 런(run) 수를, 4는 요인 수, 2는 레벨의 수, 3은 강도(strength)를 나타낸다[12].

<Table 1> OA(8, 4, 2, 3)

 <Table 1>의 행은 실험 조건을 보여주며, 열은 요인을 의미하는 데 실험을 통하여 이들의 효과가 분석된다. <Table 1> 내에 기재된 값 0과 1은 요인이 갖는 레벨을 보여준다. 각 행의 조합당 10개의 문제를 발생하였고 총 80개의 문제에 대하여 실험이 수행되었다. 본 실험에서 각 조합에 대하여 10개씩 총 80개 문제의 102, 103, 104세대(generation)를 통하여 해가 얻어졌다. Yoo[12]가 제시한 알고리듬과 본 연구에서 제시한 알고리듬의 성능을 비교, 분석하고자 두 개 알고리듬의 최대값과 그 값을 얻는 데 걸리는 계산시간을 측정하였다. <Table 2>는 두 개 알고리듬의 각 조합의 10개 문제에 대한 실험 결과의 평균값을 정리한 것이다. GA는 Yoo[12]가 제시한 유전자 알고리듬을 나타내고, Greedy GA는 본 논문에서 제시한 탐욕유전자 알고리듬을 의미한다.

<Table 2> Experiment Results

 <Table 2>에서 얻어진 실험 결과 데이터를 기반으로 <Figure 2>는 8개 조합에 대한 두 개 알고리듬의 계산시간을 비교한 것이다. 8개 조합 중 앞의 6개 조합에서 GA가 Greedy GA보다 계산시간이 적게 걸리고, 나머지 두 조합(100-5-5-3과 100-5-10-5)에 대해서는 Greedy GA가 GA 대비 각각 17.4%, 43.8% 만큼 계산시간이 줄어든 것을 볼 수 있다. 그 원인은 문제의 크기가 일정 수준 이상 커지게 되면, Greedy GA의 수리오퍼레이터가 본 연구의 수리모형인 우선순위 제약하의 다수 0-1 배낭문제에 잘 작동하여 가능해를 빨리 찾아주는 것으로 보여진다.

<Figure 2> Computation Time of GA and Greedy GA

 <Figure 3>에서는 GA와 Greedy GA가 8개 조합에서 찾은 각각의 최대값을 비교하여 보여준다. 100-5-5-3 조합을 제외하고 나머지 7개 조합에서 Greedy GA가 GA보다 평균적으로 11.7% 우수한 해를 찾아낸 것을 볼 수 있다. 100-5-5-3 조합의 경우조차 두 개 알고리듬의 최대값의 차이가 0.2%로 매우 미세했다. 그 원인은 수리오퍼레이터가 문제(P)에 잘 작동하여 우수한 가능해를 찾아 주었을 뿐만 아니라, 초기 모집단이 보다 다양한 염색체를 보유하여 우수한 가능해를 찾는 데 큰 영향을 준 것으로 예상된다

<Figure 3> Fitness Evaluation of GA and Greedy GA

 <Figure 4>~<Figure 7>은 본 연구에서 제시한 Greedy GA가 기능의 수, 출시의 수, 플랫폼/제품 수, 기능간 개발 우선순위 제약 규모의 차이에 따른 104세대를 적용한 경우, 최대 해를 구하는 데 소요되는 계산시간을 보여준다. <Figure 4>, <Figure 5>, <Figure 7>에 볼 수 있듯이 기능 수, 출시횟수, 기능간 개발 우선순위 제약의 규모가 증가함에 따라 계산시간이 비례하여 증가하는 것을 볼 수 있다.

<Figure 4> The Number of Features vs. Computation Time

<Figure 5> The Number of Releases vs. Computation Time

<Figure 6> The Number of Platform/Products vs. Computation Time

<Figure 7> The Scale of Precedence-Constraints of vs. Computation time

 <Figure 6>에서는 플랫폼/제품 수의 증가가 Greedy GA의 계산시간을 반드시 증가시키지 않는 것을 볼 수 있다. 실험조건 70-5-5-5와 70-5-10-3을 보면 플랫폼/제품 수가 5에서 10으로 증가하였으나, 알고리듬의 계산시간이 214.11초에서 188.91초로 감소한 것을 보여준다. 이것은 플랫폼/제품 수보다 기능간 개발 우선순위의 제약 규모의 차이가 계산시간의 증감에 더 크게 영향을 준다는 것을 알 수 있다. 실험조건 100-3-5-5와 100-3-10-3도 이와 같은 이유로 설명될 수 있다.

5. 결론 및 미래 연구

 본 연구는 소프트웨어 제품라인의 출시문제를 풀기 위하여 Yoo[12]가 제시한 유전자 알고리듬을 향상시키고자 수행되었다. Yoo[12]가 제시한 유전자 알고리듬과 본 연구에서 제시한 알고리듬의 구성에서 상이한 부분은 초기 모집단을 구하는 방법과 수리 오퍼레이터 부분이다. 또한, 본 논문에서 제시된 알고리듬의 작동상태(behavior) 및 성능을 파악하고 Yoo[12]가 제시한 알고리듬과의 비교를 위하여 실험계획 기법인 부분요인설계(fractional factorial de-sign)를 적용하였다. 4개 요인에 각 요인이 2개의 값을 갖는 실험을 설계하여 직교배열로부터 얻어진 8 조합으로 각 조합 당 10문제를 발생시켜 실험을 수행하였다.

 Yoo[12]가 제시한 유전자 알고리듬은 문제 (P)의 우수한 해를 신속하게 찾을 수 있도록 문제 (P)를 선형계획 모형으로 완화하여 구한 최적해를 이용하여 얻은 우량의 초기 모집단을 이용하였다. 우량 초기 모집단은 알고리듬을 특정 해에 빠르게 수렴하도록 하였다. 그 특정해의 우수성을 알아보기 위하여 본 연구에서는 보다 다양한 유전자를 지닌 염색체를 얻고자 0과 1사이의 균등분포(uniform distribu-tion)를 따르는 난수를 발생하여 무작위 방식으로 초기 모집단을 구하여 본 논문에서 제시한 탐욕 유전자 알고리듬에 적용하였다. 탐욕 유전자 알고리듬이 찾은 해가 평균적으로 Yoo[12]가 제시한 알고리듬의 해 보다 11.7% 우수한 것을 알 수 있었다.

 본 연구에서 제시한 탐욕 유전자 알고리듬에 염색체 교체와 염색체 돌연변이를 수행 후 염색체가 불가능해인 경우 이를 가능해로 만들기 위하여 문제(P)에 잘 작동하는 탐욕스러운 휴리스틱을 기반으로 하는 수리 오퍼레이터를 개발하여 알고리듬에 반영하였다. 이 수리 오퍼레이터가 문제의 크기가 일정 수준으로 커질 때 계산시간을 감소시키는 데 상당한 영향을 끼치는 것으로 분석되었다.

 실험을 통하여 4개 요인 중 기능 수, 출시횟수, 기능간 개발 우선순위 제약의 규모가 증가함에 따라 본 논문의 탐욕 유전자 알고리듬의 계산시간이 비례하여 증가하는 것을 볼 수 있었으나, 플랫폼/제품 수의 증가는 알고리듬의 계산시간을 반드시 증가시킨다라고 보기 어려웠다.

 마지막으로, 미래 연구로써 본 연구에서 고려한 우선순위 제약하의 다수 0-1 배낭문제를 보다 효율적으로 풀기 위한 유전자 알고리듬 외에 다른 메타휴리스틱 개발에 관한 연구가 필요해 보이고, 이들 메타휴리스틱 간 성능비교도 흥미로운 연구분야가 될 것으로 보인다.

Acknowledgement

 This work was supported by the Dong-A University re-search fund.

Reference

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