正交实验分析法

正交实验分析法

 

正交实验分析法是一种基于统计学原理的高效测试用例设计方法，特别适用于多因素多水平的复杂系统测试。以下是对正交实验分析的详细讲解：

 

 一、正交实验分析的基本概念

 

1.定义：正交实验法是从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验，这些点在数学上具有"均匀分散、整齐可比"的特性。

 

2.核心思想：

   - 用部分实验代替全面实验

   - 通过统计分析找出最优组合

   - 大幅减少测试用例数量同时保持测试效果

 

3.与全面测试的区别：

   - 全面测试：测试所有可能的组合（数量庞大）

   - 正交测试：只测试精心挑选的代表性组合（数量少但覆盖度高）

 

 二、正交实验分析的核心要素

 

1.因素（Factor）：影响测试结果的变量（如：操作系统、浏览器、分辨率）

2.水平（Level）：每个因素可能取的值（如：操作系统有Windows、MacOS、Linux三个水平）

3.正交表（Orthogonal Array）：数学工具，表示为Lₙ(mᵏ)

   - n：试验次数

   - k：最多可安排的因素数

   - m：每个因素的水平数

 

 三、正交实验分析的实施步骤

 

1.确定测试目标：明确要测试的功能或性能指标

2.识别因素和水平：

   - 列出所有可能影响结果的因素

   - 为每个因素确定可能的取值（水平）

3.选择合适的正交表：

   - 根据因素数和水平数选择

   - 常用正交表：L4(2³)、L8(2⁷)、L9(3⁴)、L16(4⁵)等

4.映射因素到正交表：

   - 将实际因素和水平对应到正交表的列和值

5.生成测试用例：

   - 根据正交表每一行生成一个测试用例

6.执行测试并分析结果：

   - 执行生成的测试用例

   - 分析结果找出最优组合或问题所在

 

 四、正交实验分析实例演示

 

案例：测试一个网页在不同条件下的显示效果

 

1.确定因素和水平：

   - 浏览器：Chrome、Firefox、Edge（3水平）

   - 操作系统：Windows、MacOS（2水平）

   - 分辨率：1920×1080、1366×768（2水平）

   - 网络环境：有线、WiFi、4G（3水平）

 

2.选择正交表：

   - 因素：4个

   - 最大水平数：3

   - 选择L9(3⁴)正交表（可安排4个3水平因素，共9次实验）

 

3.生成测试用例：

 

| 用例编号 | 浏览器 | 操作系统 | 分辨率 | 网络环境 |

|---------|--------|----------|--------|----------|

| 1       | Chrome | Windows  | 1920×1080 | 有线     |

| 2       | Chrome | MacOS    | 1366×768 | WiFi     |

| 3       | Chrome | Windows  | 1366×768 | 4G       |

| 4       | Firefox| Windows  | 1920×1080 | WiFi     |

| 5       | Firefox| MacOS    | 1366×768 | 4G       |

| 6       | Firefox| Windows  | 1366×768 | 有线     |

| 7       | Edge   | Windows  | 1920×1080 | 4G       |

| 8       | Edge   | MacOS    | 1366×768 | 有线     |

| 9       | Edge   | Windows  | 1366×768 | WiFi     |

 

 五、正交实验分析的优点

 

1.高效性：大幅减少测试用例数量（从36种组合减少到9种）

2.覆盖性：保证每对因素水平的组合至少被测试一次

3.可分析性：便于进行结果分析和优化

4.经济性：节省测试资源和时间

5.系统性：科学选择测试用例，避免主观随意性

 

 六、正交实验分析的局限性

 

1. 不适用于因素间有强交互作用的场景

2. 对测试人员统计知识有一定要求

3. 自动化和工具支持相对较少

4. 结果分析需要一定经验

5. 对于水平数不同的情况处理较复杂

 

 七、正交实验分析的应用场景

 

1. 兼容性测试（多平台、多设备组合）

2. 配置测试（多参数组合）

3. 性能测试（多因素影响分析）

4. 用户界面测试（多显示条件组合）

5. 游戏测试（多角色属性组合）

 

 八、正交实验分析的扩展方法

 

1.混合水平正交表：适用于不同因素有不同水平数的情况

2.正交实验的方差分析：定量分析各因素影响程度

3.正交实验的极差分析：直观比较因素影响大小

4.正交实验与边界值分析结合：在正交基础上增加边界测试

 

 九、常用工具推荐

 

1.微软PICT：Pairwise测试工具，基于类似原理

2.正交表生成工具：如Orthogonal Array Testing System (OATS)

3.在线正交表生成器：如http://www.york.ac.uk/depts/maths/tables/orthogonal.htm

4.Excel插件：部分统计插件支持正交表生成

 

正交实验分析法是测试用例设计中的一项重要技术，合理使用可以在保证测试质量的前提下显著提高测试效率，特别适合资源有限但需要覆盖多因素组合的测试场景。