軟件工程方法與實踐3-分析

軟件工程方法與實踐第3章軟件需求分析電子教案第3章

軟件需求分析3.1需求分析概述3.2非形式化需求分析

3.3結(jié)構(gòu)化需求分析3.4需求分析的描述3.5小結(jié)3.1需求分析概述

軟件需求分析是在計算機系統(tǒng)的軟件功能分配和軟件設計之間起著重要橋梁作用的一項軟件工程活動。 需求分析（工程）是發(fā)現(xiàn)、求精、建模和規(guī)約目標系統(tǒng)的過程，即指出軟件目標產(chǎn)品必須“做什么”，描述軟件系統(tǒng)提供的服務和所受到的約束，是一個對服務和約束的發(fā)現(xiàn)、分析、建立文檔和檢驗的過程。 3.1.1需求分析的任務

需求分析的任務是包括建立并在軟件項目計劃中細化的軟件范圍、創(chuàng)建所需數(shù)據(jù)信息和控制流、操作行為的模型，以及分析可選擇的解決方案，并將它們分配到各軟件元素中去。 軟件系統(tǒng)的需求分析可分為功能需求、非功能需求、領域需求和系統(tǒng)數(shù)據(jù)要求四個方面進行。3.1.2需求分析過程

需求分析過程是一個包括創(chuàng)建和維持系統(tǒng)需求文檔所必需的一切活動的過程。

系統(tǒng)模型可行性報告圖3.1需求分析過程及相應文檔可行性研究需求導出和分析需求描述文檔編寫需求有效性驗證需求規(guī)格說明文檔軟件原型可行性研究

①研究系統(tǒng)是否符合機構(gòu)的總體目標； ②研究系統(tǒng)能否在現(xiàn)有技術(shù)條件、預算和時間限制內(nèi)完成； ③研究系統(tǒng)能否把已存在的其他系統(tǒng)集成。 可行性研究任務是信息評估、信息匯總和可行性報告。信息評估是找出和分析相關(guān)的信息；信息匯總是建立系統(tǒng)的邏輯模型，并從技術(shù)可行性、經(jīng)濟可行性、操作可行性和時間可行性等方面探索解決方案；可行性研究報告給出是否要開發(fā)系統(tǒng)的意見和建議。需求導出和分析

需求導出和分析是軟件開發(fā)人員和客戶/用戶一起調(diào)查系統(tǒng)應用領域的活動，以加深對需求的理解。從一個活動到另一個活動會有持續(xù)的反饋，是一個重復的過程。圖3.2需求導出和分析過程模型需求描述需求文檔領域了解需求檢查需求收集需求分類優(yōu)先排序沖突解決過程入口需求描述和驗證

需求描述是對系統(tǒng)開發(fā)需求的正式表述，以需求規(guī)格說明文檔（或稱為軟件需求說明書）的形式給出。

需求有效性驗證是對需求規(guī)格說明文檔執(zhí)行有效性、一致性、完備性、現(xiàn)實性和可檢驗性等類型的檢查。 需求有效性驗證主要采用需求評審、原型建立、測試用例等技術(shù)。3.1.3需求分析的原型技術(shù) 采用原型法快速建立原型系統(tǒng)是需求分析工程行之有效的一種需求分析策略。 采用快速原型法的需求分析增加了客戶和開發(fā)者之間的相互交流，尤其是客戶和快速原型開發(fā)組之間的交流，并幾乎一直保持這種交流，直到原型系統(tǒng)得到客戶的許可。3.2.1會談

會談有正式會談和非正式會談兩種形式。

非正式會談以一種較自由的形式，交換對問題的看法，主要是了解問題的性質(zhì)、需要解決的方案、所需的人數(shù)和能力，關(guān)注客戶的目標和收益。

正式會談將根據(jù)一些事先準備好的議題全面展開討論，得出結(jié)論性的意見。多視點的需求分析

對于任何中、大型系統(tǒng)，通常有多個不同類型的用（客）戶，必然會有不同的視點考慮。從不同視點觀察一個問題，可以得到不同的解決方法。 對于有多視點（客戶）的需求分析過程，關(guān)鍵是發(fā)現(xiàn)眾多視點的存在，考察不同視點接收的服務，收集這些信息并提供一個框架以解決不同視點提出的需求沖突。具體分為視點識別、視點組織、視點文檔編寫和視點系統(tǒng)映射四部分內(nèi)容。多視點的服務層次示例所有視點客戶銀行職員服務運行診斷添加紙發(fā)送消息服務查詢余額提取現(xiàn)金賬戶持有者外部客戶出納員管理者工程師服務添加現(xiàn)金服務記名支票發(fā)送消息交易列表匯票清單劃轉(zhuǎn)資金圖3.4自動柜員機（ATM）系統(tǒng)部分視點的服務層次示例圖3.2.2調(diào)查表 在事務環(huán)境中，獲得事務處理需求信息常用調(diào)查表、分析報表、攝像等方法。 ◆向客戶組織相關(guān)人員提出（書面的）調(diào)查表問答，并對其進行匯總分析。 ◆分析客戶事務信息的各種報表（報表的字段能說明工作流程和各個環(huán)節(jié)的相關(guān)重點）。 ◆在工作現(xiàn)場安裝攝像機，準確記錄工作流程。3.2.3場景分析

場景（情景）分析是從軟件系統(tǒng)的一個交互場景示例中得到需求分析信息，然后將其以形式化方式表示出來。 場景分析是用戶在某種程度上演示產(chǎn)品的應用“樣本”，通過交互實例片斷細節(jié)（情景）的描述，實現(xiàn)對某個目標產(chǎn)品的表述。每個情景可能包含一個或多個交互，它們能在不同的細節(jié)層次上提供不同類型的情景信息。 情景開始于一個框架，在導出過程中，細節(jié)被逐漸增加，直到產(chǎn)生交互的一個完整的描述。場景（情景）內(nèi)容 通常，一個場景（情景）可能包括： ①在場/情景開始部分有一個系統(tǒng)狀態(tài)描述； ②一個關(guān)于標準事件流的描述； ③一個關(guān)于哪兒會出錯，以及如何處理錯誤的描述； ④有關(guān)其他可能在同一時間進行的活動的信息； ⑤在場/情景完成后系統(tǒng)狀態(tài)的描述。3.3結(jié)構(gòu)化需求分析

需求分析方法很多，每種分析方法都有其獨特之處。所有分析方法均與如下一些操作原則相關(guān)聯(lián)。 ①必須表示和理解問題的信息域； ②必須定義軟件將完成的功能； ③必須表示軟件的行為（作為外部事件的結(jié)果）； ④必須劃分描述信息、功能和行為的模型，從而使得可以以層次的方式揭示細節(jié)； ⑤分析過程應該從要素信息移向細節(jié)實現(xiàn)。3.3.1結(jié)構(gòu)化分析方法

◆在需求工程中，分析員創(chuàng)建系統(tǒng)模型，以便可以更好地理解數(shù)據(jù)和控制流、處理功能和操作行為，以及信息內(nèi)容，并綜合系統(tǒng)的功能、非功能要求和數(shù)據(jù)要求的分析結(jié)果導出系統(tǒng)詳細的邏輯模型。這種用一系列結(jié)構(gòu)化的系統(tǒng)模型來描述系統(tǒng)需求的方法稱為結(jié)構(gòu)化分析方法（SA，StructuredAnalysis）

。 ◆結(jié)構(gòu)化分析方法是一種系統(tǒng)建模技術(shù)，是適用于大型數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的、面向數(shù)據(jù)流的需求分析方法。3.3.1結(jié)構(gòu)化分析方法

◆結(jié)構(gòu)化需求分析方法一般采用一些指導性原則： ①在開始建立分析模型之前先理解問題。 ②開發(fā)原型模型，使用戶了解將如何進行人機交互。 ③記錄每個需求的起源和原因，有效地保證需求的可追蹤性和可回溯性。 ④使用多個需求分析視圖，建立數(shù)據(jù)模型、功能模型和行為模型。 ⑤給需求賦予優(yōu)先級，優(yōu)先開發(fā)重要的功能，提高開發(fā)生產(chǎn)效率。 ⑥努力刪除含糊性。3.3.2結(jié)構(gòu)化分析模型 ◆系統(tǒng)模型不是系統(tǒng)的“替代”，而是拋棄了具體細節(jié)的系統(tǒng)的一個抽象。 ◆系統(tǒng)模型可以從以下不同的角度表述系統(tǒng)： ①從外部看，它是對系統(tǒng)分析上下文或系統(tǒng)環(huán)境建模； ②從行為上看，它是對系統(tǒng)行為建模； ③從結(jié)構(gòu)上看，它是對系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建模。 ◆不同的系統(tǒng)模型基于不同的抽象方法。3.3.2結(jié)構(gòu)化分析模型 ◆結(jié)構(gòu)化分析模型必須達到以下主要目標： ①描述客戶的需要； ②建立軟件設計的基礎； ③定義在軟件完成后可以確認的一組需求。 ◆結(jié)構(gòu)化分析模型有數(shù)據(jù)模型、狀態(tài)轉(zhuǎn)換模型、 實體-關(guān)系模型等。

結(jié)構(gòu)化分析模型的體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)字典實體-關(guān)系圖數(shù)據(jù)流圖加工規(guī)約數(shù)據(jù)對象描述狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖控制規(guī)約圖3.5結(jié)構(gòu)化分析模型的體系結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)化分析模型

分析模型結(jié)構(gòu)的核心是數(shù)據(jù)字典（DD）包含了軟件使用或生產(chǎn)的所有數(shù)據(jù)對象描述的中心數(shù)據(jù)庫。 分析模型結(jié)構(gòu)的中間層有三種視圖。 數(shù)據(jù)流圖（DFD）服務于兩個目的：一是指明數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中移動時如何被變換，二是描述對數(shù)據(jù)流進行變換的功能和子功能。數(shù)據(jù)流圖可以用于信息域的分析，并作為功能建模的基礎。 實體-關(guān)系圖（E-RD）描述數(shù)據(jù)對象之間的關(guān)系。結(jié)構(gòu)化分析模型

狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（STD）指明作為外部事件的結(jié)果，系統(tǒng)將如何動作。狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖表示系統(tǒng)的各種行為模式，以及在狀態(tài)間轉(zhuǎn)換的方式，是行為建模的基礎。 分析模型結(jié)構(gòu)的外層是描述。在實體-關(guān)系圖中出現(xiàn)的每個數(shù)據(jù)對象的屬性可以使用數(shù)據(jù)對象描述來描述。在數(shù)據(jù)流圖中出現(xiàn)的每個加工/處理的功能描述包含在加工規(guī)約中。軟件控制方面的附加信息包含在控制規(guī)約中。1.數(shù)據(jù)流圖數(shù)據(jù)源點或終點變換數(shù)據(jù)的處理數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)流圖3.6數(shù)據(jù)流圖的基本符號或或或

數(shù)據(jù)流圖是逐步細化地描繪系統(tǒng)“做什么”的，通常作為軟件分析和軟件設計的工具，對更詳細的設計也有所幫助。數(shù)據(jù)流圖應用示例

【例3.1】

一個采購部每天需要一張定貨報表的數(shù)據(jù)流圖。 ⑴

數(shù)據(jù)流分析 ⑵系統(tǒng)基本模型數(shù)據(jù)流圖（最抽象的） ⑶數(shù)據(jù)流圖的逐步求精 第一步求精：定貨系統(tǒng)基本模型可細化為“處理事務”和“產(chǎn)生報表”兩個主要功能。 第二步求精：對定貨系統(tǒng)模型可以進一步求精。定貨系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖（1）采購員事務定貨報表圖3.7定貨系統(tǒng)基本模型的數(shù)據(jù)流圖倉庫管理員定貨系統(tǒng)定貨信息庫存清單圖3.8定貨系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖：第一步求精定貨信息庫存信息采購員定貨報表產(chǎn)生報表倉庫管理員處理事務事務定貨系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖（2）倉庫管理員采購員處理入庫事務入庫事務出庫事務定貨報表圖3.9定貨系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖：第二步求精處理定貨定貨信息處理出庫事務產(chǎn)生報表定貨信息庫存清單庫存信息圖書銷售數(shù)據(jù)流圖（1）信用狀態(tài)圖3.13圖書銷售數(shù)據(jù)流圖：第一步求精顧客數(shù)據(jù)顧客處理訂單訂單發(fā)貨清單圖書細節(jié)圖書數(shù)據(jù)圖書銷售數(shù)據(jù)流圖（2）顧客處理訂單圖書細節(jié)信用狀態(tài)訂單顧客數(shù)據(jù)發(fā)貨清單圖3.14圖書銷售數(shù)據(jù)流圖：第二步求精聚集訂單向圖書供應商訂購圖書供應商訂購的圖書有現(xiàn)貨的圖書細節(jié)待訂單圖書數(shù)據(jù)圖書銷售數(shù)據(jù)流圖（3）圖3.15圖書銷售數(shù)據(jù)流圖：第三步求精賬目發(fā)貨清單生成賬目清單付款賬目清單發(fā)貨細節(jié)發(fā)貨細節(jié)顧客處理訂單圖書細節(jié)信用狀態(tài)訂單顧客數(shù)據(jù)聚集訂單向圖書供應商訂購圖書供應商訂購的圖書有現(xiàn)貨的圖書細節(jié)待訂單圖書數(shù)據(jù)2.狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

狀態(tài)模型是一種描述系統(tǒng)對內(nèi)部或者外部事件響應的行為模型。它描述系統(tǒng)狀態(tài)和事件，以及事件引發(fā)系統(tǒng)在狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換。 狀態(tài)模型一般采用狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（狀態(tài)圖）標記方法。 狀態(tài)圖描述了系統(tǒng)中某些復雜對象的狀態(tài)變化，主要有狀態(tài)、變遷和事件三種描述。狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖應用示例

【例3.2】一個復印機控制軟件簡化的狀態(tài)圖。圖3.10復印機軟件簡化的狀態(tài)圖讀命令復印重加載紙診斷問題閑置與“讀命令”相關(guān)非卡紙與“讀命令”相關(guān)卡紙與“完成問題”相關(guān)“滿”和“開始”與“復印”相關(guān)復印與“讀命令”相關(guān)滿與“讀命令”相關(guān)3.實體-關(guān)系圖

系統(tǒng)建模的一個重要方面是定義系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)。實體—關(guān)系模型描述數(shù)據(jù)實體、關(guān)聯(lián)以及實體屬性。該模型用實體-關(guān)系圖描述現(xiàn)實世界中的實體，而不涉及實體在系統(tǒng)中的實現(xiàn)方法。 實體彼此間的聯(lián)系分為三類：一對一（1:1）聯(lián)系，一對多（1:N）聯(lián)系，多對多（M:N）聯(lián)系。 屬性是實體或聯(lián)系所具有的性質(zhì)。通常一個實體有若干個屬性。聯(lián)系也可以有屬性。 實體-關(guān)系圖應用示例

【例3.3】一個學生管理系統(tǒng)的實體-關(guān)系圖。

圖3.11學生管理系統(tǒng)的實體-關(guān)系圖成績NM工號姓名性別職稱職務學歷教師教1學號姓名性別系別年級住址學生學N課程號課名學時學分課程4.數(shù)據(jù)字典

數(shù)據(jù)字典是管理各種分析模型中出現(xiàn)的有關(guān)命名描述的一個集合（通常采用卡片集形式）。 數(shù)據(jù)字典一般由數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)流分量、數(shù)據(jù)存儲和處理四類元素的定義組成。處理常用輸入-處理-輸出（IPO）視圖描述。如果信息是一個復合對象，它還應有其組成部分描述。 由數(shù)據(jù)元素組成數(shù)據(jù)信息的方式有順序、選擇和重復三種基本類型?？梢允褂眠@三種類型的任意組合定義數(shù)據(jù)字典中的任何條目。

數(shù)據(jù)字典應用示例

【例3.4】定貨系統(tǒng)中部分卡片形式的數(shù)據(jù)定義。名字：定貨報表別名：定貨信息描述：每天需要定貨的零件表定義：定貨報表=零件編號+零件名稱+定貨數(shù)量+價格+1{供應者}3

位置：輸出到打印機名字：零件編號別名：描述：惟一標識一個特定零件的關(guān)鍵組成定義：零件編號=8位字符位置：定貨報表、定貨信息庫存清單名字：定貨數(shù)量別名：描述：某個零件一次定貨的數(shù)目定義：定貨數(shù)量=[1|2|3|4|5]位置：定貨報表定貨信息名字：價格別名：價格范圍描述：目前參考價格或者上下限定義：價格=1{零件單價}2位置：定貨報表定貨信息庫存清單圖3.12數(shù)據(jù)字典卡片方式示例3.3.3結(jié)構(gòu)化分析步驟

⑴問題描述 ⑵畫分層的數(shù)據(jù)流圖 ⑶決定哪些部分需要計算機化和怎樣計算機化 ⑷數(shù)據(jù)細節(jié)描述 ⑸定義處理邏輯 ⑹定義物理資源 ⑺確定輸入/輸出規(guī)格說明，確定有關(guān)數(shù)值 ⑻確定硬件需求 ⑼根據(jù)結(jié)構(gòu)化分析模型，建立系統(tǒng)規(guī)格說明文檔3.3.4結(jié)構(gòu)化分析實例

圖書館系統(tǒng)的問題描述： ①

一個圖書館藏有圖書和期刊雜志兩大類書籍，每種圖書/雜志可以有多冊。 ②

圖書館可以維護（注冊、更新和刪除）圖書資料。 ③

圖書館管理員負責與借書者打交道。 ④

借書者可以預約目前借不到的書或雜志。 ⑤

所有人員都可以瀏覽圖書館的圖書信息和各種告示。 ⑥

系統(tǒng)能在流行的技術(shù)環(huán)境下運行，有一個良好的圖形交互界面。 ⑦

系統(tǒng)應具有良好的可擴展性。

圖書館系統(tǒng)功能分析 ①瀏覽功能：所有人員都可以瀏覽圖書館的圖書信息。 ②借還功能：借書者可以借/續(xù)借、還、預約圖書。 ③圖書管理功能：圖書管理人員可以做錄入、更新和銷毀等圖書信息維護工作。 ④借書者管理：系統(tǒng)管理人員可以進行注冊、更改、注銷借書者信息等維護工作。

建立數(shù)據(jù)流圖

分析圖書館系統(tǒng)有哪些外部用戶，即角色。圖書館系統(tǒng)主要有一般瀏覽者、借書者、一般管理員和系統(tǒng)管理員四類外部用戶。

瀏覽者瀏覽圖書圖3.16圖書館系統(tǒng)的基本邏輯模型圖書信息瀏覽命令借/還功能數(shù)據(jù)流圖圖3.17借/還功能（第一步）DFD圖3.18借/還功能（修改）DFD借書者顯示信息借書還書續(xù)借預約管理員借書者書目號和借書證號書目號書目號標題號和借書證號借書還書續(xù)借預約管理員借書者書目號和借書證號書目號書目號標題號和借書證號維護功能數(shù)據(jù)流圖圖3.19維護功能（第一步）DFD

圖3.20維護功能（修改）DFD注冊借書者注銷借書者錄入新書更改借者更新圖書銷毀圖書處理罰金管理員管理員錄入標題刪除標題修改標題銷毀書目修改書目錄入新書標題信息標題號標題號書目信息書目號書目號管理員借書功能細化的數(shù)據(jù)流圖管理員借書者驗證借書者和圖書書號借書證號創(chuàng)建借書記錄顯示失敗信息更新借書者更新圖書信息顯示借書成功不允許借書記錄圖書信息允許圖3.21借書功能細化的數(shù)據(jù)流圖借書者建立實體-關(guān)系圖 圖書館系統(tǒng)有“圖書”和“借書者”兩個實體。 在數(shù)據(jù)流圖的分析中發(fā)現(xiàn)“圖書”實體，沒有真正區(qū)別借書和預約的關(guān)系。借書者是借一本具體的書，即“書目”，而預約圖書指的是此類書，而不是指具體的某冊書目。因此，要用“標題”實體區(qū)分二者，即預約的是書的“標題”，而不是“書目”。 外部實體除了“借書者”，還有“系統(tǒng)管理員”。因此，必須考慮有嚴格授權(quán)進入的權(quán)限。

圖書館系統(tǒng)實體-關(guān)系圖注冊/更改/注冊借書目條碼號分類號ISBN錄入/更新/刪除ISBN號書名作者出版社館藏數(shù)價格可借數(shù)圖3.22圖書館系統(tǒng)的實體-關(guān)系圖系統(tǒng)管理工號姓名性別權(quán)限密碼標題借書證號條碼號借書日期歸還日期續(xù)借次數(shù)借書記錄借書證號姓名性別地址身份借書數(shù)罰金借書者還包含續(xù)借借書證號ISBN預約日期圖書號預約建立狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

圖書可借條件：圖書館庫存的該圖書的可借冊數(shù)（n）大于預約該圖書的借書者數(shù)目（m）。

借出在架借還圖3.24書目實體狀態(tài)圖可借不可借圖3.23標題實體狀態(tài)圖還書[n<=m+1]借書[n>m+1]還書[n=m]借書[m=n+1]建立數(shù)據(jù)字典

圖書館系統(tǒng)的圖書信息分為“標題”和“書目”。標題描述抽象的書的信息，書目則是具體的每一本書的信息。

名稱：標題別名：抽象的圖書描述：描述一個抽象的圖書的信息定義：標題=ISBN+書名+作者+出版社+出版日期版次+價格+目錄+內(nèi)容簡介+館藏數(shù)+可借數(shù)+預約數(shù)位置：圖書查詢,借書,還書,預約名稱：書目別名：具體的書描述：對應標題的具體的一本書定義：書目=條碼號+分類號+ISBN位置：借書、還書、更新圖3.25“標題”和“書目”的卡片描述3.4需求分析的描述

需求規(guī)格說明文檔（SRS，SoftwareRequirementSpecification）是需求分析任務的最終“產(chǎn)品”。SRS是軟件工程項目的第一份，也是最重要的一份文檔。 ①相當于客戶和開發(fā)商之間的一項合同； ②精確地描述產(chǎn)品做什么，以及產(chǎn)品的約束條件等； ③給軟件設計提供了一個藍圖，給系統(tǒng)驗收提供了一個驗收標準集。 SRS的讀者范圍廣泛，有系統(tǒng)用（客）戶、管理者、需求分析工程師、系統(tǒng)測試工程師和系統(tǒng)維護工程師等