信息系統(tǒng)建模方法

1、信息系統(tǒng)建模方法大型信息系統(tǒng)通常十分復(fù)雜，很難直接對它進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，人們經(jīng)常借助模型來設(shè)計(jì)分析系統(tǒng)。模型 是現(xiàn)實(shí)世界中的某些事物的一種抽象表示。抽象的含義是抽取事物的本質(zhì)特性，忽略事物的其他次要因素。 因此，模型既反映事物的原型，又不等于該原型。模型是理解、分析、開發(fā)或改造事物原型的一種常用手 段。例如，建造大樓前常先做大樓的模型，以便在大樓動工前就能使人們對未來的大樓有一個十分清晰的 感性認(rèn)識，顯然，大樓模型還可以用來改進(jìn)大樓的設(shè)計(jì)方案。在信息系統(tǒng)中，模型是開發(fā)過程中的一個不可缺少的工具。信息系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)處理、事務(wù)管理和決策 支持。實(shí)質(zhì)上，信息系統(tǒng)可以看成是由一系列有序的模型構(gòu)成的，這些有序

2、模型通常為：功能模型、信息 模型、數(shù)據(jù)模型、控制模型和決策模型，所謂有序是指這些模型上分別在系統(tǒng)的不同開發(fā)階段、不同開發(fā) 層次上建立的。一、信息建模方法介紹模型的表示形式可以是數(shù)學(xué)公式、縮小的物理裝置、圖表文字說明，也可以是專用的形式化語言。模 型建立的思路有兩種：自頂向下、逐步求精和自底向上、綜合集成。模型的目標(biāo)即模型研究的目的，知識是指現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的知識和模型構(gòu)造知識，數(shù)據(jù)是指系統(tǒng)的原始信息， 這三方面構(gòu)成了建模過程的輸入。模型構(gòu)造是具體的建模技術(shù)的運(yùn)用過程?？尚判苑治鍪侵阜治鏊Ｐ?能否滿足系統(tǒng)目標(biāo)。信息系統(tǒng)模型的表現(xiàn)形式與普通系統(tǒng)模型是有區(qū)別的。描述信息系統(tǒng)模型最常見的方法是形式化描述

3、和圖示化描述。形式化描述方法非常精確、嚴(yán)謹(jǐn)，易于系統(tǒng)以后的實(shí)現(xiàn)，但難以掌握和理解，模型可讀性 差，往往只有專業(yè)人員才會使用，因而難于推廣。圖示化方法直觀、自然，易于描述系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)、功 能組成，且簡單易學(xué)，通常還有工具軟件支持，因而成為信息系統(tǒng)的主要描述工具，但這種方法的精確性 和嚴(yán)謹(jǐn)性不夠。信息系統(tǒng)的建模方法可以分為：面向過程的建模、面向數(shù)據(jù)的建模、面向信息的建模、面向決策的建 模和面向?qū)ο蟮慕Ｎ宸N。面向過程的建模方法是把過程看作系統(tǒng)模型的基本部分，數(shù)據(jù)是隨著過程而產(chǎn)生的。最有影響的面向 過程的設(shè)計(jì)方法是Yourdon設(shè)計(jì)法。面向數(shù)據(jù)的建模方法把模型的輸入輸出看成是最為重要的，因此，首先

4、定義的是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而過程模 塊是從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中導(dǎo)出的，即功能跟隨數(shù)據(jù)。最有影響的面向數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)方法是Jackson設(shè)計(jì)法。面向信息的建模方法與面向數(shù)據(jù)建模方法的區(qū)別就是信息和數(shù)據(jù)的區(qū)別。信息和數(shù)據(jù)都是信息系統(tǒng)中 最基本的術(shù)語，數(shù)據(jù)是指記載下來的事實(shí)，是客觀實(shí)體屬性的值，而信息是構(gòu)成一定含義的一組數(shù)據(jù)。面 向信息建模方法是從整個系統(tǒng)的邏輯數(shù)據(jù)模型開始的，通過一個全局信息需求視圖來說明系統(tǒng)中所有基本 數(shù)據(jù)實(shí)體及其相互關(guān)系，然后，在此基礎(chǔ)上逐步構(gòu)造整個模型，信息模型記錄系統(tǒng)運(yùn)作所需的信息實(shí)體， 如：人員，地點(diǎn)，事物，觀念等，為分析現(xiàn)行系統(tǒng)提供信息的圖形化表示。數(shù)據(jù)建模的目的是設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) 滿足系統(tǒng)信息需

5、求的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，即數(shù)據(jù)建模支持系統(tǒng)設(shè)計(jì)。決策支持系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫、模型庫和各自的管理系統(tǒng)組成。決策支持系統(tǒng)模型需要反映的問題是系統(tǒng)的 決策制訂原則和機(jī)理、系統(tǒng)的組織機(jī)構(gòu)和人員配置。通過對決策系統(tǒng)的建模，企業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)可以對企業(yè)有一 個細(xì)致的了解，從而發(fā)現(xiàn)其中問題。如組織結(jié)構(gòu)臃腫，職權(quán)劃分不清，權(quán)力范圍不合理等，據(jù)此進(jìn)行相應(yīng) 的改革。比較成熟的決策支持系統(tǒng)建模方法有Petri網(wǎng)和GRAI法。面向?qū)ο蟮姆治龇椒ㄊ抢妹嫦驅(qū)ο蟮男畔⒔８拍?，如?shí)體、關(guān)系、屬性等，同時運(yùn)用封裝、繼承、 多態(tài)等機(jī)制來構(gòu)造模擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的方法。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法的基本點(diǎn)是面向過程，系統(tǒng)被分解成若干 個過程。而面向?qū)ο蟮姆椒ㄊ遣捎?/p>

6、構(gòu)造模型的觀點(diǎn)，在系統(tǒng)的開發(fā)過程中，各個步驟的共同的目標(biāo)是建造 一個問題域的模型。在面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)中，初始元素是對象，然后將具有共同特征的對象歸納成類，組織 類之間的等級關(guān)系，構(gòu)造類庫。在應(yīng)用時，在類庫中選擇相應(yīng)的類。二、IDEF方法族介紹IDEF 的含義是集成計(jì)算機(jī)輔助制造（Integrated ComputerAidedManufacturing, ICAM）DEFinition。 最初的IDEF方法是在美國空軍ICAM項(xiàng)目建立的，最初開發(fā)3種方法:功能建模（IDEF0）、信息建模（IDEF1）、 動態(tài)建模（IDEF2），后來，隨著信息系統(tǒng)的相繼開發(fā)，又開發(fā)出了下列IDEF族方法：數(shù)據(jù)建模

7、（IDEF1X）、 過程描述獲取方法（IDEF3）、面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)（OO設(shè)計(jì)）方法（IDEF4）、使用C+語言的OO設(shè)計(jì)方 法（IDEF4C+ + ）、實(shí)體描述獲取方法（IDEF5）、設(shè)計(jì)理論（rationale）獲取方法（IDEF6）、人一系統(tǒng)交 互設(shè)計(jì)方法（IDEF8）、業(yè)務(wù)約束發(fā)現(xiàn)方法（IDEF9）、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方法（IDEF14）等。根據(jù)用途，可以把IDEF 族方法分成兩類：第一類IDEF方法的作用是溝通系統(tǒng)集成人員之間的信息交流。主要有：IDEF0、IDEF1、IDEF3、IDEF5。 IDEF0通過對功能的分解、功能之間關(guān)系的分類（如按照輸入、輸出、控制和機(jī)制分類）來描述系統(tǒng)功能。 I

8、DEF1用來描述企業(yè)運(yùn)作過程中的重要信息。IDEF3支持系統(tǒng)用戶視圖的結(jié)構(gòu)化描述。IDEF5用來采集事 實(shí)和獲取知識。第二類IDEF方法的重點(diǎn)是系統(tǒng)開發(fā)過程中的設(shè)計(jì)部分。目前有兩種IDEF設(shè)計(jì)方法：IDEF1X和IDEF4。 IDEF1X可以輔助語義數(shù)據(jù)模型的設(shè)計(jì)。IDEF4可以產(chǎn)生面向?qū)ο髮?shí)現(xiàn)方法所需的高質(zhì)量的設(shè)計(jì)產(chǎn)品。下面簡單介紹幾種主要IDEF族方法。三、IDEF1信息建模方法IDEF1方法的作用是在需求分析時對所建系統(tǒng)的信息資源進(jìn)行分析和交流o IDEF1通常用來：（1）確 定組織中當(dāng)前管理的是什么信息，（2）對需求分析過程中發(fā)現(xiàn)的問題確定哪些是由于缺乏合適的信息引起 的，（3）指定在

9、TOBE實(shí)施中，哪些信息需要管理。從IDEF1的角度看信息系統(tǒng)，它不但包括自動化系統(tǒng)的成分，也包括非自動化的成分，如人員，文件 柜，電話等等。與數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法不同，IDEF1是分析以下問題的一種方法：企業(yè)信息的采集、存儲和管理；信息的管理規(guī)則；企業(yè)內(nèi)信息之間的邏輯關(guān)系；缺乏良好的信息管理導(dǎo)致的問題。IDEF1使用簡單的圖形約定來表達(dá)復(fù)雜的規(guī)則集合。這些規(guī)則有助于建模者區(qū)分（1）現(xiàn)實(shí)世界的對象， （2）現(xiàn)實(shí)世界對象之間的物理或抽象的聯(lián)系，（3）現(xiàn)實(shí)世界對象的信息管理，（4）用來表示信息的需求、 應(yīng)用和管理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。IDEF1的目標(biāo)之一就是為信息分析提供一個結(jié)構(gòu)化的、規(guī)程化的方法。IDEF1可

10、以減少建模過程中的不完整性、不精確性、不一致性和不準(zhǔn)確性。IDEF1是描述企業(yè)信息需求的一個有效方法。IDEF1建模奠定了數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，給出了信息結(jié)構(gòu)定 義，提供了反映基本信息需求的需求說明。IDEF1使用規(guī)程化的、結(jié)構(gòu)化的技術(shù)以找出一個組織所使用的 信息和業(yè)務(wù)規(guī)則。IDEF1要求信息用戶積極參與，使用戶認(rèn)真思考信息如何使用和管理。最后，信息模型 在企業(yè)的整個生命周期均有用的。四、IDEF3過程描述獲取方法IDEF3為收集和記錄過程提供了一種機(jī)制。IDEF3以自然的方式記錄狀態(tài)和事件之間的優(yōu)先和因果關(guān) 系，辦法是為表達(dá)一個系統(tǒng)、過程或組織如何工作的知識提供一種結(jié)構(gòu)化的方法IDEF3可以：記錄

11、在調(diào)研過程中產(chǎn)生的原始數(shù)據(jù)；確定信息資源在企業(yè)的主要業(yè)務(wù)流程中的作用；記錄決策過程，特別是關(guān)于制造、工程和維修的產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)的決策過程；管理數(shù)據(jù)配置和更改控制策略定義；進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析;提供模擬模型。IDEF3描述現(xiàn)有系統(tǒng)或建議系統(tǒng)的行為方面內(nèi)容。IDEF3作為描述系統(tǒng)直覺知識的工具，獲取的過程 知識是結(jié)構(gòu)化的。IDEF3還記錄了所有時間性的信息，包括與企業(yè)處理過程相關(guān)的優(yōu)先和因果關(guān)系oIDEF3 描述的結(jié)果是為分析和設(shè)計(jì)模型提供一個結(jié)構(gòu)化的知識庫。與構(gòu)造預(yù)測性的數(shù)據(jù)模型的模擬語言（如 SIMAN, SLAM, GPSS, WITNESS）不同，IDEF3構(gòu)造一個結(jié)構(gòu)化的描述。這些描述獲取關(guān)

12、于系統(tǒng)實(shí)際 運(yùn)作什么或?qū)⒁鍪裁?，同時提供該系統(tǒng)的不同用戶的視圖表示。IDEF3有兩種描述方式：過程流和對象狀態(tài)轉(zhuǎn)變網(wǎng)絡(luò)。IDEF3過程流描述過程以及過程之間的關(guān)系網(wǎng) 絡(luò)，描述”如何做”的知識，如描述一個部位在制造過程中發(fā)生的情況。這些過程間的關(guān)系是在整個業(yè)務(wù)流 程中產(chǎn)生的，描述的目的是說明事物是如何運(yùn)作的。五、IDEF4面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)方法在美國空軍Armstrong實(shí)驗(yàn)室倡導(dǎo)下開發(fā)的IDEF4方法可以應(yīng)用于使用面向?qū)ο蠹夹g(shù)的應(yīng)用中。IDEF4 是由專業(yè)的面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)人員和編程人員開發(fā)的，選擇IDEF4方法的最重要的原因是它把面向?qū)ο蟮脑O(shè) 計(jì)看作是大系統(tǒng)開發(fā)框架的一部分，而不是把面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)

13、和分析相隔離。IDEF4強(qiáng)調(diào)在面向?qū)ο蟮脑O(shè) 計(jì)過程中的圖形化語法，使用圖形化語法和圖示有助于對重要的設(shè)計(jì)事件進(jìn)行集中和交流。IDEF4與其他對象設(shè)計(jì)方法有明顯的區(qū)別，最主要的是它支持，最小委托（leastcommitment）”策略， 支持在類繼承、對象組成、功能分解和多態(tài)方面的設(shè)計(jì)評估。IDEF4把面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)活動劃分成離散的、可管理的大塊。每個子活動由一個強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)決策的圖形 化語法支持。IDEF4方法很容易讓設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)類繼承、類組成、功能分解和多態(tài)之間作平衡。IDEF4更 是一個圖形化的語法，它為運(yùn)用和發(fā)展面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)提供了一個一致的框架，而這一設(shè)計(jì)最終是由類不 變數(shù)據(jù)清單和方法集約

14、定描述的。一個IDEF4模型由兩個子模型組成：類子模型和方法子模型。兩個子模型通過一個調(diào)度映射連接。這 兩個結(jié)構(gòu)描述設(shè)計(jì)模型中的所有信息。類子模型由下列類型的圖示組成：（1）定義類繼承關(guān)系的繼承圖示；（2）定義類組合的類型圖示；（3） 定義方法調(diào)用規(guī)約的規(guī)約圖示；（4）描述對象例示流程的例示圖示，這些例示流程有助于設(shè)計(jì)者對設(shè)計(jì)進(jìn) 行核查。方法子模型由下列兩個圖示類組成：（1）按照行為相似性區(qū)分方法類型的方法分類學(xué)圖示和（2）為功 能分解，說明方法的客戶和提供者的客戶圖示。六、IDEF5實(shí)體論（Ontology）描述獲取方法實(shí)體論歷史上起源于形而上學(xué)這一哲學(xué)分支，主要研究客觀世界的本質(zhì)。傳統(tǒng)的實(shí)

15、體論研究目的是將 客觀世界進(jìn)行分割以發(fā)現(xiàn)其基本組成成分。自然科學(xué)提供了關(guān)于實(shí)體論研究的一個極好范例。例如，原子 物理學(xué)將現(xiàn)實(shí)世界的物質(zhì)作了最基本的分類（如質(zhì)子、電子、中子），生物科學(xué)將地球上各種生物進(jìn)行分類 描述。IDEF5方法是一種具有扎實(shí)的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)的方法，用于實(shí)現(xiàn)實(shí)體的建立、修改和維護(hù)。該方法所 提供的標(biāo)準(zhǔn)化的過程，直觀自然的表現(xiàn)能力，高質(zhì)量的結(jié)果，有助于降低開發(fā)的成本。實(shí)體分析由三個過程來實(shí)現(xiàn)，即用于描述某領(lǐng)域特定對象和過程的詞匯集，開發(fā)該詞匯集中基本術(shù)語 的定義，刻畫術(shù)語間的邏輯聯(lián)系。實(shí)體由三部分組成，它們是某一領(lǐng)域使用的術(shù)語集、術(shù)語使用規(guī)則、推論。在每個領(lǐng)域有很多自然現(xiàn) 象，人們用對象（概念的或物理的、狀態(tài)和聯(lián)系加以區(qū)別，不同的語言對這些現(xiàn)象有不同的表達(dá)方式。在 實(shí)體論中，”關(guān)系”是對客觀世界中的聯(lián)系進(jìn)行確定的描述，”術(shù)語”是對客觀世界對象或狀態(tài)進(jìn)行確定的描 述。在構(gòu)造實(shí)體時，試圖將這些描述進(jìn)行歸類，建立某特定領(lǐng)域的表