系統(tǒng)需求分析與定義

1、1,系統(tǒng)需求分析與定義,一、計算機系統(tǒng)分析二、軟件需求分析三、結構化分析方法四、快速原型化方法五、面向對象分析方法六、需求分析文檔的原則和評審,2,一、計算機系統(tǒng)分析,基于計算機的系統(tǒng)基于計算機的系統(tǒng)的系統(tǒng)元素包括硬件、軟件、人、數據庫、文檔和過程。軟件 計算機程序、數據結構、相關文檔；硬件 電子計算設備（如CPU，存儲器）和外部機電設備（如傳感器、馬達等）；人 硬件和軟件的用戶；數據庫 一個

2、大型的有組織的信息集合；,3,基于計算機系統(tǒng)的系統(tǒng)元素,4,文檔 手冊、表格和其它用以描述系統(tǒng)使用和操作的信息；過程 定義每一種系統(tǒng)元素的特定使用步驟，或系統(tǒng)駐留的過程性環(huán)境。,系統(tǒng)的層次結構,基于計算機的系統(tǒng)本身可以成為一個更大的基于計算機系統(tǒng)中的一個元素，并稱為那個更大系統(tǒng)的宏元素。,5,工廠自動化系統(tǒng),6,2. 系統(tǒng)分析,系統(tǒng)分析是一個問題求解活動，目的是揭示、分析所期望的功能，并把它們分配到各個單獨的系統(tǒng)元素中去。

3、與用戶合作確認用戶的目標和約束；導出功能、性能、接口、設計約束和信息結構的表示；將它們分配到每一個系統(tǒng)元素中。,7,系統(tǒng)分析的任務,識別用戶要求評價系統(tǒng)的可行性進行經濟分析和技術分析把功能分配給硬件、軟件、人、數據庫和其他系統(tǒng)元素建立成本和進度限制生成系統(tǒng)規(guī)格說明，形成所有后續(xù)工程的基礎。,8,1）識別用戶要求,分析員必須考慮以下問題：,功能和性能 可靠性和質量 總的系統(tǒng)目標 成本與進度限制,制造需求 市場與競爭

4、情況 有效的技術 將來可能的擴充,識別希望的功能和性能范圍; 確定系統(tǒng)的功能、性能、約束和接口;,9,2) 可行性研究,可行性研究經濟可行性技術可行性法律可行性用戶操作可行性可行性研究的步驟確定項目的規(guī)模和目標研究當前正在運行的系統(tǒng)建立新系統(tǒng)的高層邏輯模型,10,導出和評價各種方案推薦可行的方案編寫可行性研究報告,經濟可行性 成本–效益分析,成本估算專家估算技術（Delphi技術）成本估算模型（COCOMO

5、）效益估算投資回收期,11,純收入投資回收率,技術可行性 技術風險分析,技術解決方案的實用性使用的技術實用化程度技術解決方案合理程度技術資源的可用性參與人員的工作基礎基礎硬件/軟件的可用性軟件工具實用性,12,法律可行性 侵權和責任問題,專利法著作權法軟件保護條例,用戶操作可行性,用戶類型：外行型／熟練型／專家型操作習慣使用單位的計算機使用情況使用單位的規(guī)章制度,13,3）功能分配給系統(tǒng)元素的原則,對同一

6、功能，可以分配不同的系統(tǒng)元素。為選取最有效的分配方案，使用一組權衡準則進行評價項目考慮 在預估的成本與進度范圍內所選的系統(tǒng)配置能否實現？與成本與進度估算相關的風險有哪些？商業(yè)考慮所選的系統(tǒng)配置是最可能有效益的解決方案嗎？,14,能否成功地占領市場？最終的報償是否能表明所冒的開發(fā)風險是值得的？技術分析是否具備開發(fā)所有系統(tǒng)元素的技術實力？能否確保功能和性能得到滿足？能否對系統(tǒng)配置進行充分的維護？是否具備技術資源？

7、與技術相關的風險有哪些？生產評估,15,生產工具與設備是否有效？必需的過程是否短缺？是否充分地實施了質量保證？人員問題開發(fā)人員是否得到培訓？用戶是否了解這個系統(tǒng)將要做什么？環(huán)境接口所提交的系統(tǒng)配置與系統(tǒng)的外部環(huán)境的接口是否合適？,16,機器與機器、人與機器之間的通信是否以智能方式處理？法律考慮這種配置是否會引入違法的責任風險？對責任問題是否給予了足夠的保護？是否存在潛在的破壞問題？,,17,二、軟件需求分析,需求

8、分析是一項軟件工程活動，其目的是：清楚地理解所要解決的問題，完整地獲取用戶要求；刻劃出軟件的功能和性能；指明軟件與其他系統(tǒng)元素的接口；建立軟件必須滿足的約束。,1. 軟件需求分析的目的,18,需求分析是一項軟件工程活動，它包括：需求獲取刻劃出軟件的功能和性能；指明軟件與其他系統(tǒng)元素的接口；建立軟件必須滿足的約束。需求建模需求分析建立起來的模型為日后軟件設計人員提供了可被翻譯成數據、體系結構、接口和處理過程設計的模

9、型。,2. 需求分析的任務,19,需求規(guī)格說明需求規(guī)格說明為開發(fā)人員和用戶提供軟件開發(fā)完成時質量評價的依據。需求評審需求分析研究的對象是用戶的要求。必須全面理解用戶的各項要求，準確表達被接受的用戶要求。只有經過確切描述的軟件需求才能成為軟件設計的基礎。,20,軟件開發(fā)是要實現目標系統(tǒng)的物理模型。需求分析的任務就是借助于當前系統(tǒng)的邏輯模型導出目標系統(tǒng)的邏輯模型，解決目標系統(tǒng) “做什么” 的問題。,21,,22,需求分析的過程可

10、以分成四個階段：需求獲取研究系統(tǒng)的可行性分析報告和軟件項目實施計劃。從系統(tǒng)角度來理解軟件并評審用于產生計劃估算的軟件范圍是否恰當；通過調研確定對目標系統(tǒng)的需求；提出這些需求實現條件，以及需求應達到的標準。,3. 需求分析的過程,23,,,,,,建立分析所需要的溝通途徑，以保證能順利地對問題進行分析。,管理人員,用戶,分析人員,軟件開發(fā)組,,,,,軟件需求說明,軟件實施計劃,原型,,,軟件實施計劃,軟件實施計劃,軟件需求說明,軟

11、件需求說明,原型,原型,,24,需求建模 進行各種要求的一致性檢查；逐步細化所有的軟件功能；分解數據域，分配給各個子功能；找出系統(tǒng)各成分之間的聯(lián)系、接口特性和設計限制。判斷是否存在不合理的用戶要求或用戶尚未提出的潛在要求。綜合成系統(tǒng)的解決方案，給出目標系統(tǒng)的詳細邏輯模型。,25,常用的分析方法,面向數據流的結構化分析方法 (SA)面向數據結構的Jackson方法 (JSD)面向數據結構的結構化數據系統(tǒng)開發(fā)方法 (DSSD

12、)面向對象的分析方法 (OOA) 等,26,編制需求分析階段的文檔軟件需求規(guī)格說明；初步的用戶手冊；確認測試計劃；修改和完善軟件開發(fā)計劃。需求評審（確認）作為需求分析階段工作的復查手段，應該對功能的正確性、文檔的一致性、完備性、準確性和清晰性，以及其他需求給予評價。,27,需要能夠表達和理解問題的信息域和功能域信息流：數據和控制通過一個系統(tǒng)時的變化方式。兩個功能之間的數據/控制傳遞就確定了功能間的接口。 信息內容：單個

13、數據或控制對象，它們構成了某個更大的由軟件變換生成的信息的集合。信息結構：各種數據和控制項的內部組織。,4. 需求分析的原則,28,以層次化的方式對問題進行分解和不斷細化,29,給出系統(tǒng)的邏輯視圖和物理視圖軟件需求的邏輯視圖給出的是軟件要達到的功能和要處理的數據之間的關系，而不是實現的細節(jié)。軟件需求的邏輯描述是軟件設計的基礎。軟件需求的物理視圖給出的是處理功能和數據結構的實際表現形式，這往往是由設備本身決定的，因此推遲到設計階段

14、考慮。,30,5. 需求獲取,需求獲取是在問題及其最終解決方案之間架設橋梁的第一步。獲取需求的一個必不可少的結果是對項目中描述的客戶需求的普遍理解。一旦理解了需求，分析人員、開發(fā)人員和客戶就能探索出描述這些需求的多種解決方案。需求獲取技術包括兩方面的工作：建立獲取用戶要求的方法的框架；支持和監(jiān)控需求獲取的過程的機制。,31,1）軟件需求的層次,業(yè)務需求反映了組織或客戶開展相關業(yè)務的工作流和業(yè)務規(guī)則，是對系統(tǒng)、產品高層次的目標

15、要求，與該組織或客戶的業(yè)務領域有關。用戶需求 描述用戶使用軟件需要完成哪些任務，可通過用例 (use case) 圖或場景說明加以闡明。功能―非功能需求 定義了開發(fā)人員必須實現的軟件功能，而非功能需求如表所示:,32,33,2）需求獲取技術的基本特征,一種好的需求獲取技術，對于規(guī)范需求獲取活動，高效準確地獲取需求定義，是十分重要的。好的需求獲取技術，應具有如下基本特征：提供便于溝通的工具，如易于理解的

16、語言；提供定義系統(tǒng)邊界的方法；提供支持抽象的機制，如“分解”、“映射”等；,34,鼓勵分析員使用面向問題的術語思考問題，編寫文檔；為分析員提供多種可供選擇的解決方案；適應需求的變化。適于以上特征的需求獲取方法：基于數據流圖的結構化分析方法；基于用例（use case）的建模方法。需求獲取技術的關鍵點在于：深入淺出 需求獲取要盡可能全面、細致。,35,獲取的需求是個全集，系統(tǒng)真正實現的是個子集。細致地調研并不

17、表明在分析時將調研內容都納入到新系統(tǒng)中, 但有利于以后的擴充。以流程為主線 在與用戶交流的過程中，應該用流程將所有的內容串起來。如信息、組織結構、處理規(guī)則等。這樣便于交流溝通。流程的描述既要有宏觀，又要有微觀。即要強調總體的業(yè)務流程、全生存期的業(yè)務流程，又要對流程細化，有分支的業(yè)務流程。,36,3）需求獲取應遵循的原則,抽象和分解是在人們認識世界和改造世界的長期實踐中總結出來的行之有效的原則，在需求獲取的過程中需遵循的

18、三個原則：分解：捕獲問題空間的整體–部分關系。如問題／子問題分解；抽象：捕獲問題空間的一般化–特殊化關系。如問題的不同變型；投影：捕獲問題空間的多維視圖。即從不同角度考察。,37,4）需求獲取的步驟,軟件開發(fā)項目和組織文化的不同，對于需求開發(fā)沒有一個簡單的、公式化的途徑。下面列出9個步驟，用以指導需求獲取活動。定義項目的視圖和范圍 包括組織結構圖、各部門的崗位/角色列表。確定用戶類 包括人員/責任矩陣。確定目標

19、系統(tǒng)的業(yè)務工作流 包括物流、資金流、信息流，建立業(yè)務工作流模型。,38,運用需求獲取技術開發(fā)用例（或數據流圖）并設置優(yōu)先級 用以掌握主要業(yè)務規(guī)則。 收集來自用戶的質量特性信息和其他非功能需求 將性能、安全性、可靠性等需求和其他設計約束結合業(yè)務規(guī)則，形成功能需求。分類在用例（或數據流圖）中涉及的數據 包括數據的組成和數據之間的關系。詳細擬訂用例（或數據流圖） 建立功能模型，并進行審查，用以澄清需求獲取的

20、參與者對需求的理解。,39,開發(fā)并評估界面原型 設想輸入設備、輸出設備、顯示風格、顯示方式、輸出格式等，建立接口規(guī)范和信息流傳輸規(guī)則。從功能描述中開發(fā)概念測試用例 用測試用例來驗證用例（或數據流圖）、功能需求和原型。,40,需求獲取可能是軟件開發(fā)中最困難、最關鍵、最易出錯及最需要交流的方面。表現在：需求的不穩(wěn)定性：在整個軟件生存周期內軟件需求會隨著時間的推移發(fā)生變化；需求的不準確性：用戶和開發(fā)人員的認識會隨著使用系統(tǒng)實

21、現業(yè)務流程的實踐逐步提高，一開始不可能設想得面面俱到。需求獲取只有通過有效的客戶/開發(fā)者的合作才能成功。,41,5）針對信息系統(tǒng)的需求調研方法,調研用戶的組織結構、崗位設置、職責定義，從功能上區(qū)分有多少個子系統(tǒng)，劃分系統(tǒng)的大致范圍，明確系統(tǒng)的目標。調研每個子系統(tǒng)的工作流程、功能與處理規(guī)則，收集原始信息資料，用數據流來表示物流、資金流、信息流三者的關系。 對調研內容事先準備，針對不同管理層次的用戶詢問不同的問題，列出問題清單。將操作

22、層、管理層、決策層的需求既聯(lián)系又區(qū)分開來，形成一個需求的層次。,42,對與用戶溝通的情況及時總結歸納，整理調研結果，初步構成需求基線。若基線符合要求，則需求獲取完成。需求調研的主要手段：發(fā)調查表；召開調查會；向用戶領域的專家個別咨詢；實地考察，跟蹤現場業(yè)務流程；查閱與待開發(fā)系統(tǒng)有關的資料；使用各種調查工具等。,43,6）需求整理與表達的方法,采用窮舉方法可以避免遺漏。采用歸納方法，通過對各種情況進行綜合分類可以使問題條

23、理化。采用抽象方法，可以發(fā)現問題的實質，抓住問題的主要矛盾，忽略其次要矛盾。需求整理可以多種手段共用，如組織結構圖、業(yè)務流程圖、多叉樹、關系矩陣、文字敘述、表格、圖形等。需求描述包括組織結構與崗位定義、業(yè)務流程、處理規(guī)則、數據項、功能以及上述 5 個方面的關系。,,44,結構化分析方法最初只是著眼于數據流，自頂向下，逐層分解，建立系統(tǒng)的處理流程，以數據流圖和數據字典為主要工具，建立系統(tǒng)的邏輯模型。擴充后，將建模技術擴展到數據建模、

24、功能建模和行為建模，以實體-關系圖、數據流圖和控制流圖、狀態(tài)-遷移圖為工具，數據字典為核心，從不同視點建立系統(tǒng)的分析模型。,三、結構化分析方法,45,結構化分析的分析模型,46,1. 數據建模,數據模型包括三種互相關聯(lián)的信息：數據對象，描述對象的屬性，描述對象間相互連接的關系。在需求分析階段描述數據對象和它們之間的關系，使用了E-R圖。例如，在教學管理中，一個教師可以教授零門、一門或多門課程，每位學生也需要學習幾門課程。因此，教學

25、管理中涉及的對象（實體型）有學生、教師和課程。,47,48,實例的關聯(lián)有三種：一對一 (1:1)； 一對多(1:m)；多對多(n:m)。這種實例的關聯(lián)稱為“基數”。基數表明了“重復性”。,49,E-R圖中表示實體關聯(lián)的符號如下：,一個X與一個Y相關聯(lián),一個X與一個或多個Y相關聯(lián),一個X與零個或一個Y相關聯(lián),一個X與零個, 一個或多個Y相關聯(lián),一個X與一個Y或Z相關聯(lián),一個X與一個Y與Z相關聯(lián),50,2. 功能建模和數據流圖,最初, 結

26、構化分析方法僅討論數據流建模。目標系統(tǒng)被表示成如圖所示的數據變換流程圖。系統(tǒng)的功能體現在核心的數據變換中。,51,1）功能建模的思想,功能建模就是用抽象模型的概念，按照軟件內部數據傳遞、變換的關系，自頂向下逐層分解，直到找到滿足功能要求的所有可實現的軟件為止。根據DeMarco的論述，功能模型使用了數據流圖來表達系統(tǒng)內數據的運動情況，而數據流的變換則用結構化英語、判定表與判定樹來描述。,52,2）數據流圖中的主要圖形元素,53,分層的

27、數據流圖,54,3）數據流圖的層次結構,為了表達數據處理過程，需要采用層次結構的數據流圖。按照系統(tǒng)的層次結構進行逐步分解，并以分層的數據流圖反映這種結構關系。頂層流圖僅包含一個加工，它代表被開發(fā)系統(tǒng)。它的輸入流是該系統(tǒng)的輸入數據，輸出流是系統(tǒng)所輸出數據底層流圖是指其加工不需再做分解的數據流圖，它處在最底層中間層流圖則表示對其上層父圖的細化。它的每一加工可能繼續(xù)細化，形成子圖。,55,4）功能建模的步驟,對考生送來的報名單進行檢查;

28、對合格的報名單編好準考證號后將準考證送給考生，并將匯總后的考生名單送給閱卷站;對閱卷站送來的成績單進行檢查，并根據考試中心制定的合格標準審定合格者;制作考生通知單（含成績及合格/不合格標志）送給考生;按地區(qū)進行成績分類統(tǒng)計和試題難度分析，產生統(tǒng)計分析表。,實例 考務處理系統(tǒng)的功能,56,頂層圖封閉在外部實體之間，反映系統(tǒng)與外部的交互。,57,這個數據流圖只是一個高層的系統(tǒng)邏輯模型，它反映了目標系統(tǒng)要實現的功能以及系統(tǒng)與外界

29、的關系。該圖或稱為上下文環(huán)境圖或語境圖（Context Diagram）數據流圖繪制步驟首先確定系統(tǒng)的輸入和輸出根據考務處理業(yè)務，畫出頂層數據流圖，以反映最主要業(yè)務處理流程經過分析，考務業(yè)務處理的主要功能應當,58,有登記報名單、統(tǒng)計成績兩大項。主要數據流輸入的源點和輸出終點是考生、考試中心和閱卷站。然后從輸入端開始，根據考務業(yè)務工作流，畫出數據流流經的各加工框，逐步畫到輸出端，得到第1層數據流圖。畫加工的內部：用畫第1層

30、圖同樣的方法畫出每個加工的DFD子圖。重復第 5 步，直至圖中的尚未分解的加工都足夠簡單。至此得到分層數據流圖。,59,60,61,62,5）繪制數據流圖的原則,數據流圖上所有圖形符號只限于前述四種基本圖形元素，它們的命名應反映其實際含義;數據流圖的頂層圖上的數據流必須封閉在外部實體之間；每個加工至少有一個輸入數據流和一個輸出數據流；允許一個加工有多條數據流流向另一個加工，也允許一個加工有兩個相同的輸出數據流流向兩個不同的加工。

31、,63,在數據流圖中，需按層給加工框編號。編號表明該加工所處層次及上下層的親子關系；規(guī)定任何一個數據流子圖必須與它上一層的一個加工對應，兩者的輸入數據流和輸出數據流必須一致。此即父圖與子圖的平衡；如果一個數據文件僅在展開的數據流子圖中使用，可以在父圖中不畫出；可以在數據流圖中加入物質流，幫助用戶理解數據流圖；數據流圖中不可夾帶控制流，但針對實時系統(tǒng)可以加入控制流，成為數據流圖的擴展形式。,64,65,66,3. 行為建模,行為建

32、模給出需求分析方法的所有操作原則，但只有結構化分析方法的擴充版本才提供這種建模的符號。狀態(tài)遷移圖Petri網,67,1）狀態(tài)遷移圖,例如, 有關CPU分配的進程的狀態(tài)遷移。,68,狀態(tài)遷移圖是描述系統(tǒng)的狀態(tài)如何響應外部的事件進行推移的一種圖形表示。 “○”表示可得到的系統(tǒng)狀態(tài) “→”表示從一種狀態(tài)向另一種狀態(tài)的遷移。,69,2）Petri網,Petri網已廣泛地應用于硬件與軟件系統(tǒng)的開發(fā)中，它適用于描述與分析相互獨立、協(xié)同操作

33、的處理系統(tǒng)，也就是并發(fā)執(zhí)行的處理系統(tǒng)。Petri網簡稱PNG (Petri Net Graph)，它有兩種結點： 位置：符號“○”，表示系統(tǒng)狀態(tài)。 轉移：符號 “|”, 表示系統(tǒng)中的事件。 有向邊“?”表示向轉移的輸入，或從轉移的輸出。,70,標記，或稱令牌 (token)，是表明系統(tǒng)當前處于什么狀態(tài)的標志。Petri網可能的變化有：,71,例如，處理兩個進程PR1和PR2的同步問題（此時兩個進程共用一個資源R）：,72,73

34、,4. 數據字典,,數據字典是結構化分析方法的核心。與各模型的圖形表示配合，能清楚地表達數據處理的要求詞條描述 —— 對于在模型中每一個被命名的圖形元素，均加以定義，其內容有: 名字，別名或編號，分類，描述，定義，位置，其它，等。,74,（1）數據流詞條描述數據流名：說明：簡要介紹它產生的原因和結果數據流來源：來自何方數據流去向：去向何處數據流組成：數據結構數據量流通量：數據量，流通量,1）詞條描述,75,（2）數據

35、元素詞條描述類型：數字(離散值，連續(xù)值)，文字(編碼類型)長度：取值范圍：相關的數據元素及數據結構：（3）數據文件詞條描述數據文件名：簡述：存放的是什么數據輸入數據：輸出數據：,76,數據文件組成：數據結構存儲方式：順序，直接，關鍵碼存取頻率： （4）加工邏輯詞條描述加工名：加工編號：反映該加工的層次簡要描述：加工邏輯及功能簡述輸入數據流：輸出數據流：加工邏輯：簡述加工程序，加工順序,77,（5）數據源

36、及數據譚詞條描述名稱：外部實體名簡要描述：什么外部實體有關數據流：數目：,78,2）數據結構的描述,符 號 含 義 舉 例＝ 被定義為＋ 與 x = a＋b[...,...] 或 [...|...] 或

37、 x = [a , b]，x = [a | b]{ ... }或 m{...}n 重復 x = {a}， x = 3{a}8(...) 可選 x = (a)“...” 基本數據元素 x = “a” .. 連結符

38、 x = 1..9,79,存折格式,80,存折＝戶名＋所號＋帳號＋開戶日＋性質＋(印密)＋1{存取行}50戶名＝2{字母}24所號＝“001”..“999” 帳號＝“00000001”..“99999999”開戶日＝年＋月＋日性質＝“1”..“6” 注：“1”表示普通戶，“5”表示工資戶等印密＝“0” 注：印密在存折上不顯示存取行＝日期＋（摘要）＋支出＋存入＋余額＋操作＋復核,81,3）基本加工邏

39、輯說明,,對數據流圖的每一個基本加工，必須有一個基本加工邏輯說明。基本加工邏輯說明必須描述基本加工如何把輸入數據流變換為輸出數據流的加工規(guī)則。加工邏輯說明必須描述實現加工的策略而不是實現加工的細節(jié)。加工邏輯說明中包含的信息應是充足的，完備的，有用的，無冗余的。描述加工邏輯說明的工具：結構化語言、決策表、決策樹。,82,(1) 結構化語言,結構化語言是一種偽碼，它的詞匯表由命令動詞數據字典中定義的名字有限的自定義詞邏輯關

40、系詞 IF_THEN_ELSE、SWITCH、WHILE_DO、FOR、DO_WHILE等組成。它是一種介于自然語言和形式化語言之間的語言。用以消除在語法上的歧義性。,83,,語言的正文用基本控制結構進行分割，加工中的操作用自然語言短語來表示。其基本控制結構有三種：簡單陳述句結構：避免復合語句；重復結構：while_do、for_do或do_while結構。判定結構：if_then_else 或switch_do 結構；用結

41、構化語言描述的規(guī)格說明的正文可以在計算機上編輯，不必過多地考慮語言的在語法上的限制，使得分析員可以集中考慮加工的策略或規(guī)則。,84,商店業(yè)務處理系統(tǒng)中“檢查發(fā)貨單”,if 發(fā)貨單金額超過$500 then if 欠款超過了60天 then 在償還欠款前不予批準 else （欠款未超期） 發(fā)批準書，發(fā)貨單 else （發(fā)貨單金額未超過$500）

42、 if 欠款超過60天 then 發(fā)批準書，發(fā)貨單及賒欠報告 else （欠款未超期） 發(fā)批準書，發(fā)貨單,85,(2) 決策表,如果數據流圖的加工需要依賴于多個邏輯條件的取值，使用決策表來描述比較合適。,,規(guī)則,單個條件,單個動作,86,以“檢查發(fā)貨單”為例,,87,(3) 判定樹,判定樹也是用來表達加工邏輯的一種工具。有時侯它比判定表更直觀。,,88,這是一種

43、有效駕馭風險的技術。通過原型可以增進軟件者和用戶對系統(tǒng)服務需求的理解，使比較含糊的具有不確定性的軟件需求（主要是功能）明確化?？梢匀菀椎卮_定系統(tǒng)的性能，確認各項主要系統(tǒng)服務的可應用性，確認系統(tǒng)設計的可行性，確認系統(tǒng)作為產品的結果。有的原型可以直接成為產品，有的略加修改就可成為最終系統(tǒng)的一個組成部分。,四、快速原型化方法,89,探索型： 目的是要弄清對目標系統(tǒng)的要求，確定所希望的特性，并探討多種方案的可行性。實驗型：

44、這種原型用于大規(guī)模開發(fā)和實現之前，考核方案是否合適，規(guī)格說明是否可靠。進化型： 這種原型的目的不在于改進規(guī)格說明，而是將系統(tǒng)建造得易于變化，在改進原型的過程中，逐步將原型進化成最終系統(tǒng)。,1. 原型分類,90,2. 原型使用策略,軟件原型支持需求工程的兩項活動：需求獲取需求有效性驗證其他用途：用戶培訓系統(tǒng)測試原型開發(fā)主要分類：進化式原型開發(fā)拋棄式原型開發(fā),91,1）進化式原型開發(fā),基本思路是：先給出一個系統(tǒng)的最初

45、實現，讓用戶去使用和評價，不斷進行細化和改善，經過多次這樣的反復過程后形成最終的完善的系統(tǒng)。,92,2）拋棄式原型開發(fā),基本思路是：原型的根本作用是弄清楚需求和為風險評估提供補充信息。通過評估后，原型被拋棄，重新規(guī)劃和實施系統(tǒng)的開發(fā)。,93,3. 原型開發(fā)技術,可執(zhí)行規(guī)格說明基于場景 (scenario) 的設計自動程序設計專用語言可復用(reusable)的軟件簡化假設,94,1）可執(zhí)行規(guī)格說明,可執(zhí)行規(guī)格說明是用于需求規(guī)格

46、說明的一種自動化技術。使用這種方法，人們可以直接觀察他們用語言規(guī)定的任何系統(tǒng)性行為。包括代數規(guī)格說明有限狀態(tài)模型可執(zhí)行的數據流圖,95,代數規(guī)格說明,使用集合、定義于這些集合上的函數和定義于這些函數上的方程來描述對象。規(guī)格說明的操作語義用這些方程表示。舉例：定義一個無界的棧及其操作,NEW_STACK：? StackPUSH：Stack，Element ? StackPOP： Stack ? (Element | Undef

47、ined)POP( NEW_STACK ( ) ) ＝ UndefinedPOP( PUSH( Stack，elem) ) ＝ elem,96,有限狀態(tài)模型,parnas提出的使用最廣泛的一種可執(zhí)行規(guī)格說明形式。從一個初始狀態(tài)開始接收輸入，到產生輸出，狀態(tài)在推移變化。施加在狀態(tài)元素上的約束確定了有效狀態(tài)的推移。舉例：建立用戶／程序對話,97,98,可執(zhí)行的數據流圖,數據流圖是基于結構化開發(fā)方法的結構化規(guī)格說明。用一種可執(zhí)行的語言

48、程序代替定義處理邏輯的結構化英語，數據流圖就成為由可執(zhí)行語言程序模塊組成的網絡，在一定環(huán)境或工具的支持下就可成為一個可以執(zhí)行的原型系統(tǒng)。,99,2）基于場景的設計,場景是指用戶界面的原型。一個場景用以模擬在系統(tǒng)運行期間用戶經歷的事件。它提供了輸入─處理─輸出的屏幕格式和有關對話的模型。因此，軟件開發(fā)人員能夠給用戶顯示系統(tǒng)的逼真的視圖，使用戶得以判斷是否符合他的意圖。分析員與用戶的溝通往往通過演示場景。可在任一場景中使用一套可復用的

49、軟件模塊，以表達某一方面的要求。,100,可使用一種原型語言來描述原型系統(tǒng)。原型開發(fā)過程中用這種語言來定義屏幕數據項相關的操作從系統(tǒng)的外部描述開始，開發(fā)與數據庫的接口錯誤處理和恢復過程等系統(tǒng)的與外部視圖一致的細節(jié)。,101,3）自動程序設計,在程序自動生成環(huán)境的支持下，利用計算機實現軟件的開發(fā)?？梢宰詣踊虬胱詣拥匕延脩舻姆沁^程式問題規(guī)格說明轉換為某種高級語言程序：演繹綜合手段：基于數學推理的構造式證明。程序變換手段

50、：將一程序轉換成另一功能等價的程序，并保持其正確性不變。,102,實例推廣手段：從實例特征出發(fā)，將它推廣為待編程序的特征，最后得到程序。過程化手段：研究甚高級語言的編譯和知識的過程化。,103,4）專用語言,專用語言是應用領域的模型化語言。在原型開發(fā)中使用專用語言，可方便用戶和軟件開發(fā)者在計劃中的系統(tǒng)特性方面的交流。,104,5）軟件復用技術,利用可復用的模塊，做出適當的組合，就可得到快速構造的原型系統(tǒng)。為了快速地構造原型，

51、這些模塊必須有簡單而清晰的界面；應當盡量不依賴其它的模塊或數據結構；應具有一些通用的功能。,105,6）簡化假設,在開發(fā)過程中為使設計者迅速得到一個簡化的系統(tǒng)，可以預設一些使得問題簡化的假設。盡管這些假設可能實際上并不能成立，但它們在原型開發(fā)過程中可以使開發(fā)者的注意力集中在一些主要的方面。,,106,1. 為什么要采用面向對象技術,五、面向對象分析方法,系統(tǒng)可維護性的要求在系統(tǒng)中，功能往往是未來可能變化的因素，而問題領域的實體

52、則不會有太多的變化。將這些實體作為對象構建系統(tǒng)，可以構造一個穩(wěn)定的系統(tǒng)。因為未來的功能變化只需改變對象內部的操作的實現，修改是局部的。系統(tǒng)可復用性的需要代碼級的復用使得開發(fā)者得以利用已有的程序,107,實現新的程序。軟件開發(fā)實踐期望不僅在代碼級，而且在設計級、框架級，甚至系統(tǒng)級都能夠復用。面向對象技術中的封裝性、繼承性、類屬性等支持各種級別的復用。同一類中所有實例共享數據結構和行為特征；同一應用中所有實例通過繼承共享數據結構和

53、行為特征；不同應用中所有實例通過復用共享數據結構和行為特征。程序無關性的期望,108,任何機器環(huán)境下，使用任意程序語言所編的程序，希望都能夠通用。與機器相關的成分應該與處理邏輯無關。面向對象方法采用對象（類的實例）作為系統(tǒng)的基本構造單位。類的多態(tài)性以及動態(tài)綁定技術，是面向對象方法有別于結構化方法的實質性突破。它提倡接口和實現分開的設計理念并提供程序機制，為程序無關性的理想奠定了基礎。,109,2. 什么是面向對象,Peter

54、Coad 和 Edward Yourdon 提出面向對象方法的概念： 面向對象 = 對象 + 分類 + 繼承（inheritance） + 消息通信（communication with messages）采用這四個概念開發(fā)的軟件系統(tǒng)是面向對象的。 。一個面向對象的程序的每一成份應是對象，計算是通過新的對象的建立和對象之間的通信來執(zhí)行的。,110,1）對象（object）,對象是

55、系統(tǒng)中用來描述客觀事物的一個實體，是構成系統(tǒng)的一個基本單位，由一組屬性和一組對屬性進行操作的服務組成。對象 = 對象名+數據(屬性)+操作(行為)屬性一般只能通過執(zhí)行對象的操作來改變。操作又稱為方法或服務，它描述了對象執(zhí)行的功能，若通過消息傳遞，還可以為其他對象使用。,111,計算機窗口中的三個多邊形,112,表示多邊形的三個對象,113,2）類（classification）,把具有相同特征（屬性）和行為（操作）的對象歸在一

56、起就形成了類 (class) 。類的定義包括一組數據屬性和在數據上的一組合法操作。在一個類中，每個對象都是類的實例(Instance)，它們都可使用類中的函數。類定義了各個實例所共有的結構，使用類的構造函數，可以在創(chuàng)建該類的實例時初始化這個實例的狀態(tài)（實例變量）。,114,由兩個四邊形對象導出一個類,115,3）消息（messages）,消息是一個實例與另一個實例之間傳遞的信息，要求該實例執(zhí)行類中定義的某個操作。消息的使用類似于

57、函數調用，消息中指定了某一個實例，一個操作名和一個參數表 (可能是空的)。接收消息的實例執(zhí)行消息中指定的操作，并將形式參數與參數表中相應的實參值結合起來。消息有 4 類：發(fā)送對象激活接收對象；發(fā)送對象傳送信息給接收對象；發(fā)送對象詢問接收對象；發(fā)送對象請求接收對象提供服務。,116,4）繼承（inheritance）,類與類之間可能具有的一般化和特殊化關系：即 “is-a”關系，特殊化類是一般化類的子類，一般化類是特殊化類的父類。在這

58、種關系下形成一種層次的關聯(lián)。這就是繼承關系。,117,繼承是父類和子類之間共享數據和方法的機制。在定義和實現一個類時，可以在一個現成的類的基礎上來進行，把這個現成類所定義的內容作為自己的內容，并加入若干新的內容。,118,分類只從一個父類得到繼承，叫做“單重繼承”。一個子類有兩個或更多個父類，則稱“多重繼承”。,多(重)繼承,單(重)繼承,119,5）多態(tài),不同的對象對同一消息有不同的實現。多態(tài)的實現受到繼承的支持：利用類的繼承的

59、層次關系，把具有通用功能的消息存放在高層次，而不同的實現這一功能的行為放在較低層次，在這些低層次上生成的對象能夠給通用消息以不同的響應。參數多態(tài)：即模板化的多態(tài)，通過參數代換確定所用的數據類型。包含多態(tài)：常見的例子就是子類型化，即一個類型是另一個類型的子類型。,120,3. 面向對象分析（OOA）,面向對象分析（Object-Oriented Analysis），簡稱OOA。OOA的目的：理解應用問題;確定系統(tǒng)的功能、性能要求

60、。面向對象分析法與結構化分析法之間的差別：結構化分析方法中的E-R圖，關注實體的屬性和相互間的關系；而面向對象的分析，除此之外還要關注實體的行為。,121,結構化分析的數據流圖，將數據和加工處理分開；而面向對象的分析是將數據實體和他們的處理動作視為不可分割的整體來考慮的。結構化分析方法建造系統(tǒng)的元素是基于功能，或加工處理的；而面向對象分析方法建造系統(tǒng)的基本元素是封裝了操作的對象類。因此，面向對象的結果比較容易理解和管理，便于修改

61、，早期階段的修改容易提高軟件的可靠性。,122,4. 面向對象分析的活動,發(fā)現合適的對象類和對象的標識類和對象的細化標識結構標識主題標識屬性標識實例連接標識服務和消息,123,1）發(fā)現合適的對象,面向對象技術應能顯著提高軟件開發(fā)的質量和生產率，但這種好處只有在正確標識了對象集合的基礎上才能得以實現。沒有一個規(guī)范的建立對象的方法，軟件開發(fā)人員只能盲目地建立對象。,發(fā)現對象的方法,對象存儲數據并具有職能（即服務）。傳統(tǒng)的系統(tǒng)

62、分析工具的主要功能是定義數據或說明處理，對發(fā)現對象具有非常重要的作用。,124,有 3 種非常有用的傳統(tǒng)系統(tǒng)分析工具：數據流圖、實體關系圖以及狀態(tài)遷移圖，涉及了系統(tǒng)的 3 個不同的、相互獨立的方面（處理過程、數據和控制），稱為三視圖模型 3VM （3-View Modeling）。對象是與應用領域的有關概念緊密結合在一起的。概念的處理主要是基于自然語言：書面語或口語。 將語言規(guī)則應用到軟件系統(tǒng)分析中的處理方法稱為基于語言的信息分

63、析（Linguistic－based Information Analysis，簡稱LIA）。,125,3VM和LIA有別于且獨立于面向對象分析，這些技術的應用是一個不斷反復的過程。目的就是在實際應用中最大限度地降低對象標識的主觀性。將3VM和LIA應用于發(fā)現對象的過程見圖。,126,(1) 三視圖模型（3VM）,實體關系模型實體關系圖（ERD）是OOA的一個有力的前哨。實體很有可能成為對象；實體的屬性則表示成最終要由對象進行存

64、儲的數據；實體之間的關系有可能將建立“關聯(lián)對象”。表示關系（連接）的基數，以及因果條件可能成為維持這些關系的服務。ERD的問題:標識的實體可能與應用領域概念無關；對于那些不存儲數據的對象顯得無能為力。,127,數據流模型 有兩種形式的數據流模型上下文圖 確定一個全局的系統(tǒng)邊界；外部實體就是候選對象；對象集合都必須闡明這些上下文圖中的數據流是如何被接收、處理及生成的。分層的數據流圖待開發(fā)系統(tǒng)的功能可分解成

65、為一些基本單元，這些基本單元可看成是基本處理規(guī)格說明(PPSs) 。PPSs最后必須對應于對象的方法或服務。,128,狀態(tài)遷移模型 有兩種形式的狀態(tài)遷移模型:事件響應模型標識出系統(tǒng)必須識別的所發(fā)生的每一個 事件，以及系統(tǒng)必須作出的預期響應的事件；標識一系列的識別事件的對象、產生響應的對象。 狀態(tài)遷移圖能標識事件識別對象和對事件產生響應的對象；有助于標識保存狀態(tài)信息的屬性。注意：并非所有3VM工具對每個系統(tǒng)都是有用

66、的。,129,(2) 基于語言的信息分析（LIA）,3VM技術并不能專門用于指導正確地標識出新系統(tǒng)的對象集合?；谡Z言的信息分析(LIA)在發(fā)現對象方面給出了大量的指導。LIA的目的是標識出應用領域的概念空間及這些概念之間的關系。有兩種十分有效的LIA技術：短語頻率分析 (Phrase Frequency Analysis，簡稱PFA)矩陣分析 (Matrix Analysis，簡稱MA ),130,a. 短語頻率分析（P

67、FA）,短語頻率分析搜索選定的問題陳述（資源文本），標識可以表示問題領域概念的術語。PFA是標識概念而不是標識語法單元。PFA清單的建立基本上是一個客觀的過程，甚至可以自動處理。但可能大多數標識出來的概念是與目標系統(tǒng)無關的。PFA的優(yōu)點就在于能廣泛地標識問題領域的概念集合，并對它們進行評估，判定哪些與目標軟件無關。,131,,,,,,,,,,,,,,,,,,,associated site,constituent copies,d

68、epartment, corporate,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,author,continued subscription,direct subscription,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,author, contributing,contributing author,discount, subscription,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,…,,…,,,,,,,,