Application of Graph Neural Networks on Software Modeling

Abstract

Deficiencies and inconsistencies introduced during the modeling of software systems can cause undesirable consequences that may result in high costs and negatively affect the quality of all developments made using these models. Therefore, creating better models will help the software engineers to build better software systems that meet expectations. One of the software modelling methods used for analysis of graphical user interfaces is Event Sequence Graphs (ESG). The goal of this thesis is to propose a method that predicts missing or forgotten links between events defined in an ESG via Graph Neural Networks (GNN). A five-step process consisting of the following steps is proposed: (i) data collection from ESG model, (ii) dataset transformation, (iii) GNN model training, (iv) validation of trained model and (v) testing the model on unseen data. Three performance metrics, namely cross entropy loss, area under curve and accuracy, were used to measure the performance of the GNN models. Examining the results of the experiments performed on different datasets and different variations of GNN, shows that even with relatively small datasets prepared from ESG models, predicts missing or forgotten links between events defined in an ESG can be achieved.

Yazılım sistemlerinin modellemeleri sırasında yapılan eksiklikler ve oluşan tutarsızlıklar, bu modeller kullanılarak yapılan tüm geliştirmelerde de yüksek maliyetlerle sonuçlanan istenmeyen sonuçlara sebep olabilmektedir. Yazılım modellemesi sırasında yazılım mühendislerine verilebilecek öneriler ile daha iyi modeller oluşturulabilir ve bu sayede kullanıcı beklentilerini daha iyi karşılayan sistemler oluşturulabilir. Yazılım modellemede kullanılan yöntemlerden bir taneside, grafik kullanıcı arayüzlerinin analizinde kullanılan olay akış grafikleridir. Bu tezin hedefi olay akış grafikleri üzerinde yer alan bileşenler arasında unutulmuş veya eksik bağlantıları grafik yapay sinir ağları kullanarak tahminleyecek bir yöntem öndermektir. Bu yöntem beş basamaktan oluşan bir süreçten oluşmaktadır: (i) veri toplama, (ii) grafik yapay sinir ağ modelini eğitmek, (iii) eğitilen modeli doğrulamak ve (v) modeli daha önce görmediği veriler ile test etmek. Eğitilen grafik yapay sinir ağ modellerinin performansını ölçmek için çapraş entropi kaybı, eğri altında kalan alan ve doğruluk performans metrikleri kullanılmıştır. Farklı veri kümeleri ve farklı grafik yapay sinir ağı varyasyonları ile yapılan deneylerin incelenmesi sonucunda, nispeten küçük ölçekli veri kümelerinde dahi başarı elde edilebildiği gözlemlenmiştir.