《軟件工程基礎(chǔ)》第3章 結(jié)構(gòu)化分析建模

1、3.1 軟件需求分析階段的任務可以把軟件需求分析階段的工作分為4個步驟，即獲取需求、分析需求、定義需求和驗證需求，如圖所示。 軟件需求分析階段的工作步驟 3.1 軟件需求分析階段的任務需求獲取 通過啟發(fā)、引導從客戶（或用戶）那里得到的原始需求是他們的業(yè)務要求（needs），簡稱為N。 這是分析之前獲取的需求，其中可能存在一些實際問題，這些問題只有通過分析才能得到解決，直接把獲取的需求作為軟件設(shè)計階段的依據(jù)將會導致嚴重的后果。 3.1 軟件需求分析階段的任務需求分析 認真研究獲取的需求，必須考慮以下幾方面： (1) 完整性：每項獲取的需求都應給出清楚的描述，使得軟件開發(fā)工作能夠取得設(shè)計和實現(xiàn)該功

2、能所需要的全部必要信息。 (2) 正確性：獲取的每項需求必須是準確無誤的，并且需求描述無歧義性。 (3) 合理性：各項需求之間、軟件需求與系統(tǒng)需求之間應是協(xié)調(diào)一致的，不應存在矛盾和沖突。 3.1 軟件需求分析階段的任務需求分析 (4) 可行性：包括技術(shù)可行性 、經(jīng)濟可行性 、社會可行性 。 (5) 充分性：獲取的需求是否全面、周到。 3.1 軟件需求分析階段的任務需求分析 由于分析的過程會對獲取的需求做部分調(diào)整，也即從獲取的需求N中去掉了一些a，又補充了一些c，從而得到的是分析的需求R1（b+c）。 3.1 軟件需求分析階段的任務需求定義 將已經(jīng)過分析的需求清晰、全面、系統(tǒng)、準確地描述成為正式

3、的文檔，這一步定義需求的工作就是編寫需求規(guī)格說明。 3.1 軟件需求分析階段的任務需求驗證 為了確保已定義的需求（需求規(guī)格說明）準確無誤，并能為客戶（或用戶）理解和接受，需要對其進行嚴格的評審。 3.2 結(jié)構(gòu)化分析方法簡介結(jié)構(gòu)化分析方法傳統(tǒng)的分析建模方法稱為結(jié)構(gòu)化分析（structured analysis，SA）方法。最有代表性的是一種面向數(shù)據(jù)流進行需求分析的方法，最初于20世紀70年代由D.Ross提出，后來又經(jīng)過擴充，形成了今天的結(jié)構(gòu)化分析方法的框架。 3.2 結(jié)構(gòu)化分析方法簡介結(jié)構(gòu)化分析模型 結(jié)構(gòu)化分析方法是一種建模技術(shù)，它建立的分析模型如圖所示。3.3 功能建模概念 功能建模的思想就

4、是用抽象模型的概念，按照軟件內(nèi)部數(shù)據(jù)傳遞、變換的關(guān)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(xiàn)的軟件為止。功能模型用數(shù)據(jù)流圖來描述。3.3 功能建模數(shù)據(jù)流圖的基本圖形符號3.3 功能建模 多個數(shù)據(jù)流之間的關(guān)系 3.3 功能建模環(huán)境圖環(huán)境圖（context diagram）也稱為頂層數(shù)據(jù)流圖（或0層數(shù)據(jù)流圖），它僅包括一個數(shù)據(jù)處理過程，也就是要開發(fā)的目標系統(tǒng)。環(huán)境圖的作用是確定系統(tǒng)在其環(huán)境中的位置，通過確定系統(tǒng)的輸入和輸出與外部實體的關(guān)系確定其邊界。3.3 功能建模典型的環(huán)境圖招生系統(tǒng)需求描述學校首先公布招生條件，考生根據(jù)自己的條件報名，之后系統(tǒng)進行資格審查，并給出資格審查信息；對于資

5、格審查合格的考生可以參加答卷，系統(tǒng)根據(jù)學校提供的試題及答案進行自動判卷，并給出分數(shù)及答題信息，供考生查詢；最后系統(tǒng)根據(jù)學校的錄取分數(shù)線進行錄取，并將錄取信息發(fā)送給考生。 3.3 功能建模招生系統(tǒng)的環(huán)境圖 3.3 功能建模數(shù)據(jù)流圖的分層對于稍微復雜一些的實際問題，在數(shù)據(jù)流圖上常常出現(xiàn)十幾個甚至幾十個加工，這樣的數(shù)據(jù)流圖看起來不直觀，不易理解，分層的數(shù)據(jù)流圖能很好地解決這一問題。按照系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)進行逐步分解，并以分層的數(shù)據(jù)流圖反映這種結(jié)構(gòu)關(guān)系，能清楚地表達和容易理解整個系統(tǒng)。 3.3 功能建模招生系統(tǒng)的分層數(shù)據(jù)流圖 3.3 功能建模數(shù)據(jù)流圖的分層示意圖 3.3 功能建模實例研究 銀行儲蓄系統(tǒng)的業(yè)

6、務流程：儲戶填寫的存款單或取款單由業(yè)務員鍵入系統(tǒng)；如果是存款則系統(tǒng)記錄存款人姓名、住址（或電話號碼）、身份證號碼、存款類型、存款日期、到期日期、利率、密碼（可選）等信息，并印出存單給儲戶；如果是取款而且開戶時留有密碼，則系統(tǒng)首先核對儲戶密碼，若密碼正確或存款時未留密碼，則系統(tǒng)計算利息并印出利息清單給儲戶。要求畫出分層的數(shù)據(jù)流圖，并細化到2層數(shù)據(jù)流圖。3.3 功能建模(1) 識別外部實體及輸入輸出數(shù)據(jù)流。外部實體：儲戶、業(yè)務員。輸入數(shù)據(jù)：如果需要儲戶輸入密碼，儲戶才直接與系統(tǒng)進行交互。儲戶填寫的存款或取款信息通過業(yè)務員鍵入系統(tǒng)，可以將存款及取款信息抽象為事務。輸出數(shù)據(jù)：存款單，利息清單。 3.3

7、 功能建模(2) 畫出環(huán)境圖（頂層數(shù)據(jù)流圖） 3.3 功能建模(3) 畫出一層數(shù)據(jù)流圖 3.3 功能建模(4) 畫出二層數(shù)據(jù)流圖 對一層圖中的“處理存款”及“處理取款”進行進一步分解，得到二層數(shù)據(jù)流圖，即處理存款的數(shù)據(jù)流圖和處理取款的數(shù)據(jù)流圖。 處理存款的數(shù)據(jù)流圖3.3 功能建模(4) 畫出二層數(shù)據(jù)流圖處理取款的數(shù)據(jù)流圖3.4 數(shù)據(jù)建模在結(jié)構(gòu)化分析方法中，使用實體關(guān)系建模技術(shù)來建立數(shù)據(jù)模型。這種技術(shù)是在較高的抽象層次（概念層）上對數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)進行建模的流行技術(shù)。實體關(guān)系模型表示為可視化的實體關(guān)系圖（entity-relationship diagram，ERD），也稱為ER圖。 ER圖中僅包含3

8、種相互關(guān)聯(lián)的元素：數(shù)據(jù)對象（實體）、描述數(shù)據(jù)對象的屬性及數(shù)據(jù)對象彼此間相互連接的關(guān)系。 3.4 數(shù)據(jù)建模數(shù)據(jù)對象數(shù)據(jù)對象是目標系統(tǒng)所需要的復合信息的表示，所謂復合信息是具有若干不同屬性的信息。在ER圖中用矩形表示數(shù)據(jù)對象。在實際問題中，數(shù)據(jù)對象（實體）可以是外部實體、事物、角色、行為或事件、組織單位、地點或結(jié)構(gòu)等。 3.4 數(shù)據(jù)建模屬性屬性定義數(shù)據(jù)對象的特征，如數(shù)據(jù)對象學生的學號、姓名、性別、專業(yè)等，課程的課程編號、課程名稱、學分等。在ER圖中用橢圓或圓角矩形表示屬性，并用無向邊將屬性與相關(guān)的數(shù)據(jù)對象連接在一起。 3.4 數(shù)據(jù)建模關(guān)系不同數(shù)據(jù)對象的實例之間是有關(guān)聯(lián)關(guān)系的，在ER圖上用無向邊表示

9、。 在無向邊的兩端應標識出關(guān)聯(lián)實例的數(shù)量，也稱為關(guān)聯(lián)的重數(shù)。從關(guān)聯(lián)重數(shù)的角度可以將關(guān)聯(lián)分為種。(1) 一對一（1:1）關(guān)聯(lián)(2) 一對多（1:m）關(guān)聯(lián)(3) 多對多（m:n）關(guān)聯(lián)實例關(guān)聯(lián)還有“必須”和“可選”之分。 3.4 數(shù)據(jù)建模關(guān)聯(lián)數(shù)量的表示在ER圖中用圓圈表示所關(guān)聯(lián)的實例是可選的，隱含表示“0”，沒有出現(xiàn)圓圈就意味著是必須的。出現(xiàn)在連線上的短豎線可以看成是“1”。 3.4 數(shù)據(jù)建模關(guān)聯(lián)關(guān)系舉例3.4 數(shù)據(jù)建模關(guān)系的屬性關(guān)系本身也可能有屬性，這在多對多的關(guān)系中尤其常見，如學生和課程之間的關(guān)系可起名為“選課”，其屬性應該有學期、成績等。關(guān)系屬性的表示：在表示關(guān)系的無向邊上再加一個菱形框，并在

10、菱形框中標明關(guān)系的名字，關(guān)系的屬性同樣用橢圓形或圓角矩形表示，并用無向邊將關(guān)系與其屬性連接起來。 3.4 數(shù)據(jù)建模關(guān)系的屬性3.4 數(shù)據(jù)建模銀行儲蓄系統(tǒng)的ER圖3.5 行為建模狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（簡稱狀態(tài)圖）通過描繪系統(tǒng)的狀態(tài)及引起系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的事件，來表示系統(tǒng)的行為。狀態(tài)圖中使用的主要符號如圖所示。3.5 行為建模狀態(tài)狀態(tài)是任何可以被觀察到的系統(tǒng)行為模式，一個狀態(tài)代表系統(tǒng)的一種行為模式，狀態(tài)規(guī)定了系統(tǒng)對事件的響應方式。 狀態(tài)可能有：初態(tài)（初始狀態(tài)）、終態(tài)（最終狀態(tài)）和中間態(tài)。在一張狀態(tài)圖中只能有一個初態(tài)，而終態(tài)則可以有多個，也可以沒有。 3.5 行為建模狀態(tài)的表示：初態(tài)用實心圓表示，終態(tài)用牛眼圖形表

11、示，中間態(tài)用圓角矩形表示。3.5 行為建模狀態(tài)轉(zhuǎn)換狀態(tài)圖中兩個狀態(tài)之間帶箭頭的連線稱為狀態(tài)轉(zhuǎn)換。 狀態(tài)的變遷通常是由事件觸發(fā)的，在這種情況下應在表示狀態(tài)轉(zhuǎn)換的箭頭線上標出觸發(fā)轉(zhuǎn)換的事件表達式。如果在箭頭線上未標明事件，則表示在源狀態(tài)的內(nèi)部活動執(zhí)行完之后自動觸發(fā)轉(zhuǎn)換。 3.5 行為建模狀態(tài)轉(zhuǎn)換下圖為計算機應用軟件的啟動過程，在這個過程中沒有外部事件觸發(fā)，每個狀態(tài)下的活動完成時，狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換。 3.5 行為建模事件事件是在某個特定時刻發(fā)生的事情，它是對引起系統(tǒng)做動作或從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個狀態(tài)的外部事件的抽象。事件表達式的語法如下： 事件說明（守衛(wèi)條件）/動作表達式(1) 事件說明的語法如下： 事

12、件名（參數(shù)表）(2) 守衛(wèi)條件是一個布爾表達式。如果同時使用守衛(wèi)條件和事件說明，則當且僅當事件發(fā)生且布爾表達式成立時，狀態(tài)轉(zhuǎn)換才發(fā)生。如果只有守衛(wèi)條件沒有事件說明，則只要守衛(wèi)條件為真，狀態(tài)轉(zhuǎn)換就發(fā)生。(3) 動作表達式是一個過程表達式，當狀態(tài)轉(zhuǎn)換開始時執(zhí)行該表達式。3.5 行為建模存款過程的狀態(tài)圖(考慮新開戶 )3.5 行為建模取款過程的狀態(tài)圖3.6 數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)字典以詞條方式定義在數(shù)據(jù)模型、功能模型和行為模型中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)對象及控制信息的特性，給出它們的準確定義，包括數(shù)據(jù)流、加工、數(shù)據(jù)文件、數(shù)據(jù)元素，以及數(shù)據(jù)源點、數(shù)據(jù)匯點等。 數(shù)據(jù)字典成為把3種分析模型黏合在一起的“黏合劑”，是分析模型的“核

13、心”。 3.6 數(shù)據(jù)字典詞條描述對于在數(shù)據(jù)流圖中每一個被命名的圖形元素均加以定義；其內(nèi)容包括圖形元素的名字，圖形元素的別名或編號，圖形元素類別（如加工、數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)文件、數(shù)據(jù)元素、數(shù)據(jù)源點或數(shù)據(jù)匯點等）、描述、定義、位置等。 3.6 數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)流詞條數(shù)據(jù)流是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在系統(tǒng)內(nèi)傳播的路徑，數(shù)據(jù)流詞條應包括以下幾項內(nèi)容。數(shù)據(jù)流名：要求與數(shù)據(jù)流圖中該圖形元素的名字一致。簡述：簡要介紹它產(chǎn)生的原因和結(jié)果。組成：數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。來源：數(shù)據(jù)流來自哪個加工或作為哪個數(shù)據(jù)源的外部實體。去向：數(shù)據(jù)流流向哪個加工或作為哪個數(shù)據(jù)匯點的外部實體。流通量：單位時間數(shù)據(jù)的流通量。峰值：流通量的極限值。3.6 數(shù)據(jù)字典數(shù)

14、據(jù)元素詞條數(shù)據(jù)流圖中的每個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都是由數(shù)據(jù)元素構(gòu)成的，數(shù)據(jù)元素是數(shù)據(jù)處理中最小的、不可再分的單位，它直接反映事物的某一特征。 類型：數(shù)據(jù)元素分為數(shù)字型與文字型。數(shù)字型又分為離散值和連續(xù)值，文字的類型用編碼類型和長度區(qū)分。 取值范圍：離散值的取值或是枚舉的（如3，17，21），或是介于上下界的一組數(shù)（如2.100）；連續(xù)值一般是有取值范圍的實數(shù)集（如0.0.100.0）。對于文字型，文字的取值需加以定義。 相關(guān)的數(shù)據(jù)元素及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 3.6 數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)存儲文件詞條數(shù)據(jù)存儲文件是數(shù)據(jù)保存的地方。一個數(shù)據(jù)存儲文件詞條應有以下幾項內(nèi)容。 文件名：要求與數(shù)據(jù)流圖中該圖形元素的名字一致。 簡述：簡要介

15、紹存放的是什么數(shù)據(jù)。 組成：文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 輸入：從哪些加工獲取數(shù)據(jù)。 輸出：由哪些加工使用數(shù)據(jù)。 存取方式：分為順序、直接、關(guān)鍵碼等不同存取方式。 存取頻率：單位時間的存取次數(shù)。3.6 數(shù)據(jù)字典加工詞條加工可以使用諸如判定表、判定樹、結(jié)構(gòu)化語言等形式表達，主要描述如下。 加工名：要求與數(shù)據(jù)流圖中該圖形元素的名字一致。 編號：用以反映該加工的層次和父子關(guān)系。 簡述：加工邏輯及功能簡述。 輸入：加工的輸入數(shù)據(jù)流。 輸出：加工的輸出數(shù)據(jù)流。 加工邏輯：簡述加工程序和加工順序。3.6 數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)源點及數(shù)據(jù)匯點詞條對于一個數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)來說，數(shù)據(jù)源點和數(shù)據(jù)匯點應比較少。 名稱：要求與數(shù)據(jù)流圖中該外部

16、實體的名字一致。 簡述：簡要描述是什么外部實體。 有關(guān)數(shù)據(jù)流：該實體與系統(tǒng)交互時涉及哪些數(shù)據(jù)流。 數(shù)目：該實體與系統(tǒng)交互的次數(shù)。3.6 數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述在數(shù)據(jù)字典的編制中，分析員最常用的描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的方式有定義式、Warnier圖等。定義式。在數(shù)據(jù)流圖中，數(shù)據(jù)流和數(shù)據(jù)文件都具有一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，因此，必須以一種清晰、準確、無二義性的方式來描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 Warnier圖。Warnier圖是表示數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的另一種圖形工具，它用樹形結(jié)構(gòu)來描繪數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。3.6 數(shù)據(jù)字典定義式中的符號3.6 數(shù)據(jù)字典定義式舉例：存折3.6 數(shù)據(jù)字典存折的定義格式存折戶名所號賬號開戶日性質(zhì)（印密） 1存取行50所號“0

17、01”.“999” 戶名2字母24賬號“00000000001”.“99999999999” 開戶日年月日性質(zhì)“1”.“6” 印密（“0”|“000001”.“999999”） 存取行日期（摘要）支出存入余額操作復核日期年月日年“0001”.“9999”月“01”.“12”日“01”.“31”3.6 數(shù)據(jù)字典存折的定義格式摘要1字母4支出金額 存入金額余額金額金額“0000000.01”.“9999999.99”操作“00001”.“99999”復核“00001”.“99999”字母“a”.“z”|“A”.“Z”3.6 數(shù)據(jù)字典Warnier圖舉例：存折 3.7 加工規(guī)格說明在對數(shù)據(jù)流圖的分解

18、中，位于層次樹最低層的加工也稱為基本加工或原子加工，對于每一個基本加工都需要進一步說明，這稱為加工規(guī)格說明。在編寫基本加工的規(guī)格說明時，主要目的是要表達“做什么”，而不是“怎樣做”。3.7 加工規(guī)格說明加工規(guī)格說明應滿足如下的要求：(1) 對數(shù)據(jù)流圖的每一個基本加工，必須有一個加工規(guī)格說明。(2) 加工規(guī)格說明必須描述基本加工如何把輸入數(shù)據(jù)流變換為輸出數(shù)據(jù)流的加工規(guī)則。(3) 加工規(guī)格說明必須描述實現(xiàn)加工的策略而不是實現(xiàn)加工的細節(jié)。(4) 加工規(guī)格說明中包含的信息應是充足的，完備的，有用的，沒有重復的多余信息。 3.7 加工規(guī)格說明決策表決策表由4個部分組成：左上部分是條件茬，在此區(qū)域列出了各種可能的單個條件；左下部分是動作茬，在此區(qū)域列出了可能采取的單個動作；右上部分是條件項，在此區(qū)域列出了針對各種條件的每一組條件取值的組合；右下部分是動作項，這些動作項與條件項緊密相關(guān)，它指出了在條件項的各