軟件工程方法的新進(jìn)展

軟件工程方法的新進(jìn)展摘要：面向Agent軟件工程被視為是一種可有效支持復(fù)雜系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的新穎軟件開(kāi)發(fā)范型，面向Agent軟件工程(AOSE,Agent-OrientedSoftwareEngineering)將Agent作為基本的概念抽象和計(jì)算模型，并以此為基礎(chǔ)提供了一系列思想、原則、方法、技術(shù)和工具來(lái)理解、規(guī)約、分析、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和部署軟件系統(tǒng)。在介紹Agent相關(guān)理論的基礎(chǔ)上，論述了軟件工程方法的新進(jìn)展——面向Agent軟件工程研究的新進(jìn)展。關(guān)鍵詞：軟件工程方法；Agent；面向Agent軟件工程0引言軟件工程方法自20世紀(jì)60年代提出以來(lái)，出現(xiàn)了多種軟件工程方法。軟件工程方法的提出主要是為了提高軟件開(kāi)發(fā)的效率和質(zhì)量，是一門(mén)非常講究理論與實(shí)際相結(jié)合的一門(mén)學(xué)科。軟件工程方法經(jīng)過(guò)五十多年的發(fā)展，先后提出了結(jié)構(gòu)化方法、形式化方法和面向?qū)ο筌浖こ谭椒?，其思想和方法越?lái)越成熟。一般認(rèn)為，軟件工程方法經(jīng)歷了下面四代的發(fā)展：①面向“過(guò)程”（Process-Oriented)的軟件工程方法；②面向“模塊”(Model-Oriented)的軟件工程方法；③面向“對(duì)象”(Object-Oriented)的軟件工程方法；④面向“Agent”（Agent-oriented)的軟件工程。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，軟件開(kāi)發(fā)越來(lái)越朝著大型化、復(fù)雜化和智能化的方向發(fā)展，傳統(tǒng)的軟件工程方法(如O-O)逐漸暴露了其不足，難以適應(yīng)未來(lái)軟件工程的發(fā)展，因此，基于Agent的技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展。1面向Agent軟件工程1.1Agent基于Agent的軟件工程方法的核心問(wèn)題是關(guān)于Agent的概念。Agent方法最大的特點(diǎn)靈活性非常強(qiáng)，具有智能性和堅(jiān)定性的特點(diǎn)，對(duì)復(fù)雜問(wèn)題、難以協(xié)同和預(yù)測(cè)的問(wèn)題進(jìn)行處理的適應(yīng)性非常強(qiáng)。國(guó)際上公認(rèn)對(duì)Agent的定義是：Agent是一個(gè)處于特定環(huán)境中，能感知并靈活、自主適應(yīng)環(huán)境，可以代理設(shè)計(jì)者或使用者實(shí)現(xiàn)一定任務(wù)的具有較高自治能力的計(jì)算機(jī)實(shí)體。Agent的主要目標(biāo)是接受另外一個(gè)實(shí)體(人、Agent、系統(tǒng)等)的委托或請(qǐng)求并為之提供幫助和服務(wù)，能夠在該目標(biāo)的驅(qū)動(dòng)下主動(dòng)采取包括社交、學(xué)習(xí)等手段在內(nèi)的各種必要的行為。1.2基于Agent軟件方法與面向?qū)ο筌浖椒ǖ姆治霰容^1.2.1Agent與Object的比較在面向?qū)ο蠹夹g(shù)中，對(duì)象是分析的基本單位，它是現(xiàn)實(shí)世界中某個(gè)具體的物理實(shí)體或概念在計(jì)算機(jī)邏輯中的映射和體現(xiàn)，是具有唯一對(duì)象名和固定對(duì)外接口的數(shù)據(jù)和操作的有機(jī)結(jié)合，對(duì)象的概念更傾向于對(duì)客觀世界中“物”的抽象，而Agent由于自己的特性，更傾向于對(duì)“人”的模擬，它與對(duì)象相比，具有至少以下幾點(diǎn)本質(zhì)區(qū)別：①Agent是主動(dòng)的，對(duì)象是被動(dòng)的：對(duì)象的方法執(zhí)行與否是由外部的消息觸發(fā)所決定，也就是對(duì)象是被動(dòng)執(zhí)行；對(duì)于Agent來(lái)說(shuō)，它改變了對(duì)象的“要我做”的被動(dòng)局面，變成了“我要做”的主動(dòng)形式，即它在收到外部的請(qǐng)求時(shí)，不是盲目地執(zhí)行，而是根據(jù)自身的狀態(tài)和意愿自主做出是否執(zhí)行的決定，并且在沒(méi)有外部刺激的情況下能根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)自主決策，相對(duì)對(duì)象來(lái)說(shuō)體現(xiàn)了更強(qiáng)的自治性，更接近于人類真實(shí)的思維模式；②Agent具有智能性而對(duì)象不具有：智能性是只有人類所具有的特性。Agent模仿人類所具有的學(xué)習(xí)性、判斷性、協(xié)作性和自主性等特點(diǎn)，能感知周圍環(huán)境的變化和接受外部刺激，自主學(xué)習(xí)，自主決策，不斷進(jìn)步，更好地適應(yīng)周圍環(huán)境的變化，并且相互間可以分工協(xié)作，組成Agent社會(huì)群體；而對(duì)象對(duì)應(yīng)的是“物”，不具有這些特性；③Agent是多控制線程，對(duì)象是單控制線程：在多Agent系統(tǒng)中，每個(gè)Agent都有自己的控制線程，每個(gè)Agent都是一個(gè)主程序，自成系統(tǒng)，各自決策自身的行為，其運(yùn)行是并行的，在同一時(shí)刻有多個(gè)Agent處于活動(dòng)狀態(tài)。多控制線程是Agent得以在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)所必不可少的基礎(chǔ)和保障。1.2.2基本思想的比較由于“Agent”是“對(duì)象”的升華，是具有自主性、能動(dòng)性的智能化、擬人化實(shí)體，因而，基于Agent的方法不僅繼承了面向?qū)ο笠约懊嫦蚰K方法的通用性、模塊性、重用性、擴(kuò)展性和移植性等優(yōu)點(diǎn)，而且更重要的是進(jìn)一步發(fā)展了面向?qū)ο蠛兔嫦蚰K的方法，提高了軟件系統(tǒng)的智能性、協(xié)作性、靈活性和自動(dòng)化水平。面向?qū)ο蠓椒ǖ幕境霭l(fā)點(diǎn)是盡可能按照人類認(rèn)識(shí)世界的方法和思維方式來(lái)分析和解決問(wèn)題，其基本思想是從現(xiàn)實(shí)世界中客觀存在的事物出發(fā)，強(qiáng)調(diào)直接以事物為中心思考問(wèn)題、認(rèn)識(shí)問(wèn)題，根據(jù)這些事物的本質(zhì)特征，將其抽象為系統(tǒng)中的對(duì)象，并作為系統(tǒng)的基本構(gòu)成單位。通過(guò)對(duì)象、類、繼承、封裝、消息等基本概念來(lái)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)?；贏gent的基本思想是從現(xiàn)實(shí)世界中人類、事物和環(huán)境出發(fā)，強(qiáng)調(diào)以人為中心思考問(wèn)題，認(rèn)為事物的屬性特別是動(dòng)態(tài)特性在很大程度上受到與其密切相關(guān)的人和環(huán)境的影響，強(qiáng)調(diào)認(rèn)識(shí)、思維與客觀事物及其所處環(huán)境之間的相互作用。將影響事物的主觀與客觀特征相結(jié)合，并抽象為系統(tǒng)中的Agent，作為系統(tǒng)的基本構(gòu)成單位，通過(guò)Agent之間的合作實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體目標(biāo)。1.2.3軟件性能比較與面向?qū)ο蠓椒ㄏ啾然贏gent技術(shù)開(kāi)發(fā)的軟件在以下方面實(shí)現(xiàn)了更好的性能：①可靠性與健壯性：在多Agent系統(tǒng)中，若某一Agent出了問(wèn)題，不能完成任務(wù)，系統(tǒng)可臨時(shí)指派其它Agent完成，充分保障了系統(tǒng)整體目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)；而面向?qū)ο蠓椒o(wú)法實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)；②計(jì)算效率：多Agent系統(tǒng)中，復(fù)雜的任務(wù)由多個(gè)Agent通過(guò)高級(jí)協(xié)作并行完成，大大提高了效率，面向?qū)ο蠓椒](méi)有較好地做到這一點(diǎn)；③可維護(hù)性與可重用性：在面向?qū)ο蠹夹g(shù)中，由于對(duì)象間聯(lián)系(基于語(yǔ)法級(jí)的低級(jí)通信)是通過(guò)方法調(diào)用實(shí)現(xiàn)，所以對(duì)于一個(gè)類的修改可能需要同時(shí)修改與它有調(diào)用關(guān)系的其它類；而Agent間的交互(基于知識(shí)級(jí)高級(jí)通信)是通過(guò)專門(mén)的通信語(yǔ)言(如KQML)實(shí)現(xiàn)，修改Agent的行為不會(huì)影響其它Agent。與對(duì)象技術(shù)相比，Agent獨(dú)立性更強(qiáng)，之間的耦合性更弱，因而軟件的可維護(hù)性與可重用性大大提高。2Agent軟件工程方法在異地?cái)?shù)據(jù)同步系統(tǒng)(RDSS)中的應(yīng)用異地?cái)?shù)據(jù)同步系統(tǒng)(RDSS-RemoteDataSynchronizationSystem)的主要功能是借助Internet/Intranet網(wǎng)絡(luò)環(huán)境實(shí)現(xiàn)異地同質(zhì)同構(gòu)或異地異質(zhì)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的同步，即當(dāng)一方數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)用戶定制的任務(wù)，可以自動(dòng)(或手動(dòng))將數(shù)據(jù)庫(kù)的變化生成E-Mail，并加密、打包，然后以郵件方式送到任務(wù)中指定的地點(diǎn)，目的地的接受系統(tǒng)根據(jù)傳送過(guò)來(lái)的郵件數(shù)據(jù)自動(dòng)更新本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)的相應(yīng)內(nèi)容。該系統(tǒng)支持ODBC或BDE標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)的多種數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)(如Oracle、SQLServer、Sybase等)。本系統(tǒng)是根據(jù)基于Agent的軟件分析方法來(lái)設(shè)計(jì)的，如圖2所示為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)模型，其中箭頭表示角色間的協(xié)議：每個(gè)角色都有自己的責(zé)任、權(quán)限和協(xié)議，其中：系統(tǒng)服務(wù)角色：是RDSS系統(tǒng)的核心部分，用于本地系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)置，負(fù)責(zé)全局的規(guī)劃和管理，對(duì)所有其它角色進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)，以便及時(shí)對(duì)各種請(qǐng)求做出反應(yīng)；任務(wù)編譯角色：負(fù)責(zé)對(duì)任務(wù)腳本進(jìn)行編輯、編譯，并形成任務(wù)文件，等待執(zhí)行；任務(wù)解釋角色：負(fù)責(zé)對(duì)任務(wù)腳本經(jīng)編譯后形成的任務(wù)文件進(jìn)行解釋并執(zhí)行相應(yīng)的操作；部署角色：主要完成與數(shù)據(jù)傳輸相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)和異地?cái)?shù)據(jù)同步系統(tǒng)的設(shè)置及分發(fā)，它使與傳輸相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)觸發(fā)器、存儲(chǔ)過(guò)程、緩沖表以及異地?cái)?shù)據(jù)跟蹤系統(tǒng)的腳本、郵件地址、密鑰、定時(shí)調(diào)度等的生成完全自動(dòng)化；定時(shí)角色：根據(jù)時(shí)間觸發(fā)任務(wù)的角色，自動(dòng)將任務(wù)文件中的任務(wù)逐個(gè)執(zhí)行，包括生成待發(fā)送的有關(guān)文件，也就是我們可以按時(shí)或定時(shí)地激活其它角色；加密角色：對(duì)待發(fā)送的有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)變化的文件進(jìn)行加密；E-mail角色：從任務(wù)文件中的接收部門(mén)中得到流執(zhí)行的服務(wù)和工作流控制數(shù)據(jù)組成。工作流執(zhí)行服務(wù)也稱為業(yè)務(wù)執(zhí)行環(huán)境，包括一個(gè)或多個(gè)工作流引擎；工作流控制數(shù)據(jù)指被工作流執(zhí)行服務(wù)和引擎管理的系統(tǒng)數(shù)據(jù)；其中，工作流引擎是工作流管理的系統(tǒng)的核心軟件組件，它的功能包括創(chuàng)建過(guò)程實(shí)例并控制其執(zhí)行，調(diào)度各項(xiàng)活動(dòng)，負(fù)責(zé)任務(wù)的執(zhí)行和選擇等功能。在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，根據(jù)用戶的角色為其分配了不同的功能，對(duì)于普通用戶僅為其設(shè)置了文檔的瀏覽和查詢的功能；而對(duì)于其它的一些高級(jí)用戶可以參與文檔的審批功能；而管理員主要是維護(hù)數(shù)據(jù)層的相關(guān)信息和文檔工作流的狀態(tài)的過(guò)渡，在實(shí)際的運(yùn)用中，我們采用PB和ASP作為開(kāi)發(fā)工具。實(shí)現(xiàn)文檔審批功能時(shí)為了操作方便性，在數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)為了確認(rèn)數(shù)據(jù)庫(kù)信息是否有更新，設(shè)置了標(biāo)記字段(其值為0或1)，而后設(shè)置觸發(fā)器和編寫(xiě)了事件跟蹤程序，管理員通過(guò)周期性的檢查服務(wù)器數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)有更新時(shí)，借助于Internet，利用工作流引擎軟件組件的功能將信息處理的結(jié)果返回到相關(guān)的客戶端。利用這種基于Web的工作流結(jié)構(gòu)我們已經(jīng)基本上實(shí)現(xiàn)了教務(wù)系統(tǒng)文件管理的查詢和文檔發(fā)送審批和接受審批的功能。3結(jié)束語(yǔ)雖然軟件產(chǎn)業(yè)得到了很大的發(fā)展，軟件工程方法也在不斷完善和進(jìn)步，但軟件工程方法的理論發(fā)展和應(yīng)用仍然滯后于硬件的發(fā)展，軟件工程方法還是制約軟件開(kāi)發(fā)的一個(gè)關(guān)鍵性瓶頸。Agent方法是目前應(yīng)用最為廣泛和先進(jìn)的軟件方法，但其還是存在不成熟等缺點(diǎn)，在今后很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，將Agent方法不斷完善和推廣應(yīng)用還有很長(zhǎng)的路要走。參考文獻(xiàn)：\[1\]黃震，顧毓清．一種基于代理思想的軟件分析模型\[J\].計(jì)算機(jī)工程，2009(1).\[2\]劉大有.Agent研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)\[J\].軟件學(xué)報(bào)，2009(3).\[3\]ROGERSPRESSMAN．軟件工程——實(shí)踐者的研究方法\[M\]．黃柏素，梅宏，譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2007.\[4\]WOOLDRIDGEM，CIANCARINIP．Agent—OrientedSoftwareEngineeringTheStateoftheArt\[C\]．InAgent-OrientedSoftwareEngineering,LectureNotesinAI,2001.\[5\]LUCKM,MCBURNEYP,SHEHORYO,etal.AgentTechnology:ComputingasInteraction—ARoadmapforAgentBasedComputing\[C\].AgentLink,2005.\[6\]FRANCOZAMBONELLI,HVANDYKEPARUNAK.Towardsaparadigmchangeincomputerscienceandsoftwareengineering:asynthesis\[J\].TheKnowledgeEngineeringReview(4).\[7\]TBERNERS-LEE,JHENDLER,OLASSILA.TheSemanticWeb\[C\].ScientificAmerican,May2001.\[8\]SAMCILRAITH,TCSON，HZENG.Semanticwebservice\[J\].IEEEIntelligentSystems,16(2).