《基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)模式的軟件工程與UML建模技術(shù)》課件項(xiàng)目三

項(xiàng)目三需求分析任務(wù)一認(rèn)識(shí)需求分析

任務(wù)二需求分析圖形工具任務(wù)三結(jié)構(gòu)化分析技術(shù)

任務(wù)四編寫(xiě)文檔

任務(wù)一認(rèn)識(shí)需求分析

需求分析是軟件定義時(shí)期的最后一個(gè)階段，它的基本任務(wù)是準(zhǔn)確地回答“系統(tǒng)必須做什么”這個(gè)問(wèn)題。在需求分析階段產(chǎn)生的文檔是軟件需求規(guī)格說(shuō)明書(shū)，它以書(shū)面形式準(zhǔn)確地描述軟件需求。

在分析軟件需求和書(shū)寫(xiě)軟件需求規(guī)格說(shuō)明書(shū)的過(guò)程中，分析員和用戶(hù)都起著關(guān)鍵的、必不可少的作用：用戶(hù)不知道怎樣用軟件實(shí)現(xiàn)自己的需求，因此，用戶(hù)必須把他們對(duì)軟件的需求盡量準(zhǔn)確、具體地描述出來(lái)；分析員對(duì)用戶(hù)的需求并不十分清楚，必須通過(guò)與用戶(hù)溝通獲取用戶(hù)對(duì)軟件的需求。需求分析和規(guī)格說(shuō)明是一項(xiàng)十分艱巨復(fù)雜的工作。不僅在整個(gè)需求分析過(guò)程中應(yīng)采用行之有效的通信技術(shù)，而且必須嚴(yán)格審查、驗(yàn)證需求分析的結(jié)果。

目前，有很多用于需求分析的結(jié)構(gòu)化分析方法，所有這些分析方法都遵守下述準(zhǔn)則：

(1)必須理解并描述問(wèn)題的信息域(建立數(shù)據(jù)模型)。

(2)必須定義軟件應(yīng)完成的功能(建立功能模型)。

(3)必須描述作為外部事件結(jié)果的軟件行為(建立行為模型)。

(4)必須對(duì)描述信息、功能和行為的模型進(jìn)行分解，用層次的方式展示細(xì)節(jié)。

操作一需求分析概述

需求分析是指開(kāi)發(fā)人員要準(zhǔn)確理解用戶(hù)的要求，進(jìn)行細(xì)致的調(diào)查分析，將用戶(hù)非形式的需求陳述轉(zhuǎn)化為完整的需求定義，再由需求定義轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的形式功能規(guī)約(需求規(guī)格說(shuō)明)的過(guò)程。需求分析雖處于軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程的開(kāi)始階段，但它對(duì)于整個(gè)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程以及軟件產(chǎn)品質(zhì)量是至關(guān)重要的。在計(jì)算機(jī)發(fā)展的早期，所求解問(wèn)題的規(guī)模小，需求分析未能得到重視。隨著軟件系統(tǒng)復(fù)雜性的提高及規(guī)模的擴(kuò)大，需求分析在軟件開(kāi)發(fā)中所處的地位愈加突出，從而也愈加困難，它的難點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)問(wèn)題的復(fù)雜性。這是由用戶(hù)需求所涉及的因素繁多引起的，如運(yùn)行環(huán)境和系統(tǒng)功能等。

(2)交流障礙。需求分析涉及人員較多，如軟件系統(tǒng)用戶(hù)、問(wèn)題領(lǐng)域?qū)＜?、需求工程師和?xiàng)目管理員等，這些人具備不同的背景知識(shí)、處于不同的角度、扮演不同角色，造成了相互之間交流的困難。

(3)不完備性和不一致性。由于各種原因，用戶(hù)對(duì)問(wèn)題的陳述往往是不完備的，其各方面的需求還可能存在著矛盾，需求分析要消除其矛盾，形成完備及一致的定義。

(4)需求易變性。用戶(hù)需求的變動(dòng)是一個(gè)極為普遍的問(wèn)題，即使是部分變動(dòng)，也往往會(huì)影響到需求分析的全部，導(dǎo)致不一致性和不完備性。為了克服上述困難，人們主要圍繞著需求分析的方法及自動(dòng)化工具(如CASE技術(shù))等方面進(jìn)行研究。

近幾年來(lái)已提出許多軟件需求分析與說(shuō)明的方法(如結(jié)構(gòu)化分析方法和面向?qū)ο蠓治龇椒?，每一種分析方法都有獨(dú)特的觀點(diǎn)和表示法，但都適用下面的基本原則：

(1)必須能夠表達(dá)和理解問(wèn)題的數(shù)據(jù)域和功能域。數(shù)據(jù)域包括數(shù)據(jù)流(即數(shù)據(jù)通過(guò)一個(gè)系統(tǒng)時(shí)的變化方式)、數(shù)據(jù)內(nèi)容和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而功能域反映上述三方面的控制信息。

(2)可以把一個(gè)復(fù)雜問(wèn)題按功能進(jìn)行分解并可逐層細(xì)化。通常軟件要處理的問(wèn)題如果太大太復(fù)雜就很難理解，若劃分成幾部分，并確定各部分間的接口，就可完成整體功能。在需求分析過(guò)程中，軟件領(lǐng)域中的數(shù)據(jù)、功能和行為都可劃分。

(3)可針對(duì)問(wèn)題建模。模型可以幫助分析人員更好地理解軟件系統(tǒng)的信息、功能和行為，這些模型也是軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

1.需求分析的任務(wù)

軟件需求分析的任務(wù)是：深入描述軟件的功能和性能，確定軟件設(shè)計(jì)的約束和軟件同其他系統(tǒng)元素的接口細(xì)節(jié)，定義軟件的其他有效性需求，借助于當(dāng)前系統(tǒng)的邏輯模型導(dǎo)出目標(biāo)系統(tǒng)邏輯模型，解決目標(biāo)系統(tǒng)“做什么”的問(wèn)題(在可行性研究和項(xiàng)目開(kāi)發(fā)計(jì)劃階段對(duì)這個(gè)問(wèn)題的回答是概括的、粗略的)。

1)確定系統(tǒng)的綜合需求

系統(tǒng)分析員和用戶(hù)需共同確定對(duì)系統(tǒng)的綜合需求。表3-1給出了綜合需求的類(lèi)別、定義和相關(guān)舉例，其中最重要的是功能需求，其應(yīng)確定系統(tǒng)必須完成的所有功能。在確定功能需求的基礎(chǔ)上，還將根據(jù)組織機(jī)構(gòu)和使用用戶(hù)的具體情況，確定系統(tǒng)在性能、運(yùn)行等方面的一系列需求。

表3-1需?求?說(shuō)?明?表

2)分析系統(tǒng)的數(shù)據(jù)要求

任何一個(gè)軟件系統(tǒng)本質(zhì)上都是信息處理系統(tǒng)，系統(tǒng)必須處理的信息和系統(tǒng)應(yīng)該產(chǎn)生的信息在很大程度上決定了系統(tǒng)的面貌，對(duì)軟件設(shè)計(jì)有深遠(yuǎn)影響，因此，必須分析系統(tǒng)的數(shù)據(jù)要求，這是軟件需求分析的一個(gè)重要任務(wù)。分析系統(tǒng)的數(shù)據(jù)要求通常采用建立數(shù)據(jù)模型的方法。

軟件系統(tǒng)復(fù)雜的數(shù)據(jù)由許多基本的數(shù)據(jù)元素組成，數(shù)據(jù)元素之間的邏輯關(guān)系用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)表示。利用數(shù)據(jù)字典可以全面準(zhǔn)確地定義數(shù)據(jù)，但是數(shù)據(jù)字典的缺點(diǎn)是不夠直觀。為了提高可理解性，常常利用圖形工具輔助描繪數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。常用的圖形工具有層次方框圖和Warnier圖。

3)導(dǎo)出系統(tǒng)的邏輯模型

綜合上述兩項(xiàng)分析的結(jié)果可以導(dǎo)出系統(tǒng)詳細(xì)的邏輯模型，通常用數(shù)據(jù)流圖、實(shí)體-聯(lián)系圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、數(shù)據(jù)字典和主要的處理算法描述這個(gè)邏輯模型。

4)修正系統(tǒng)開(kāi)發(fā)計(jì)劃

根據(jù)在分析過(guò)程中獲得的對(duì)系統(tǒng)的更深入更具體的了解，可以比較準(zhǔn)確地估計(jì)系統(tǒng)的成本和進(jìn)度，修正以前制定的開(kāi)發(fā)計(jì)劃。

5)開(kāi)發(fā)原型系統(tǒng)

快速原型方法的核心思想是：在軟件開(kāi)發(fā)的早期快速建立目標(biāo)軟件的原型，讓用戶(hù)對(duì)原型進(jìn)行評(píng)估并提出修改意見(jiàn)，當(dāng)原型幾經(jīng)改進(jìn)最終確定后，它將由軟件設(shè)計(jì)和編碼階段進(jìn)化成軟件產(chǎn)品；或者設(shè)計(jì)和編碼人員遵循原型所確立的外部特征實(shí)現(xiàn)軟件產(chǎn)品。

2.需求分析的步驟

1)問(wèn)題識(shí)別

問(wèn)題識(shí)別是指從系統(tǒng)的角度來(lái)理解軟件并評(píng)審軟件范圍是否恰當(dāng)，確定對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)的綜合要求，即軟件的需求，提出這些需求的實(shí)現(xiàn)條件，以及需求應(yīng)達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)。問(wèn)題識(shí)別的另一項(xiàng)工作是建立分析所需要的通信途徑(如圖3-1所示)，以保證能順利地對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析。圖3-1問(wèn)題識(shí)別的通信途徑

2)分析、綜合并導(dǎo)出軟件的邏輯模型

分析人員對(duì)獲取的需求進(jìn)行一致性的分析檢查，在分析、綜合中逐步細(xì)分軟件功能，劃分各個(gè)子功能。這里也包括對(duì)數(shù)據(jù)域進(jìn)行分解，并分配到各個(gè)子功能上，以確定系統(tǒng)的構(gòu)成及主要成分，并用圖文結(jié)合的形式，建立起新系統(tǒng)的邏輯模型。

3)編寫(xiě)文檔

編寫(xiě)文檔的步驟如下：

(1)編寫(xiě)“需求說(shuō)明書(shū)”，把雙方共同的理解與分析結(jié)果用規(guī)范的方式描述出來(lái)，作為今后各項(xiàng)工作的基礎(chǔ)。

(2)編寫(xiě)初步用戶(hù)使用手冊(cè)，著重反映被開(kāi)發(fā)軟件的用戶(hù)功能界面和用戶(hù)使用的具體要求，用戶(hù)手冊(cè)能強(qiáng)制分析人員從用戶(hù)使用的觀點(diǎn)考慮軟件。

(3)編寫(xiě)確認(rèn)測(cè)試計(jì)劃，作為今后確認(rèn)和驗(yàn)收的依據(jù)。

(4)修改完善項(xiàng)目開(kāi)發(fā)計(jì)劃。在需求分析階段對(duì)開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)有了更進(jìn)一步的了解，所以能更準(zhǔn)確地估計(jì)開(kāi)發(fā)成本、進(jìn)度及資源要求，因此對(duì)原計(jì)劃要進(jìn)行適當(dāng)修正。

4)需求評(píng)審

需求評(píng)審的內(nèi)容包括：系統(tǒng)定義的目標(biāo)是否與用戶(hù)的要求一致；系統(tǒng)需求分析階段提供的文檔資料是否齊全；文檔中的所有描述是否完整、清晰、準(zhǔn)確反映用戶(hù)要求；與所有其他系統(tǒng)成分的重要接口是否都已經(jīng)描述；被開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)流與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是否足夠、確定；所有圖表是否清楚，在不補(bǔ)充說(shuō)明時(shí)能否理解；主要功能是否已包括在規(guī)定的軟件范圍之內(nèi)，是否都已充分說(shuō)明；設(shè)計(jì)的約束條件或限制條件是否符合實(shí)際；開(kāi)發(fā)的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)是什么；是否考慮過(guò)軟件需求的其他方案；是否考慮過(guò)將來(lái)可能會(huì)提出的軟件需求；是否詳細(xì)制定了檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，它們能否對(duì)系統(tǒng)定義是否成功進(jìn)行確認(rèn)。

操作二需求分析方法

需求分析的過(guò)程如圖3-2所示。需求分析方法有功能分解方法、結(jié)構(gòu)化分析方法、信息建模方法和面向?qū)ο蠓治龇椒ǖ?。圖3-2需求分析的過(guò)程

1.功能分解方法

功能分解方法是將一個(gè)系統(tǒng)看成是由若干功能構(gòu)成的一個(gè)集合，每個(gè)功能又可劃分成若干個(gè)加工(即子功能)，一個(gè)加工又可進(jìn)一步分解成若干加工步驟(即子加工)。因此，功能分解方法有功能、子功能和功能接口三個(gè)組成要素。它的關(guān)鍵策略是利用已有的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)一個(gè)新系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定加工和加工步驟，著眼點(diǎn)放在這個(gè)新系統(tǒng)需要進(jìn)行什么樣的加工上。

功能分解方法本質(zhì)上是用過(guò)程抽象的觀點(diǎn)來(lái)看待系統(tǒng)需求，符合傳統(tǒng)程序設(shè)計(jì)人員的思維特征，而且分解的結(jié)果一般已經(jīng)是系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)的一個(gè)雛形，實(shí)際上它已經(jīng)很難與軟件設(shè)計(jì)明確分離。這種方法存在一些問(wèn)題，它需要人工來(lái)完成從問(wèn)題空間到功能和子功能的映射，既沒(méi)有顯式地將問(wèn)題空間表現(xiàn)出來(lái)，也無(wú)法對(duì)表現(xiàn)的準(zhǔn)確程度進(jìn)行驗(yàn)證，而問(wèn)題空間中的一些重要細(xì)節(jié)更是無(wú)法提示出來(lái)?？梢钥闯?，功能分解方法缺乏對(duì)客觀世界中相對(duì)穩(wěn)定的實(shí)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述，而將基點(diǎn)放在相對(duì)不穩(wěn)定的實(shí)體行為上，因此，基點(diǎn)是不穩(wěn)定的，難以適應(yīng)需求的變化。

2.結(jié)構(gòu)化分析方法

結(jié)構(gòu)化分析方法是一種從問(wèn)題空間到某種表示的映射方法，它由數(shù)據(jù)流圖表示，是結(jié)構(gòu)化重要的、被普遍接受的表示系統(tǒng)，它由數(shù)據(jù)流圖和數(shù)據(jù)詞典構(gòu)成。這種方法簡(jiǎn)單實(shí)用，適用于數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域問(wèn)題。

該方法沿現(xiàn)實(shí)世界中的數(shù)據(jù)流進(jìn)行分析，把數(shù)據(jù)流映射到分析結(jié)果中。但現(xiàn)實(shí)世界中的有些要求不是以數(shù)據(jù)流為主干的，就難于用此方法。如果分析是在現(xiàn)有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，應(yīng)先除去原來(lái)物理上的特性，增加新的邏輯要求，再追加新的物理上的考慮，這時(shí)，分析面對(duì)的并不是問(wèn)題空間本身，而是過(guò)去對(duì)問(wèn)題空間的某一映射，在這種焦點(diǎn)已經(jīng)錯(cuò)位的前提下，進(jìn)行分析顯然是十分困難的。該方法的一個(gè)難點(diǎn)是確定數(shù)據(jù)流之間的變換，而且數(shù)據(jù)詞典的規(guī)模也是一個(gè)問(wèn)題，它會(huì)引起所謂的“數(shù)據(jù)詞典爆炸”，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)調(diào)很少。

3.信息建模方法

信息建模方法是從數(shù)據(jù)的角度來(lái)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界建立模型的，它對(duì)問(wèn)題空間的認(rèn)識(shí)是很有幫助的。該方法的基本工具是ER圖(實(shí)體聯(lián)系圖)，其基本要素由實(shí)體、屬性和聯(lián)系構(gòu)成。該方法的基本策略是從現(xiàn)實(shí)世界中找出實(shí)體，然后再用屬性來(lái)描述這些實(shí)體。信息模型和語(yǔ)義數(shù)據(jù)模型是緊密相關(guān)的，有時(shí)被看做是數(shù)據(jù)庫(kù)模型。在信息模型中，實(shí)體E是一個(gè)對(duì)象或一組對(duì)象，實(shí)體把信息收集在其中。關(guān)系R是實(shí)體之間的聯(lián)系或交互作用，有時(shí)在實(shí)體和關(guān)系之外，再加上屬性。實(shí)體和關(guān)系形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，描述系統(tǒng)的信息狀況，給出系統(tǒng)的信息模型。

信息建模和面向?qū)ο蠓治龊芙咏杂泻艽蟛顒e。在ER圖中，數(shù)據(jù)不封閉，每個(gè)實(shí)體和它的屬性的處理需求不是組合在同一實(shí)體中的，沒(méi)有繼承性和消息傳遞機(jī)制來(lái)支持模型。但ER圖是面向?qū)ο蠓治龅幕A(chǔ)。

4.面向?qū)ο蠓治龇椒?/p>

面向?qū)ο蟮姆治鍪前袳R圖中的概念與面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言中的主要概念結(jié)合在一起而形成的一種分析方法。在該方法中采用了實(shí)體、關(guān)系和屬性等信息模型分析中的概念，同時(shí)采用了封閉、類(lèi)結(jié)構(gòu)和繼承性等面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言中的概念。

操作三需求獲取方法

1.訪談

訪談是最早開(kāi)始使用的獲取用戶(hù)需求的技術(shù)，也是迄今為止仍然廣泛使用的需求分析技術(shù)。

訪談?dòng)袃煞N基本形式，分別是正式的和非正式的訪談。正式訪談時(shí)，系統(tǒng)分析員將提出一些事先準(zhǔn)備好的具體問(wèn)題。在非正式訪談中，分析員將提出一些用戶(hù)可以自由回答的開(kāi)放性問(wèn)題，以鼓勵(lì)被訪問(wèn)人員說(shuō)出自己的想法。

當(dāng)需要調(diào)查大量人員的意見(jiàn)時(shí)，向被調(diào)查人分發(fā)調(diào)查表是一個(gè)十分有效的做法。分析員仔細(xì)閱讀收回的調(diào)查表，然后再有針對(duì)性地訪問(wèn)一些用戶(hù)，以便向他們?cè)儐?wèn)在分析調(diào)查表時(shí)發(fā)現(xiàn)的新問(wèn)題。所謂情景分析，就是對(duì)用戶(hù)將來(lái)使用目標(biāo)系統(tǒng)解決某個(gè)具體問(wèn)題的方法和結(jié)果進(jìn)行分析。在訪問(wèn)用戶(hù)的過(guò)程中使用情景分析技術(shù)往往非常有效。主要體現(xiàn)在下述兩個(gè)方面：

(1)它能在某種程度上演示目標(biāo)系統(tǒng)的行為，從而便于用戶(hù)理解，而且還可能進(jìn)一步揭示出一些分析員目前還不知道的需求。

(2)由于情景分析較易為用戶(hù)所理解，使用戶(hù)在需求分析過(guò)程中始終扮演一個(gè)積極主動(dòng)的角色，以獲得更多的用戶(hù)需求。

2.面向數(shù)據(jù)流自頂向下求精

軟件系統(tǒng)的基本功能都是把輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成需要的輸出數(shù)據(jù)。從本質(zhì)看，數(shù)據(jù)決定了系統(tǒng)的處理和算法，因而，數(shù)據(jù)是需求分析的出發(fā)點(diǎn)。結(jié)構(gòu)化分析方法就是面向數(shù)據(jù)流自頂向下逐步求精進(jìn)行需求分析的方法。

采用結(jié)構(gòu)化分析方法進(jìn)行需求分析的目標(biāo)之一就是把可行性研究得到數(shù)據(jù)流和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)定義到元素級(jí)(足夠小數(shù)據(jù))。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，該方法通常從數(shù)據(jù)流圖的輸出端著手分析，分析輸出數(shù)據(jù)是由哪些元素組成的，每個(gè)輸出數(shù)據(jù)元素又是從哪里來(lái)的，沿?cái)?shù)據(jù)流圖從輸出端往輸入端回溯，即可確定每個(gè)數(shù)據(jù)元素的組成和來(lái)源(是從外面輸入到系統(tǒng)中的，還是通過(guò)計(jì)算由系統(tǒng)中產(chǎn)生出的)，與此同時(shí)也就初步定義了有關(guān)的數(shù)據(jù)處理算法。通常把自頂向下逐步求精分析過(guò)程中得到的相關(guān)數(shù)據(jù)元素的信息記錄在數(shù)據(jù)字典中，把對(duì)算法的簡(jiǎn)明描述記錄在IPO(輸入-處理-輸出)圖中。經(jīng)過(guò)分析而補(bǔ)充的數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理，也應(yīng)該添加到數(shù)據(jù)流圖的適當(dāng)位置上。

通過(guò)用戶(hù)對(duì)數(shù)據(jù)流的復(fù)查與驗(yàn)證，可補(bǔ)充未知的數(shù)據(jù)元素，或修正原有的數(shù)據(jù)元素。

通過(guò)自頂向下逐步求精的功能分解，可以完成數(shù)據(jù)流圖的細(xì)化。

反復(fù)進(jìn)行上述分析過(guò)程，分析員將越來(lái)越深入具體地定義目標(biāo)系統(tǒng)，最終得到對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)和功能要求的滿(mǎn)意了解。圖3-3粗略地概括了上述分析過(guò)程。圖3-3自頂向下逐步求精分析過(guò)程

3.快速建立軟件原型

快速原型就是根據(jù)用戶(hù)需求，快速建立起可運(yùn)行的目標(biāo)系統(tǒng)。其要點(diǎn)是：它應(yīng)該實(shí)現(xiàn)用戶(hù)看得見(jiàn)的功能(如：屏幕顯示或打印報(bào)表)，省略“隱含”的功能(如：修改文件)。快速建立軟件原型是最準(zhǔn)確、最有效、最強(qiáng)大的需求分析技術(shù)。

快速原型應(yīng)該具備如下特性：

(1)快速。目的是盡快向用戶(hù)提供一個(gè)可在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的目標(biāo)系統(tǒng)的模型，以便使用戶(hù)和開(kāi)發(fā)者在目標(biāo)系統(tǒng)應(yīng)該“做什么”這個(gè)問(wèn)題上盡可能快地達(dá)成共識(shí)。

(2)容易修改。根據(jù)用戶(hù)的意見(jiàn)迅速地修改，以便滿(mǎn)足用戶(hù)需求。原型的修改，是“修改—試用—反饋”過(guò)程。為了快速地構(gòu)建和修改原型，通常使用下述三種方法和工具：

(1)第四代技術(shù)。第四代技術(shù)包括眾多數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)和報(bào)表語(yǔ)言、程序和應(yīng)用系統(tǒng)生成器以及其他非常高級(jí)的非過(guò)程語(yǔ)言。

(2)可重用的軟件構(gòu)件?？焖贅?gòu)建原型的另一種方法，是使用一組已有的軟件構(gòu)件(也稱(chēng)為組件)來(lái)裝配(而不是從頭構(gòu)造)原型。軟件構(gòu)件可以是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(或數(shù)據(jù)庫(kù))，或軟件體系結(jié)構(gòu)構(gòu)件(即程序)，或過(guò)程構(gòu)件(即模塊)。

(3)形式化規(guī)格說(shuō)明和原型環(huán)境。形式化語(yǔ)言的倡導(dǎo)者正在開(kāi)發(fā)交互式環(huán)境，以便可以調(diào)用自動(dòng)工具把基于形式語(yǔ)言的規(guī)格說(shuō)明翻譯成可執(zhí)行的程序代碼，用戶(hù)能夠使用可執(zhí)行的原型代碼去進(jìn)一步精化形式化的規(guī)格說(shuō)明。

任務(wù)二需求分析圖形工具

操作一數(shù)據(jù)流圖

數(shù)據(jù)流圖是一種圖形化技術(shù)，它對(duì)系統(tǒng)的邏輯功能進(jìn)行描繪，圖中沒(méi)有任何具體的物理元素，只是描繪數(shù)據(jù)在軟件中流動(dòng)和被處理的邏輯過(guò)程。

數(shù)據(jù)流圖是分析員與用戶(hù)之間極好的通信工具。作為交流信息的工具，分析員把系統(tǒng)的邏輯模型用數(shù)據(jù)流圖描繪出來(lái)，供有關(guān)人員審查確認(rèn)。分析員用常用系統(tǒng)流程圖來(lái)表達(dá)對(duì)新系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，這種描繪方法形象具體，比較容易驗(yàn)證其正確性。當(dāng)用數(shù)據(jù)流圖輔助物理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)系統(tǒng)的邏輯模型考慮系統(tǒng)的物理實(shí)現(xiàn)。

1.基本概念和符號(hào)

數(shù)據(jù)流圖有四種基本符號(hào)，如表3-2所示。表3-2數(shù)據(jù)流圖符號(hào)說(shuō)明

2.繪制數(shù)據(jù)流圖的步驟

繪制數(shù)據(jù)流圖有以下兩步：

(1)首先繪制系統(tǒng)的輸入/輸出，即先繪制頂層數(shù)據(jù)流圖。

(2)繪制系統(tǒng)內(nèi)部，即繪制下層數(shù)據(jù)流圖。一般將層號(hào)從0開(kāi)始編號(hào)，采用自頂向下、由外向內(nèi)的原則。

(3)其注意事項(xiàng)有：

①命名；

②編號(hào)；

③每個(gè)處理(加工)至少有一個(gè)輸入和輸出數(shù)據(jù)流；

④繪制數(shù)據(jù)流而不是控制流；

⑤父圖與子圖的平衡；

⑥局部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；

⑦可理解性。示例如圖3-4至圖3-6所示。圖3-5訂貨系統(tǒng)的功能級(jí)數(shù)據(jù)流圖(0層圖)圖3-4訂貨系統(tǒng)的基本模型(頂層圖)(突出表明了數(shù)據(jù)的源點(diǎn)和終點(diǎn))

(4)命名。數(shù)據(jù)流圖中每個(gè)成分的命名是否恰當(dāng)，直接影響數(shù)據(jù)流圖的可理解性。在命名時(shí)應(yīng)注意，為數(shù)據(jù)流(或數(shù)據(jù)存儲(chǔ))命名時(shí)，名字應(yīng)代表整個(gè)數(shù)據(jù)流(或數(shù)據(jù)存儲(chǔ))的內(nèi)容,使人容易理解其含義，如庫(kù)存信息、訂貨報(bào)表等。為處理命名時(shí)，名字應(yīng)該反映整個(gè)處理的功能，如處理訂貨、產(chǎn)生報(bào)表等。圖3-6把處理事務(wù)的功能進(jìn)一步分解后的數(shù)據(jù)流圖(1層圖)

操作二數(shù)據(jù)字典

數(shù)據(jù)字典是關(guān)于數(shù)據(jù)信息的集合，也就是對(duì)數(shù)據(jù)流圖中包含的所有元素定義的集合。繪制數(shù)據(jù)流程圖以后，只是對(duì)數(shù)據(jù)處理和彼此之間的聯(lián)系進(jìn)行了說(shuō)明，為了進(jìn)一步明確數(shù)據(jù)的詳細(xì)內(nèi)容和數(shù)據(jù)加工過(guò)程，引入了數(shù)據(jù)字典。

數(shù)據(jù)字典的作用是給數(shù)據(jù)流程圖上每個(gè)成分加以定義和說(shuō)明。換句話說(shuō)，數(shù)據(jù)流程圖只能給出系統(tǒng)邏輯功能的一個(gè)總框架，而缺乏詳細(xì)、具體的內(nèi)容。數(shù)據(jù)字典對(duì)數(shù)據(jù)流程圖的各種成分起注解、說(shuō)明作用，給這些成分賦予實(shí)際的內(nèi)容。除此以外，數(shù)據(jù)字典還要對(duì)系統(tǒng)分析中其他需要說(shuō)明的問(wèn)題進(jìn)行定義和說(shuō)明。數(shù)據(jù)流圖和數(shù)據(jù)字典共同構(gòu)成系統(tǒng)的邏輯模型，沒(méi)有數(shù)據(jù)字典，數(shù)據(jù)流圖就不嚴(yán)格；沒(méi)有數(shù)據(jù)流圖，數(shù)據(jù)字典也難于發(fā)揮作用。

1.數(shù)據(jù)字典的內(nèi)容

數(shù)據(jù)字典的內(nèi)容包括五個(gè)方面：數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)元素、外部項(xiàng)、加工。其中，數(shù)據(jù)元素是組成數(shù)據(jù)流的基本成分。

數(shù)據(jù)流：由一個(gè)或一組固定的數(shù)據(jù)元素組成。定義數(shù)據(jù)流時(shí)，不僅要說(shuō)明數(shù)據(jù)流的名稱(chēng)、組成等，還應(yīng)指明它的來(lái)源、去向和流通量等。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)停留的場(chǎng)所。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)只是描述數(shù)據(jù)的邏輯存儲(chǔ)的結(jié)構(gòu)，不涉及物理組織，通常包括編號(hào)、名稱(chēng)、簡(jiǎn)述、組成、關(guān)鍵字和相關(guān)聯(lián)的處理等。

數(shù)據(jù)元素：又稱(chēng)為數(shù)據(jù)項(xiàng)，是數(shù)據(jù)的最小單位。對(duì)數(shù)據(jù)應(yīng)從靜態(tài)及動(dòng)態(tài)兩個(gè)方面去分析。在數(shù)據(jù)字典中，主要是對(duì)數(shù)據(jù)的靜態(tài)特性加以定義。

外部項(xiàng)：包括外部項(xiàng)名稱(chēng)、編號(hào)、簡(jiǎn)述及有關(guān)數(shù)據(jù)流的輸入和輸出。

加工：是對(duì)數(shù)據(jù)流程圖中最底層的處理邏輯加以說(shuō)明，內(nèi)容包括加工名稱(chēng)、簡(jiǎn)述、輸入、處理過(guò)程、輸出和處理頻率。

2.定義數(shù)據(jù)的方法

數(shù)據(jù)字典中的定義就是對(duì)數(shù)據(jù)自頂向下的分解，應(yīng)把數(shù)據(jù)分解到什么程度，一般以其含義清楚作為標(biāo)準(zhǔn)。

由數(shù)據(jù)項(xiàng)(數(shù)據(jù)元素)組成數(shù)據(jù)的方式有四種類(lèi)型：

(1)順序：以確定次序連接兩個(gè)或多個(gè)分量；

(2)選擇：從兩個(gè)或多個(gè)可能的元素中選擇一個(gè)；

(3)重復(fù)：指定的分量重復(fù)零次或多次；

(4)可選：一個(gè)分量是可有可無(wú)的。

數(shù)據(jù)字典中常用的一些符號(hào)如下所示：

“＝”：等價(jià)于(定義為)；

“＋”：和(連接兩個(gè)分量)；

“[]”：或(選其中之一)；

“{}”：重復(fù)；

“()”：可選(可有可無(wú))。

3.實(shí)例

以下列出希望中學(xué)教務(wù)管理信息系統(tǒng)部分主要數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)元素、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)外部項(xiàng)及加工的數(shù)據(jù)字典。

(1)數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)字典(如表3-3所示)。表3-3數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)字典

(2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)字典(如表3-4所示)。表3-4數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)字典

(3)數(shù)據(jù)元素的數(shù)據(jù)字典(如表3-5所示)。表3-5數(shù)據(jù)元素的數(shù)據(jù)字典

(4)外部項(xiàng)的數(shù)據(jù)字典(如表3-6所示)。表3-6外部項(xiàng)的數(shù)據(jù)字典

(5)加工的數(shù)據(jù)字典(如表3-7所示)。表3-7加工的數(shù)據(jù)字典

操作三實(shí)體聯(lián)系圖

1.基本概念和符號(hào)

數(shù)據(jù)模型包含3種信息：數(shù)據(jù)對(duì)象、數(shù)據(jù)對(duì)象的屬性及數(shù)據(jù)對(duì)象彼此間相互連接的關(guān)系。

1)數(shù)據(jù)對(duì)象(實(shí)體)

數(shù)據(jù)對(duì)象是對(duì)軟件的復(fù)合信息的抽象，它是指具有一系列不同性質(zhì)或?qū)傩缘氖挛铮瑑H有單個(gè)值的事物(如：寬度)不是數(shù)據(jù)對(duì)象。

數(shù)據(jù)對(duì)象可以是外部實(shí)體(產(chǎn)生或使用信息的任何事物)、事物(如報(bào)表)、行為(如打電話)、事件(如響警報(bào))、角色(如教師、學(xué)生)、單位(如會(huì)計(jì)科)、地點(diǎn)(如倉(cāng)庫(kù))或結(jié)構(gòu)(如文件)等。數(shù)據(jù)對(duì)象彼此間是有關(guān)聯(lián)的，如：教師與學(xué)生之間有教或?qū)W的關(guān)系。

數(shù)據(jù)對(duì)象只封裝了數(shù)據(jù)而沒(méi)有對(duì)施加于數(shù)據(jù)上的操作進(jìn)行引用。

2)屬性

屬性是數(shù)據(jù)對(duì)象或聯(lián)系所具有的性質(zhì)。一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象通常由若干個(gè)屬性來(lái)刻畫(huà)，如：學(xué)生有學(xué)號(hào)、姓名、性別、系、年級(jí)等。聯(lián)系也可能有屬性，如：學(xué)生“學(xué)”某門(mén)課程。

3)聯(lián)系

聯(lián)系是數(shù)據(jù)對(duì)象彼此之間相互連接的方式，也稱(chēng)為關(guān)系。聯(lián)系分為3種類(lèi)型：

(1)一對(duì)一聯(lián)系(1∶1)，如：一個(gè)部門(mén)有一個(gè)經(jīng)理。

(2)一對(duì)多聯(lián)系(1∶N)，如：教師與課程。

(3)多對(duì)多聯(lián)系(M∶N)，如：學(xué)生與課程。

4)實(shí)體—聯(lián)系圖(Entity-RelationshipDiagram，E-R圖)的符號(hào)

通常用矩形框代表實(shí)體，菱形框表示聯(lián)系，用橢圓形或圓角矩形表示實(shí)體(或關(guān)系)的屬性，如圖3-7所示。圖3-7實(shí)體聯(lián)系圖的符號(hào)

2．E-R圖實(shí)例

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)中十分重視數(shù)據(jù)分析、抽象與概念結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，概念結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。用于描述概念結(jié)構(gòu)模型的工具是E-R模型。需求分析采用自頂向下的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，而概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通常采用自底向上的設(shè)計(jì)方法，這種方法是首先定義各局部應(yīng)用的概念結(jié)構(gòu)，然后將它們集成，得到全局的概念結(jié)構(gòu)，即：需求分析的數(shù)據(jù)流圖(DFD)、數(shù)據(jù)字典(DD)→概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的分E-R圖→總E-R圖。數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的核心和基礎(chǔ)，概念結(jié)構(gòu)模型是將現(xiàn)實(shí)世界中的客觀對(duì)象首先抽象成為不依賴(lài)任何具體機(jī)器的信息結(jié)構(gòu)。概念結(jié)構(gòu)不是數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)CDBMS支持的數(shù)據(jù)模型，而是概念級(jí)模型。然后再把概念模型轉(zhuǎn)換為具體機(jī)器DBMS支持的數(shù)據(jù)模型。因此，概念模型可以看成是顯示世界到機(jī)器世界的一個(gè)過(guò)渡的中間層次。

概念結(jié)構(gòu)模型的特點(diǎn)：是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的抽象和概括；簡(jiǎn)潔、明晰、獨(dú)立于機(jī)器，很容易理解；易于更動(dòng)；容易向關(guān)系、網(wǎng)狀、層次等各種數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換。

概念結(jié)構(gòu)模型最常用的表示方法是實(shí)體-聯(lián)系方法。以希望中學(xué)的教務(wù)管理信息系統(tǒng)為例，按照數(shù)據(jù)庫(kù)的概念設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的E-R圖(見(jiàn)圖3-8)。圖3-8教務(wù)管理信息系統(tǒng)的實(shí)體—聯(lián)系圖

操作四狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖簡(jiǎn)稱(chēng)狀態(tài)圖，是描述行為模型的常用工具。它通過(guò)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(lái)表示系統(tǒng)的行為。此外，狀態(tài)圖還指明了事件將做的動(dòng)作(如：處理數(shù)據(jù))。因此，狀態(tài)圖提供了在需求分析過(guò)程中建立軟件系統(tǒng)的行為模型的機(jī)制。狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖的基本概念和符號(hào)如下所示：

1.狀態(tài)

狀態(tài)是系統(tǒng)行為模式，一個(gè)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(duì)事件的響應(yīng)方式。系統(tǒng)對(duì)事件的響應(yīng)，既可以是做一個(gè)(或一系列)動(dòng)作，也可以是僅僅改變系統(tǒng)本身的狀態(tài)，還可以是既改變狀態(tài)又做動(dòng)作。

在狀態(tài)圖中定義的狀態(tài)主要有：初態(tài)(即初始狀態(tài))、終態(tài)(即最終狀態(tài))和中間狀態(tài)。在一張狀態(tài)圖中只能有一個(gè)初態(tài)，而終態(tài)則可以有0至多個(gè)。

2.事件

事件是在某個(gè)特定時(shí)刻發(fā)生的事情，它是對(duì)引起系統(tǒng)做動(dòng)作或(和)從一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)狀態(tài)的外界事件的抽象，是一種控制信息，沒(méi)有持續(xù)時(shí)間，是瞬間完成的。

例如，敲擊鍵盤(pán)或點(diǎn)擊鼠標(biāo)等都是事件。

3.符號(hào)

初態(tài)用實(shí)心圓表示：·?。

終態(tài)用一對(duì)同心圓(內(nèi)圓為實(shí)心圓)表示：⊙。

中間狀態(tài)用圓角矩形表示，可以用兩條水平橫線把它分成上、中、下3個(gè)部分。上面部分為狀態(tài)的名稱(chēng)，是必須有的；中間部分為狀態(tài)變量的名字和值，是可選的；下面部分是活動(dòng)表，是可選的。

狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖3-9所示。圖3-9狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖活動(dòng)表的語(yǔ)法格式為：事件名(參數(shù)表)/動(dòng)作表達(dá)式。

在活動(dòng)表中經(jīng)常使用3種標(biāo)準(zhǔn)事件：entry、exit和do。entry事件指定進(jìn)入該狀態(tài)的動(dòng)作，exit事件指定退出該狀態(tài)的動(dòng)作，而do事件則指定在該狀態(tài)下的動(dòng)作。

狀態(tài)圖中兩個(gè)狀態(tài)之間帶箭頭的連線稱(chēng)為狀態(tài)轉(zhuǎn)換，箭頭指明了轉(zhuǎn)換方向。狀態(tài)轉(zhuǎn)換通常是由事件觸發(fā)的，因此，在箭頭線上要標(biāo)出觸發(fā)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的事件表達(dá)式。如果在箭頭線上未標(biāo)明事件，則表示在源狀態(tài)的內(nèi)部活動(dòng)執(zhí)行完之后自動(dòng)觸發(fā)轉(zhuǎn)換。事件表達(dá)式的語(yǔ)法為：事件說(shuō)明[守衛(wèi)條件]/動(dòng)作表達(dá)式。其中：

事件說(shuō)明的語(yǔ)法為：事件名(參數(shù)表)；守衛(wèi)條件是一個(gè)布爾表達(dá)式。如果同時(shí)使用事件說(shuō)明和守衛(wèi)條件，則當(dāng)且僅當(dāng)事件發(fā)生且布爾表達(dá)式為真時(shí)，狀態(tài)轉(zhuǎn)換才發(fā)生，如果只有守衛(wèi)條件沒(méi)有事件說(shuō)明，則只要守衛(wèi)條件為真狀態(tài)轉(zhuǎn)換就發(fā)生。

動(dòng)作表達(dá)式是一個(gè)過(guò)程表達(dá)式，當(dāng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換開(kāi)始時(shí)執(zhí)行該表達(dá)式。

圖3-10所示是電話系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。圖3-10電話系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖圖3-10表明，沒(méi)有人打電話時(shí)電話處于閑置狀態(tài)；有人拿起聽(tīng)筒則進(jìn)入撥號(hào)音狀態(tài)，到達(dá)這個(gè)狀態(tài)后，電話的行為是響起撥號(hào)音并計(jì)時(shí)；這時(shí)如果拿起聽(tīng)筒的人改變主意不想打了，他把聽(tīng)筒放下(掛斷)，電話重又回到閑置狀態(tài)；如果拿起聽(tīng)筒很長(zhǎng)時(shí)間不撥號(hào)(超時(shí))，則進(jìn)入超時(shí)狀態(tài)；……。

任務(wù)三結(jié)構(gòu)化分析技術(shù)

操作一結(jié)構(gòu)化分析技術(shù)

人在求解問(wèn)題時(shí)，首要需要做的是理解問(wèn)題，并且對(duì)問(wèn)題理解得越透徹，這個(gè)問(wèn)題就越容易解決。所謂模型，就是為了理解問(wèn)題而對(duì)問(wèn)題做的一種符號(hào)抽象。可以把模型看做一種思維工具，利用這種工具可以把問(wèn)題規(guī)范地表示出來(lái)。

模型一般由一組圖示符號(hào)和組織這些符號(hào)的規(guī)則組成。因此，分析時(shí)期的建模，就是針對(duì)用戶(hù)需求、系統(tǒng)需求等，采用圖示方式進(jìn)行直觀描述。軟件問(wèn)題往往是復(fù)雜的，而建?？梢允箚?wèn)題簡(jiǎn)化。人的頭腦每次只能處理一定數(shù)量的信息，模型通過(guò)把系統(tǒng)分解成人的頭腦一次能處理的若干個(gè)子部分，從而減少系統(tǒng)的復(fù)雜程度。分析時(shí)期建立軟件模型的作用是多方面的，可以通過(guò)模型實(shí)現(xiàn)由用戶(hù)需求向系統(tǒng)需求的過(guò)渡，并可通過(guò)模型獲得對(duì)系統(tǒng)需求的更具細(xì)節(jié)性的推論。實(shí)際上，分析時(shí)期產(chǎn)生的模型還可以被引用到系統(tǒng)設(shè)計(jì)中去，作為設(shè)計(jì)前導(dǎo)。

為了開(kāi)發(fā)復(fù)雜的軟件系統(tǒng)，往往需要從不同角度去構(gòu)造系統(tǒng)模型，例如：用于描述系統(tǒng)功能組織結(jié)構(gòu)的層次模型，用于描述系統(tǒng)中數(shù)據(jù)加工流程的數(shù)據(jù)流模型，用于描述數(shù)據(jù)實(shí)體及其關(guān)系的數(shù)據(jù)關(guān)系模型，用于描述系統(tǒng)行為過(guò)程的系統(tǒng)狀態(tài)模型等。

結(jié)構(gòu)化分析方法適用于數(shù)據(jù)處理類(lèi)型軟件的需求分析。具體來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)化分析方法就是用抽象模型的概念，按照軟件內(nèi)部數(shù)據(jù)傳遞、變換