【導(dǎo)讀】程序員的死對(duì)頭就是各種bug！最近微軟在NeurIPS 2021上帶來了一個(gè)好消息，研究人員設(shè)計(jì)了一個(gè)類似GAN的網(wǎng)絡(luò)，通過選擇器和檢測(cè)器來互相寫和改bug，而且還不需要標(biāo)注數(shù)據(jù)！

常言道，「一杯茶，一包煙，一個(gè)bug改一天」。

寫代碼是軟件工程師們每天的工作，但當(dāng)你辛辛苦苦寫了一大堆代碼，卻發(fā)現(xiàn)無法運(yùn)行的時(shí)候，內(nèi)心一定是崩潰的。

找bug不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，最關(guān)鍵的是還經(jīng)常找不著，并且有時(shí)候改了一個(gè)bug又會(huì)引入更多bug，子子孫孫無窮盡也。

簡(jiǎn)直就是找bug找到吐血。

隨著AI技術(shù)的發(fā)展，各大公司開發(fā)的代碼助手如GitHub Copilot等也能幫你少寫一些有bug的代碼。

但這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠！

深度學(xué)習(xí)要是能幫我把代碼里的bug也給修了，我上班只負(fù)責(zé)摸魚，豈不是美滋滋！

微軟在NeurIPS 2021上還真發(fā)了一篇這樣的論文，其中提出了一個(gè)新的深度學(xué)習(xí)模型BugLab，并通過自監(jiān)督的學(xué)習(xí)方法，可以在不借助任何標(biāo)注數(shù)據(jù)的情況下檢測(cè)和修復(fù)代碼中的bug，堪稱程序員的救世主！

https://arxiv.org/pdf/2105.12787.pdf

修bug難在哪？

所謂的bug，就是代碼的實(shí)際運(yùn)行和自己的預(yù)期不符。

該運(yùn)行的沒運(yùn)行，該輸出a，結(jié)果卻輸出個(gè)b，這種代碼故意找茬的行為都屬于bug。

所以想要找到并修復(fù)代碼中的bug，不僅需要對(duì)代碼的結(jié)構(gòu)進(jìn)行推理，還需要理解軟件開發(fā)者在代碼注釋、變量名稱等方面留下的模糊的自然語言提示。

例如一段程序的意圖是，如果名字的長(zhǎng)度超過了22個(gè)字符，那就只截取前22個(gè)。但原始代碼中錯(cuò)誤地把大于號(hào)寫成了小于號(hào)，導(dǎo)致條件判斷錯(cuò)誤，程序運(yùn)行結(jié)果和預(yù)期不符。

這種小錯(cuò)誤在寫代碼的過程也是太常見了，稍不注意就會(huì)把條件弄反。

還有一種bug就是使用了錯(cuò)誤的變量，例如下面的例子里面write和read弄錯(cuò)了，就會(huì)導(dǎo)致條件判斷失敗，這種bug的修復(fù)只有在理解了變量名的意義后才能修復(fù)，傳統(tǒng)的修復(fù)手段對(duì)此是無能為力。

這種錯(cuò)誤看起來很簡(jiǎn)單，但往往盯著看代碼的時(shí)候卻很難發(fā)現(xiàn)，屬于一改改一天的那種。

并且每個(gè)程序員有自己的編程風(fēng)格，比如不同的命名、縮進(jìn)、判斷以及重構(gòu)的方式，想讓代碼來給自己找bug，一個(gè)字，難！

對(duì)于微軟來說，好在有GitHub代碼庫(kù)可以用來訓(xùn)練模型。但問題來了，GitHub上帶bug的代碼有那么多嗎？有bug誰還commit啊？就算能找到代碼，也沒人來標(biāo)注數(shù)據(jù)??！

微軟提出的BugLab使用了兩個(gè)相互競(jìng)爭(zhēng)的模型，通過玩躲貓貓（hide and seek）游戲來學(xué)習(xí)，主要的靈感來源就是生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)（GAN）。

由于有大量的代碼實(shí)際上都是沒有bug的，所以需要設(shè)計(jì)一個(gè)bug selector來決定是否修改正確的代碼來引入一個(gè)bug，以及以何種方式引入bug（例如把減號(hào)改為加號(hào)等）。當(dāng)選擇器確定了bug的類別后，就通過編輯源代碼的方式引入bug。

另一個(gè)用來對(duì)抗的是bug detector，用來判斷一段代碼是否存在bug，如果存在的話，它需要定位并修復(fù)這個(gè)bug。

選擇器和檢測(cè)器都能夠在沒有標(biāo)記數(shù)據(jù)的情況下共同訓(xùn)練，也就是說整個(gè)訓(xùn)練過程都是以自監(jiān)督的方式進(jìn)行，并成功在數(shù)百萬個(gè)代碼片段上訓(xùn)練。

selector負(fù)責(zé)寫bug，并把它藏（hide）起來，而detector負(fù)責(zé)找bug，并修復(fù)，整個(gè)過程就像躲貓貓一樣。

隨著訓(xùn)練的進(jìn)行，selector寫bug越來越熟練，而detector也能夠應(yīng)對(duì)更復(fù)雜的bug。

整個(gè)過程與GAN的訓(xùn)練大體相似，但目的卻大不相同。GAN的目的是獲得一個(gè)更好的生成器來修改圖片，但BugLab的目的是找到一個(gè)更好的檢測(cè)器（GAN中的判別器）。

并且整個(gè)訓(xùn)練也可以看作是一個(gè)teacher-student模型，選擇器教會(huì)檢測(cè)器如何定位并修復(fù)bug。

為開源社區(qū)修bug！

雖然從理論上來說，使用這種hide and seek的方式可以訓(xùn)練更復(fù)雜的selector來生成更多樣的bug，從而detector的修bug能力也會(huì)更強(qiáng)。

但以目前的AI發(fā)展水平來說，還無法教會(huì)selector寫更難的bug。

所以研究人員表示，我們需要集中精力關(guān)注那些更經(jīng)常犯的錯(cuò)誤，包括不正確的比較符，或者不正確的布爾運(yùn)算符，錯(cuò)誤的變量名引用等等其他一些簡(jiǎn)單的bug。并且為了簡(jiǎn)單起見，實(shí)驗(yàn)中只針對(duì)python代碼進(jìn)行研究訓(xùn)練。

雖然這些解釋聽起來都像是借口。

為了衡量模型的性能，研究人員從Python包索引中手動(dòng)注釋了一個(gè)小型bug數(shù)據(jù)集，和其他替代方案（例如隨機(jī)插入bug的selector）相比，使用hide and seek方法訓(xùn)練的模型性能最多可以提高30%

并且實(shí)驗(yàn)表明大約26%的bug都可以被發(fā)現(xiàn)并自動(dòng)修復(fù)。在檢測(cè)器發(fā)現(xiàn)的bug中，有19個(gè)在現(xiàn)實(shí)生活中的開源GitHub代碼中都屬于是未知的bug。

但模型也會(huì)對(duì)正確的代碼報(bào)告存在bug，所以這個(gè)模型在離實(shí)際部署上線還有一段距離。

如果更深入地研究selector和detector模型的話，就會(huì)引出那個(gè)老生常談的問題：深度學(xué)習(xí)模型到底有沒有，又怎么樣去「理解」一段代碼的作用？

過去的研究表明，將代碼表示為一個(gè)token序列就能夠產(chǎn)生次優(yōu)的（suboptimal）效果。

但如果想要利用代碼中的結(jié)構(gòu)，例如語法、數(shù)據(jù)、控制流等等，就需要將代碼中的語法節(jié)點(diǎn)、表達(dá)式、標(biāo)識(shí)符、符號(hào)等等都表示為一個(gè)圖上的節(jié)點(diǎn)，并用邊來表示節(jié)點(diǎn)間的關(guān)系。

有了圖以后就可以使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來訓(xùn)練detector和selector了。研究人員使用圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（GNN）和relational transformer都進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)GNN總體上優(yōu)于relational transformer。

如何讓AI幫助人類來寫代碼和改bug一直都是人工智能研究中的一項(xiàng)基礎(chǔ)任務(wù)，任務(wù)過程中AI模型需要理解人類對(duì)程序代碼、變量名稱和注釋提供的上下文線索來理解代碼的意圖。

雖然BugLab離真正解放程序員改bug還很遙遠(yuǎn)，但距離我們消滅bug總算又向前走了一步！

參考資料：

https://www.microsoft.com/en-us/research/blog/finding-and-fixing-bugs-with-deep-learning/

本文來自微信公眾號(hào)“新智元”（ID:AI_era），編輯：LRS，36氪經(jīng)授權(quán)發(fā)布。