软件测试是一种高效的评估和提高软件质量的方法,已被学术界和工业界广泛的研究和应用。组合测试作为一种重要的软件测试方法,可以有效地检测待测系统中由特定组合交互引发的故障。自从1987年人们首次引入组合测试的测试用例设计理念以来,组合测试已在高效测试用例的设计和应用上取得了丰富的研究成果,并已在2015年被正式列入ISO软件测试标准。然而,人们对组合测试中测试结果的进一步分析还存在很多不足,这导致人们即使利用测试用例集检测出了故障,也无法充分利用测试结果来获知具体是哪些因素或其交互作用导致的故障,这极大地限制了组合测试应用价值,测试人员和开发人员还需要耗费大量时间精力进行故障的查找和分析。最小故障模式是造成故障的最小的因素组合对,所有能够造成故障的因素组合都可以由最小故障模式导出,组合测试中测试结果分析的关键问题就是寻找最小故障模式。识别和定位出待测系统中的最小故障模式能有效提高故障诊断的效率和正确性,并有利于开发人员对于故障的修复工作。本文围绕最小故障模式,系统深入地讨论其理论性质和相关技术问题,主要贡献如下:1)在最小故障模式的形式化定义的基础上,给出了最小故障模式的几个重要的基本性质,包括最小故障模式的存在性,最小故障模式和故障的关系,最小故障模式和测试用例集的关系等,建立了完整的基于最小故障模式的故障发现和定位理论。2)给出一个最小故障模式的定位框架。该框架构建了一个待定模式关系树(TRT:Tuple Relation Tree)来描述所有待定的因素组合关系,利用TRT可以减少生成附加测试用例的数量,并且由于TRT给出全部因素组合的清晰视图,可以避免漏掉分析可能的最小故障模式。基于该框架,设计实现了随机挑选、深度优先、广度优先、贪心算法和路径法这五种不同的最小故障模式定位算法。系统的实验表明,这五种算法都可以准确和完整地定位出一条测试用例中含有的高维度(含有很多因素)最小故障模式和多个最小故障模式,并且在最小故障模式的个数较少的情形下,路径法生成的额外测试用例数最少,而当最小故障模式的个数较多且这些最小故障模式含有因素较少时,深度优先算法生成的额外测试用例数最少。3)系统地处理最小故障模式的掩盖问题。针对在多种故障下可能发生的故障掩盖现象,研究了此现象对于最小故障模式的定位方法所造成的影响,证明了利用传统的定位方法,得到的最小故障模式会和真实的最小故障模式存在偏差,并且即使执行一个系统中的所有可能的测试用例都无法消除这种消极的影响。同时,给出了一个初步的算法,即测试用例替代算法,用来减弱这种掩盖现象对于最小故障模式的定位所产生的偏差效果。在16个具有多故障的真实软件上的实验显示,相比于传统算法而言,替换算法有效减少了掩盖效果产生的消极影响,并且取得更加准确的故障定位结果。4)提出了最小故障模式的定位和测试用例生成之间存在相互影响这一问题,给出了一个将这两个过程进行紧耦合的交互框架,可以最大程度的提高这两个活动的有效性和效率,该框架解决了传统组合测试过程中会出现的测试用例冗余和最小故障模式的定位质量不高等问题。基于该框架,重新设计了组合测试用例的生成过程,使其采用一次生成一条测试用例的策略,并在成过程中考虑已定位到的最小故障模式的影响,同时,对最小故障模式的定位过程采取了相应的改进,使其采用含有更多未被覆盖模式的测试用例来辅助定位。在5个真实软件上的实验表明,该紧耦合组合测试框架要比传统的组合测试框架生成更少的测试用例,并能够更加准确的定位出这些软件上存在的最小故障模式。5)研究了当前最小故障模式定位工作存在的安全值假设和故障确定性假设问题,讨论和分析了当这两个假设不成立时,最小故障模式定位算法会出现定位结果不准确或者失效的现象,并分别提出增加最小故障模式定位结果的反馈验证机制、增加测试用例执行次数这两种方法,用来降低当这两个假设不成立时所造成的消极影响。模拟实验结果表明带有反馈检验机制的故障定位算法可以在没有安全值的系统下得到较准确的最小故障模式;测试用例多次执行的策略可以很好地检测到非确定性故障,并提高故障定位算法在此类故障下的定位质量。