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Android应用程序中常用接口元素使用的探索性研究
摘要
移动应用的数量在过去几年大幅增加。最近的一项研究表明，重用源代码是Android应用开发的惯例。然而,在移动应用中重用不一定限于源代码（即程序逻辑）。构建一个移动应用的用户界面（UI）设计对用户感知的质量起着至关重要的作用。用户感知质量反映用户对产品的意见。移动应用程序，它可以通过下载和数量化评分。在这项研究中，我们从应用程序的用户界面提取常用的UI元素。此外，我们在高用户感知质量上提出不同的见解。通过对1292个移动应用的实证研究，我们发现，（i）移动应用中广泛出现在不同类别；（II）过程中的某些特征可以提供较高的用户感知质量（iii）通过人工分析，我们推荐UI模板。开发人员和质量保证人员可以使用我们的指导方针，提高移动应用的质量。
1介绍
近日，移动应用已经越来越受欢迎。2016年底在各种平台上的移动应用下载量预计为2110亿，从70亿增加到2009亿。这大量下载意味着一个新的软件产业的新兴.现有的移动应用程序下载数量的快速增长有各种可能的原因。他们可以轻松的在移动平台创建新的应用程序（谷歌做的自己动手创建应用程序的软件平台），更根本的原因来解释这种快速增长可能是成熟的软件工程实践的使用，如代码重用。开发一个简单的移动应用程序，有两项任务应该完成：用户界面（UI），和业务逻辑（即源代码）的应用。鲁伊斯等人表明，java类移动应用在Android市场有着明显重用，这意味着许多应用程序在Android市场的应用有着非常类似的逻辑。正如上面提到的，另一个重要方面是移动应用程序的用户界面（UI）。
由于移动应用程序的限制（例如，屏幕大小，网络问题，和计算能力），开发商应在设计他们的应用程序时，在移动平台上比个人电脑上更加小心。开发商在UI设计上的过失是用户放弃一个移动应用的主要原因。在移动应用的UI设计上，开发人员可以采用由其他开发人员常用的做法（即套UI元素）或标准模板。然而，这个问题仍然是，常用的方法的使用（或标准模板）可以影响一个移动应用程序的用户感知质量。用户感知质量可以被定义为一个用户对一个移动应用的意见。在移动商店下载和评级机构上应用感知质量是可以被量化的。据统计，用户感知的质量主要影响在UI设计，稳定性和应用性能等方面上。在本文中，我们有兴趣知道，在什么时候，使用常用的做法（或模板）发生在移动应用的UI设计中。对于量化的程度，我们定义一组常用的UI出现在至少一个其他UI页中的元素为一个共同的元素集。此外，我们调查使用过程和用户感知的移动应用质量是否有关系。更具体地说，我们调查是否在一个类别内或跨类别使用时，Android应用程序的类型可以影响用户感知质量。此外，我们进入更多的细节，并调查在每个类别中的Android应用程序与用户感知质量相关的过程特征。通过手动分析，我们提取模板的过程中，从购物类别中提取的一些功能用户感知质量高。UI模板可以解决常见的设计问题，推荐与高用户感知质量相关联的UI模板有助于开发者提高移动应用程序的UI开发。据我们所知，具有较高的用户感知质量的移动应用中，没有人一直专注于研究使用过程和提取UI模板.使用Android市场中8种不同类别的1292个免费Android应用（即购物、健康、交通、旅行、新闻、天气、金融和社会）从统计中计算用户感知质量，我们解决以下研究问题：
RQ1常用的UI元素集的出现到了什么程度？
我们表明，一个UI XML文件可以通过类似的进程在其他UI XML文件中重复，此外，平均而言，过程发生在23%的不同类别的移动应用上。
RQ2）常用的UI元素设置是否影响用户感知质量和跨类别使用？
我们观察到，移动应用程序的UI设计使用户对移动应用质量的感知有显著差异。更具体地说，我们观察到，在特定的应用类别（例如，健康），移动应用程序感知质量在他们的UI设计显着更高。因此，开发商应考虑应用领域的设计过程。
Rq3）使用常用的UI元素集在移动应用功能上对用户感知质量的影响？
我们观察到在移动应用程序中功能的使用对用户感知质量的影响，几乎每一个功能目的是实现高用户感知质量，它是更好地使用在一些应用程序上，或使用在更多的用户界面XML文件上。此外，某些功能，使用UI元素来实现高用户感知质量是可取的。
Rq4）我们可以从常用的具有很高的用户感知质量的UI元素集中提取UI模板？
通过手动分析，我们提取了一组与高用户感知质量相关的UI模板，根据我们对Rq3的实证研究结果，我们提取的UI模板是有意义和帮助的。
2.背景
在本节中，我们将简要介绍Android应用程序的体系结构。通常情况下，Android应用程序需要使用Android软件开发工具包（SDK）写入java编程语言。Android SDK编译代码到一个AndroidPaKage（APK）文件。一个APK文件包含Android应用程序所有的内容，这是Android设备安装Android应用程序使用的文件。有四种类型的应用程序组件，包括activity、服务、内容提供和广播接收器，这是一个Android应用程序的基本构造块。avtivity是用来实现用户界面显示。服务实现后台进程。内容提供和广播接收处理共享数据和信息。在四种Android应用程序组件中，用户只有通过activity互动。一个Android应用程序可以包括几个activity。Android设计指南为Android开发者推荐一个单一的用户可以做集中任务的activity。每个activity都代表一个屏幕的用户界面（UI），所以，只有一个activity可以在前台与用户互动。有两种方法来声明一个UI布局和一个activity：1）在XML文件中声明UI布局元素（又名，UI XML布局），2）通过实例化布局元素来编程界面。我们这项工作的前提是前一种方法，因为它是Android设计指南推荐的方式。一个XML布局中定义了一个可读的视觉界面结构类。第二种在我们的研究中我们分析和数据收集方法不能处理它们。每个Android应用程序都有一个AndroidManifest.xml的文件在其根目录下。AndroidManifest.xml包含一个应用程序的元数据信息（例如activity的路径和权限源代码）。除了activity和编译代码，作为信息源，清单文件也起着重要的作用。
3.案例研究设计
在这项研究中，我们调查了集中在Android应用程序的用户界面设计中，共同要素出现的程度。我们研究可能导致高的用户感知质量的特点。
3.1.数据收集
安卓市场（谷歌Play）开始应用于2009三月。目前有超过100万的应用。与其他竞争对手相比，Android操作系统的市场占有率最高。因此，我们决定分析来自安卓市场的Android应用。此外，由于成本问题，我们只研究免费应用程序。在Android市场，有34种不同的类别，从中我们分析了8个不同的类别：购物、健康，交通、新闻、天气、旅游、金融和社会。选择这些类别的原因是，他们包括日常使用的不同功能的移动应用程序。
Android市场允许用户快速对应用打分，从1到5（即从低到高），和对应用评论。一个应用程序的评级可以显示应用程序的用户感知质量，并告知潜在用户早期的用户体验。然而，一个应用程序的评级并不是一个可靠的质量测量，打分为五星的应用程序在Android市场（2011）的应用非常少（小于10）。此外，哈曼等人（2012）表明，下载量，有很高的可能被视为一个移动应用成功的关键测量。以克服这些挑战，在我们之前的研究中提出的，我们衡量用户感知质量，考虑评价者和流行因素（即下载的次数）。在本文中，我们考虑了两种质量属性：下载量和评价者的数目。
（一）UPQ是测量用户感知质量的应用程序。依靠这些评级，我们可以得出这样的结论：亚马逊应用比易趣网应用程序具有更好的用户感知。然而，如果我们深入到更多的细节来探讨下载数量和评分人数对于这些应用的影响，我们可以看到，易趣网的应用比亚马逊应用程序有着2倍和5倍左右的下载和评分。在总的结果上，易趣网的应用具有更好的用户感知质量比亚马逊的应用。虽然我们在本文中使用的下载者的数量测量用户感知质量，更多的因素（例如用户评论，定性分析）可以添加到我们的公式来更准确衡量用户感知质量。
3.2.数据处理
主要负责处理从编译Android应用程序提取原始数据，发现通用元素设置在UI设计，并使用一组软件最终度量出现的过程。提取结构分析Android应用程序，我们需要从apk文件提取所需要的内容。我们使用apktool逆向工程工具来解码apk文件，apktool解码二进制的Android应用文件几乎保留原有形式和结构。它提供了应用中间的源代码，用于android java虚拟机汇编实现的dex格式。产生的apk文件逆向工程文件是用于我们关于UI设计的不同方面分析来得出见解，即UI复杂性和常见的UI元素集的出现，以及它们对用户在于移动应用程序质量感知的影响。我们将在UI XML中使用至少出现过一次的UI元素定义一个共同的元素集（CES）作为一组常见的文件.公共元素集（CES）指定如何使用某些UI元素。如第2条所述一个标准的activity（即一个用户可以看到页面），应该存在两个文件：一）activity的源代码（即在AndroidManifest.xml文件中标明路径了的）和相应的用户界面XML文件（即页面的用户界面），此xml文件包含activity的UI元素。每个应用程序由几个activity组成，它们每个链接到一个UI xml文件，该文件包含相应的activity。在本文中，有意义的建议作为用于构建移动应用程序的可重用解决方案。对于UI XML文件，用粗体显示的UI元素（即LinearLayout，自动完成文本视图，编辑框，按钮），因为这种模式出现在屏幕上是其他UI元素3倍以上。对于每一类移动应用，我们利用由Agrawal等人提出的频繁项集挖掘提取法（FIM）。给定一个UI XML文件，FIM算法提取所有超过预定义的阈值（即命名支持）的频率。然而，FIM技术不可避免地产生一个指数的子模式。为了解决问题，Pasquier等人进行关联挖掘，发现频繁关闭项集及其对应规则，而不是挖掘频繁项集及其关联的完整集。在此上下文中，如果没有即时具有相同的支持（即UI元素的数量CES）作为项目集，该项目集（即CES）会被关闭。在这项研究中，我们使用频繁闭项集，而不是挖掘完整集提取FIM技术。一个重要的原因是挖掘频繁闭项集与挖掘完备集具有相同的能力，但它减少了冗余项集生成和提高效率，表1显示了在这项研究中从不同的类别中提取的公共元素集，我们从每个应用程序的用户界面XML文件中提取计算指标。
我们计算一组UI度量，研究过程的不同特点，以及它们是如何分布在不同的UI XML文件中。使用度量，我们可以调查与UI XML文件相关的用户感知质量高或低是否存在显著差异。公共元素集分布度量是一个类别的应用程序。鉴于一个共同的元素集，我们捕捉一组常用UI元素的分布定义元素集分布度量（CDM）。发展机制措施：（i）有多少应用程序使用通用元素集（ii）如何使UI XML文件使用它们的结构中的公共元素集。一个Android应用程序中的UI元素有两种类型，Android UI元素是Android的核心部分，开发套件提供基本的UI按钮和文本区域等功能。另外，Android平台允许开发者创建自定义的UI组件，定义自己UI元素，来扩展标准的UI元素。用来检测开发定制的UI元素，我们手动建立一个包括所有Android标准数据用户界面元素集。数据处理过程中，如果我们遇到一个新的UI元素，在我们的数据集中不存在，它会被认为是开发者定制的UI元素。例如，在易趣网应用程序的实现的“com.ebay.android.widget，expandingimageview”是一个自定义UI元素。
我们使用文本挖掘技术的功能提取了每个移动应用程序，我们提供关键词得到感兴趣内容的源代码或用户界面元素。对于每一个activity，我们提取文本信息，如内容，字符串，以activity及其相应的UI XML布局文件相关的标签和文件源代码。我们使用了两个不同的启发式算法：
i）在UI XML布局文件分配的每个元素的标签
ii）从源代码中指定的字符串。
对于前者，在UI XML布局文件，每个元素都可以包含一个Android：文本标签,该值是显示给用户的字符串。对于后者，在一个activity的源代码，我们寻找settext()方法调用语句。该方法规定了人为的修改一个UI元素。在一般情况下，非参数统计方法关于评估变量的分布不作假设，在分类中提取移动应用程序的高级分类中，我们使用一个主题建模技术，LDA为每个文档生成的主题概率分析，一个主题建模技术可以提供以下信息给文件集：（i）文件中包含的主题（ii）为每一个文件，文档定下一个特定的主题。
4.案例研究的结果
通过人工分析，我们建议可复用的提取工艺设计模式作为UI设计标准模板开发。
问题：常用的UI元素集出现在何种程度上？
根据Android（安卓的指南的指导方针），为了开发一种标准的Android应用程序，开发者应该分开其业务逻辑对应的应用程序的UI设计。之前的研究表明移动应用程序重用类的源代码，一定程度上这意味着移动应用程序的业务逻辑广泛利用。研究常见的移动应用UI元素集具有很好的价值，因为他们可能传达的是经常被使用的良好做法。在这项研究中，我们分析在每一类事件的程度，我们强调的是发生在过程的类。我们要确定：
问题a，）每个类别中的Androi
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