Advancing ocean science has a significant impact to the development of the world, from operating a safe navigation for vessels to maintaining a healthy and diverse ocean ecosystem. Various ocean software systems have been extensively adopted for different purposes, for instance, predicting hourly sea level elevation across shorelines, simulating large-scale ocean circulations, as well as integrating into Earth system models for weather forecasts and climate projections. Regardless of their significance, guaranteeing the trustworthiness of ocean software and modelling systems is a long-standing challenge. The testing of ocean software suffers a lot from the so-called oracle problem, which refers to the absence of test oracles mainly due to the nonlinear interactions of multiple physical variables and the high complexity in computation. In the ocean, observed tidal signals are distorted by non-deterministic physical variables, hindering us from knowing the "true" astronomical tidal constituents existing in the timeseries. In this paper, we present how to test tidal analysis and prediction (TAP) software based on metamorphic testing (MT), a simple yet effective testing approach to the oracle problem. In particular, we construct metamorphic relations from the periodic property of astronomical tide, and then use them to successfully detect a real-life defect in an open-source TAP software. We also conduct a series of experiments to further demonstrate the applicability and effectiveness of MT in the testing of TAP software. Our study not only justifies the potential of MT in testing more complex ocean software and modelling systems, but also can be expanded to assess and improve the quality of a broader range of scientific simulation software systems.


翻译:海洋科学的推进对世界的发展产生了重大影响,从船只的安全航行到维持健康和多样化的海洋生态系统,海洋科学的进步对世界的发展有重大影响。各种海洋软件系统被广泛用于不同的目的,例如,预测海岸线的每小时海平面升高,模拟大规模海洋环流,以及将天气预报和气候预测纳入地球系统模型。不管其重要性如何,保证海洋软件和建模系统的信誉是一项长期挑战。海洋软件的测试受到所谓的更宽广的触角问题的影响,这主要是指缺乏测试或触角,这主要是因为多种物理变量和非线性相互作用以及计算中的高度复杂。在海洋,观察到的潮汐信号被非定时物理变量扭曲,妨碍我们了解时序中存在的“真”天文潮因素。本文介绍如何根据变形测试(MT)测试测试潮汐分析和预测软件(TAP)软件,这仅仅是一个简单而有效的测试范围的问题。特别是,我们从定期的科学质变异性关系中,从天文质变量的可应用性变化中,我们还要在天文实验系统测试中进一步测试。我们用一个软件变现的系统测试系统来测试。

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