軟件工程：理論、技術(shù)及實(shí)踐 課件 第4、5章 理解需求、需求分析

第4章

理解需求本章學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解有關(guān)需求的基本知識(shí)。2.掌握需求工程的主要活動(dòng)及它們之間的關(guān)系。3.掌握需求獲取主要方法。4.應(yīng)用用例和場景對(duì)需求建模。5.應(yīng)用用戶故事地圖建立項(xiàng)目需求。

需求工程1軟件需求獲取2用例和場景3用戶故事地圖40理解需求Brooks曾描述“構(gòu)建一個(gè)軟件系統(tǒng)最困難的部分是確定構(gòu)建什么，其他部分工作不會(huì)像這部分工作一樣，在出錯(cuò)之后會(huì)如此嚴(yán)重地影響隨后實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)，并且以后修補(bǔ)竟會(huì)如此的困難。”4.1需求工程需求工程的介紹對(duì)軟件工程師來說，理解項(xiàng)目的需求是什么是他們所面臨的最困難的工作之一。很多時(shí)候客戶也不確切知道自己需要的是什么。他們能夠接受在軟件開發(fā)過程中需求的不斷變化：有些是由溝通引起的，有些是外部干預(yù)者強(qiáng)加的，還有一些是客戶隨著項(xiàng)目演進(jìn)不斷提高對(duì)系統(tǒng)需求的認(rèn)識(shí)所導(dǎo)致的。需求工程（RequirementsEngineering，簡稱RE）不能清晰地解決上述所有問題，但是項(xiàng)目總要有一個(gè)起始點(diǎn)，可以把需求工程理解為解決上述問題的一個(gè)較為可靠的途徑。4.1需求工程需求工程劃分為五個(gè)獨(dú)立的階段：（1）需求獲取階段需求獲取指通過與各利益相關(guān)者交流、觀察現(xiàn)有系統(tǒng)以及對(duì)任務(wù)進(jìn)行探討，從而捕獲、導(dǎo)出和不斷修訂用戶的需求的過程。在需求獲取階段，可以確定的一些利益相關(guān)者有：最終用戶、軟件工程師、產(chǎn)品工程師、業(yè)務(wù)運(yùn)行管理人員、產(chǎn)品管理人員、市場銷售人員、支持和維護(hù)工程師等。4.1需求工程需求工程劃分為五個(gè)獨(dú)立的階段：（1）需求獲取階段下列因素導(dǎo)致了導(dǎo)出需求的困難：①范圍：系統(tǒng)的邊界不清楚、或是客戶（用戶）說明中帶有不必要的技術(shù)細(xì)節(jié)，混淆而不是澄清系統(tǒng)的整體目標(biāo)。②理解：客戶（用戶）并不能完全確定需要什么。③易變：需求會(huì)隨著時(shí)間發(fā)生變化。在給定有限資源情況下，客戶或者用戶可能提出過高的要求，利益相關(guān)者也可能提出了相互沖突的需求，并強(qiáng)調(diào)他們各自要求的重要性。需求工程師必須通過協(xié)商過程來調(diào)節(jié)這些沖突。4.1需求工程需求工程劃分為五個(gè)獨(dú)立的階段：（2）需求分析階段需求分析是通過前面階段全面的需求獲取后，對(duì)需求進(jìn)行的整理、規(guī)范和分析，用以說明軟件的功能、特征和信息等各個(gè)方面。該階段的任務(wù)主要集中于得到一個(gè)精確的需求模型。4.1需求工程需求工程劃分為五個(gè)獨(dú)立的階段：（3）需求定義階段需求定義是指在對(duì)所要開發(fā)的產(chǎn)品達(dá)成共識(shí)后，形成一份需求的一致性定義，也就是需求規(guī)格說明。如：IEEE的需求規(guī)格說明書模板。4.1需求工程需求工程劃分為五個(gè)獨(dú)立的階段：（4）需求確認(rèn)階段需求確認(rèn)主要是就需求定義和利益相關(guān)者進(jìn)行溝通，并獲得利益相關(guān)者的認(rèn)可。在需求確認(rèn)階段需要做到以下幾點(diǎn)：①軟件需求規(guī)格說明正確描述了預(yù)期的滿足各方需求的系統(tǒng)能力和特征。②從系統(tǒng)需求、業(yè)務(wù)規(guī)則或其他來源中正確地推導(dǎo)出軟件需求。③需求是完整的、高質(zhì)量的。④需求的表述在所有地方都是一致的。⑤需求為繼續(xù)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)和構(gòu)造提供了充分的基礎(chǔ)。⑥可以預(yù)先設(shè)計(jì)一些需求確認(rèn)檢查表來檢查每項(xiàng)需求是否是有用的。4.1需求工程需求工程劃分為五個(gè)獨(dú)立的階段：（5）需求跟蹤和變更控制階段需求跟蹤是指通過比較需求文檔與后續(xù)工作成果之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，確保產(chǎn)品依據(jù)需求文檔進(jìn)行開發(fā)，建立與維護(hù)“需求——設(shè)計(jì)——編程——測試”等后續(xù)工作之間的一致性，確保所有工作成果符合用戶需求。4.2軟件需求獲取需求提取是發(fā)現(xiàn)用戶真實(shí)需要的過程，也稱需求捕獲。軟件需求提取可以分成兩個(gè)步驟：理解應(yīng)用領(lǐng)域和建立商業(yè)過程模型。例如：開發(fā)一個(gè)移動(dòng)終端的實(shí)驗(yàn)室監(jiān)管系統(tǒng)可以使用UML中的用例（UseCase）圖、用例描述、活動(dòng)圖等來對(duì)業(yè)務(wù)過程建模。4.2.1需求獲取方式4.2軟件需求獲取軟件需求的獲取方式主要有以下幾種：1.直接與用戶訪談和組織會(huì)談2.用戶工作環(huán)境體驗(yàn)和資料采集3.潛在用戶調(diào)查報(bào)告4.市場相關(guān)產(chǎn)品調(diào)研5.快速原型方法4.2軟件需求獲取我們對(duì)系統(tǒng)建立的初始理解可以開始于對(duì)項(xiàng)目所處應(yīng)用領(lǐng)域的了解。利用術(shù)語表完成對(duì)該領(lǐng)域中應(yīng)用技術(shù)詞匯的列表解釋。例如：建立一個(gè)智慧教室系統(tǒng)智慧教室（SmartClassroom）的研究始于歐洲。從2005年英國雷丁大學(xué)研究智慧教室的學(xué)生交互行為開始，針對(duì)智慧教室的研究正式進(jìn)入大眾的視野。4.2.2應(yīng)用領(lǐng)域理解4.2軟件需求獲取智慧教室主要是指借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智能技術(shù)等構(gòu)建起來的新型教室。智慧教室旨在為教學(xué)活動(dòng)提供人性化、智能化的互動(dòng)空間；通過物理空間與數(shù)字空間的結(jié)合，本地與遠(yuǎn)程的結(jié)合，改善人與學(xué)習(xí)環(huán)境的關(guān)系，在學(xué)習(xí)空間實(shí)現(xiàn)人與環(huán)境的自然交互，促進(jìn)個(gè)性化學(xué)習(xí)、開放式學(xué)習(xí)和泛在學(xué)習(xí)。該類新型教室通過各類智能裝備的輔助更好地呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容、便利獲取多樣化學(xué)習(xí)資源、促進(jìn)在課堂上展開多重交互，實(shí)現(xiàn)情境感知與環(huán)境管理功能的自動(dòng)調(diào)節(jié)。4.2.2應(yīng)用領(lǐng)域理解4.2軟件需求獲?。?）提供圖像識(shí)別系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)人臉考勤、用戶行為分析、用戶情感分析等。（2）提供物聯(lián)設(shè)備系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控教室溫度、濕度等環(huán)境變化，并自動(dòng)做出調(diào)整；能夠自動(dòng)控制教室設(shè)備。（3）提供互動(dòng)交互系統(tǒng)，通過智能錄課將線下課堂與云課堂結(jié)合，支持云端回看，同時(shí)配有電子白板和電子書包等。現(xiàn)有的智慧教室的主要功能有：4.2軟件需求獲取表4-1智慧教室實(shí)例初始術(shù)語表術(shù)語解釋考勤系統(tǒng)考勤系統(tǒng)是指一套管理出勤記錄等相關(guān)情況的管理系統(tǒng)人臉考勤通過教室攝像頭記錄識(shí)別人臉信息完成考勤用戶行為分析學(xué)生課堂情緒與行為的檢測，包括對(duì)學(xué)生考勤、情緒、低頭及交頭接耳行為等進(jìn)行識(shí)別物聯(lián)教室實(shí)時(shí)監(jiān)控教室溫度、濕度等環(huán)境變化，并自動(dòng)做出調(diào)整，能夠自動(dòng)控制教室設(shè)備智能錄課自動(dòng)錄制課程并上傳到云端供學(xué)生課后查看云課堂基于云計(jì)算技術(shù)的一種高效、便捷、實(shí)時(shí)互動(dòng)的遠(yuǎn)程教學(xué)課堂形式電子白板顯示上課內(nèi)容，保存板書供學(xué)生課后學(xué)習(xí)電子書包利用信息化設(shè)備進(jìn)行教學(xué)的便攜式終端4.2軟件需求獲取圖4-1智慧教室系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)4.2.3應(yīng)用實(shí)例需求獲取智慧教室管理系統(tǒng)人臉考勤業(yè)務(wù)主要流程：（1）生物信息采集用智能終端采集人臉照片，并上傳到后臺(tái)系統(tǒng)中，由教師確認(rèn)照片為學(xué)生本人無誤后，交由后臺(tái)識(shí)別軟件識(shí)別生成人臉信息庫。4.2軟件需求獲取4.2.3應(yīng)用實(shí)例需求獲?。?）考勤學(xué)生在教室就坐后，由教師提醒學(xué)生抬頭，并向智慧教室終端發(fā)送簽到指令，啟動(dòng)考勤服務(wù)。通過教室的攝像頭采集教室里的學(xué)生圖像，通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給云端服務(wù)軟件進(jìn)行識(shí)別，并將識(shí)別結(jié)果和人臉信息庫中的信息進(jìn)行匹配比對(duì)，若相似度大于設(shè)定的某個(gè)閾值，則考勤成功，反之則考勤失敗，暫記作缺勤處理。在上課期間，考勤系統(tǒng)持續(xù)工作，抓拍學(xué)生人臉圖像進(jìn)行比對(duì)，對(duì)缺勤記錄進(jìn)行修正。下課前，由老師關(guān)閉考勤服務(wù)。（3）統(tǒng)計(jì)結(jié)果考勤后，統(tǒng)計(jì)應(yīng)到學(xué)生數(shù)和實(shí)到學(xué)生數(shù)，并將對(duì)接的教務(wù)系統(tǒng)中請(qǐng)假的學(xué)生作標(biāo)注，最終得到本次的考勤結(jié)果。4.2軟件需求獲取4.2.3應(yīng)用實(shí)例需求獲?。?）人臉考勤時(shí)的特殊情況①錄入：錄入時(shí)學(xué)生可能會(huì)誤操作上傳其他人臉的照片，所以需要教師確認(rèn)照片是學(xué)生本人無誤后再交由后臺(tái)處理。②考勤：考勤時(shí)學(xué)生可能低著頭未被攝像頭采集到人臉信息，所以需要學(xué)生主動(dòng)抬起頭，或者在上課期間，多次補(bǔ)充人臉信息采集。③統(tǒng)計(jì)：可能存在學(xué)生請(qǐng)假，但未在教務(wù)系統(tǒng)上申請(qǐng)的情況，所以要提供可以修改考勤結(jié)果的途徑。④可能還有其他的異常情況會(huì)產(chǎn)生，需要在多次溝通后逐步調(diào)整需求。用例圖描述的是參與者所理解的系統(tǒng)功能，幫助人們以一種可視化的方式理解系統(tǒng)的功能需求，講述了最終用戶如何在一個(gè)特定環(huán)境下和系統(tǒng)交互。用例圖有四個(gè)部分：用例（UseCase）、參與者（Actor）、系統(tǒng)邊界、關(guān)系。（1）用例是參與者可以感受到的系統(tǒng)服務(wù)或功能單元。（2）參與者是與系統(tǒng)交互的人或物，是在將要說明的功能和行為環(huán)境內(nèi)使用系統(tǒng)或產(chǎn)品的外部實(shí)體或角色。參與者可以是人、其他軟件系統(tǒng)、硬件設(shè)備或其他與系統(tǒng)進(jìn)行交互的實(shí)體。（3）系統(tǒng)邊界指系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的界限。把系統(tǒng)邊界以外的同系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的其他部分稱為系統(tǒng)環(huán)境。4.3用例和場景4.3.1UML用例和場景4.3用例和場景4.3.1UML用例和場景（4）在用例圖中表示的關(guān)系有四種：關(guān)聯(lián)、泛化、包含和擴(kuò)展。①關(guān)聯(lián)關(guān)系圖4-2用例圖中的關(guān)聯(lián)關(guān)系②泛化關(guān)系圖4-3父用例和子用例的關(guān)系圖4-4參與者之間存在泛化關(guān)系4.3用例和場景4.3.1UML用例和場景（4）在用例圖中表示的關(guān)系有四種：關(guān)聯(lián)、泛化、包含和擴(kuò)展。③包含關(guān)系圖4-5用例之間包含關(guān)系示意圖④擴(kuò)展關(guān)系圖4-6用例之間擴(kuò)展關(guān)系4.3用例和場景4.3.1UML用例和場景在用例圖中，場景通常被定義為特定用例的一個(gè)或多個(gè)實(shí)例，用以描述系統(tǒng)如何與外部參與者交互以實(shí)現(xiàn)特定目標(biāo)或功能。場景描述了參與者如何與系統(tǒng)交互，觸發(fā)特定用例，以及系統(tǒng)對(duì)這些觸發(fā)的響應(yīng)。用例和場景之間的區(qū)別在于用例提供了整個(gè)功能的一般描述，而場景是用例的特定實(shí)例，就如對(duì)象是類的一個(gè)實(shí)例。場景的定義應(yīng)簡潔明了，利益相關(guān)者通過場景可以更好地理解系統(tǒng)的功能和行為。通過建立特定場景可以進(jìn)一步提取需求。4.3.2應(yīng)用實(shí)例業(yè)務(wù)模型業(yè)務(wù)模型是對(duì)商業(yè)過程的描述，可以通過訪談，結(jié)合調(diào)查問卷、檢查業(yè)務(wù)上使用的各種表格以及對(duì)用戶直接觀察等方法來獲取業(yè)務(wù)模型信息。4.3用例和場景4.3.2應(yīng)用實(shí)例業(yè)務(wù)模型（1）初始系統(tǒng)用例智慧教室的人臉考勤業(yè)務(wù)模型概述為：學(xué)生在智慧教室后端上傳學(xué)生人臉照片，并由教師審核通過后存入人臉信息庫。上課時(shí)，教師通過智慧教室終端發(fā)送考勤指令，教室攝像頭采集學(xué)生人臉信息，交由后臺(tái)處理并將識(shí)別結(jié)果和人臉信息庫中的信息進(jìn)行匹配比對(duì)，若存在相似度大于閾值的人臉信息，則考勤成功；反之則考勤失敗，先計(jì)成缺課處理。將所有教室里的學(xué)生進(jìn)行考勤后，統(tǒng)計(jì)應(yīng)到學(xué)生數(shù)和實(shí)到學(xué)生數(shù)，減去對(duì)接的教務(wù)系統(tǒng)中已請(qǐng)假的學(xué)生，最終生成本次的考勤結(jié)果，并記錄在數(shù)據(jù)庫中。4.3用例和場景4.3.2應(yīng)用實(shí)例業(yè)務(wù)模型圖4-7系統(tǒng)初始用例圖初始需求時(shí)，由于對(duì)一些具體的業(yè)務(wù)流程還不清楚，在用例描述中可以不記錄詳細(xì)的操作步驟。表4-2課堂管理用例描述用例名稱課堂管理用例描述對(duì)智慧教室上課時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行操作與管理參與者教師與學(xué)生4.3用例和場景4.3.2應(yīng)用實(shí)例業(yè)務(wù)模型表4-3課程管理用例描述用例名稱課程管理用例描述對(duì)課程信息進(jìn)行管理，如添加、修改、刪除課程信息、課程信息發(fā)布、教學(xué)班維護(hù)等操作參與者教師4.3用例和場景圖4-7系統(tǒng)初始用例圖4.3.2應(yīng)用實(shí)例業(yè)務(wù)模型表4-4考勤管理用例描述用例名稱考勤管理用例描述對(duì)考勤情況進(jìn)行管理，如添加、修改、刪除考勤記錄等操作參與者教師、學(xué)生4.3用例和場景圖4-7系統(tǒng)初始用例圖4.3.2應(yīng)用實(shí)例業(yè)務(wù)模型表4-5教室管理用例描述用例名稱教室管理用例描述對(duì)上課教室管理，如教室基本信息維護(hù)，教室申請(qǐng)等操作參與者教師、樓管4.3用例和場景圖4-7系統(tǒng)初始用例圖4.3.2應(yīng)用實(shí)例業(yè)務(wù)模型表4-6設(shè)備管理用例描述用例名稱設(shè)備管理用例描述對(duì)智慧教室的設(shè)備進(jìn)行管理，如設(shè)備信息錄入，設(shè)備分配等操作參與者系統(tǒng)管理員4.3用例和場景圖4-7系統(tǒng)初始用例圖4.3.2應(yīng)用實(shí)例業(yè)務(wù)模型表4-7用戶管理用例描述用例名稱用戶管理用例描述對(duì)智慧教室系統(tǒng)的用戶進(jìn)行管理，如添加教師、添加學(xué)生等操作參與者系統(tǒng)管理員4.3用例和場景圖4-7系統(tǒng)初始用例圖（2）用例迭代需求獲取是一個(gè)迭代的過程，隨著需求獲取工作的深入展開，應(yīng)逐步細(xì)化用例和用例描述。4.3用例和場景4.3用例和場景表4-8人臉考勤用例描述用例名稱人臉考勤用例描述系統(tǒng)對(duì)學(xué)生人臉信息進(jìn)行獲取與驗(yàn)證參與者教師基本路徑1.教師發(fā)出考勤指令（1）教師選擇課程的人臉考勤選項(xiàng)（2）發(fā)出考勤指令（3）相關(guān)設(shè)備開始工作2.收集學(xué)生人臉信息并識(shí)別（1）智慧教室攝像頭采集教室內(nèi)照片（2）攝像頭識(shí)別出學(xué)生人臉交給后臺(tái)處理（3）后臺(tái)第三方圖像處理軟件處理人臉照片（4）將處理的結(jié)果與已有的人臉信息庫比對(duì)（5）比對(duì)結(jié)果相似度大于90%為考勤成功（6）比對(duì)結(jié)果相似度小于90%為考勤失敗3.對(duì)已請(qǐng)假的學(xué)生做處理（1）調(diào)用考勤管理用例中已請(qǐng)假的學(xué)生信息（2）將請(qǐng)假的學(xué)生作請(qǐng)假處理4.生成考勤結(jié)果并儲(chǔ)存（1）將考勤成功、缺勤和請(qǐng)假的學(xué)生標(biāo)記（2）將標(biāo)記后的結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫異常路徑1.學(xué)生在教室但考勤失敗，到教師機(jī)專用考勤攝像頭補(bǔ)錄入或者手動(dòng)考勤2.學(xué)生已請(qǐng)假，但是未在教務(wù)系統(tǒng)申請(qǐng)圖4-8課堂管理用例圖4.3用例和場景表4-9AI視頻錄課用例描述用例名稱AI視頻錄課用例描述AI智能錄課，并上傳云端供學(xué)生課后復(fù)習(xí)參與者教師和學(xué)生基本路徑1.教師在智慧教室終端點(diǎn)擊上課按鈕2.系統(tǒng)提示開始上課3.系統(tǒng)自動(dòng)錄制上課內(nèi)容4.將錄制的內(nèi)容整理后系統(tǒng)自動(dòng)上傳到智慧教室云課堂5.學(xué)生在智慧教室云課堂查看課程內(nèi)容異常路徑1.未在規(guī)定時(shí)間內(nèi)上課2.未點(diǎn)擊上課按鈕圖4-8課堂管理用例圖4.3用例和場景表4-10智慧白板應(yīng)用用例描述用例名稱智慧白板應(yīng)用用例描述智慧白板記錄上課板書，并上傳云端供學(xué)生課后復(fù)習(xí)查看參與者教師與學(xué)生基本路徑1.教師在智慧教室終端點(diǎn)擊上課按鈕2.系統(tǒng)提示開始上課3.系統(tǒng)自動(dòng)記錄白板內(nèi)容4.系統(tǒng)將記錄的內(nèi)容整理后自動(dòng)上傳到智慧教室云課堂5.學(xué)生在智慧教室云課堂查看課程內(nèi)容異常路徑1.未在規(guī)定時(shí)間內(nèi)上課2.未點(diǎn)擊上課按鈕圖4-8課堂管理用例圖4.3用例和場景表4-11智能環(huán)境監(jiān)控用例描述用例名稱智能環(huán)境監(jiān)控用例描述智慧教室系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)控教室溫濕度環(huán)境情況并做出調(diào)節(jié)參與者智慧教室系統(tǒng)基本路徑1.教師在智慧教室終端點(diǎn)擊上課按鈕2.系統(tǒng)提示開始上課3.教室系統(tǒng)智能環(huán)境監(jiān)控開始工作4.環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)記錄監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)5.若監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)異常，自動(dòng)提醒設(shè)備做出調(diào)節(jié)異常路徑1.未在規(guī)定時(shí)間內(nèi)上課2.未點(diǎn)擊上課按鈕圖4-8課堂管理用例圖4.3用例和場景表4-12課程信息維護(hù)用例描述圖4-9課程管理用例圖用例名稱課程信息維護(hù)用例描述教師對(duì)課程信息進(jìn)行管理參與者教師基本路徑1.在課程管理菜單中選擇課程信息管理選項(xiàng)2.選擇增加、刪除、修改、查詢課程信息操作3.輸入相關(guān)信息并確認(rèn)課程主要信息：課程號(hào)、課程名稱、課程簡介、課時(shí)、學(xué)分4.系統(tǒng)將相關(guān)數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫中4.3用例和場景表4-13課程發(fā)布用例描述用例名稱課程發(fā)布用例描述教師發(fā)布課程參與者教師基本路徑1.在課程管理菜單中選擇要發(fā)布的課程選項(xiàng)2.選擇可以看到課程發(fā)布的對(duì)象3.單擊發(fā)布按鈕4.系統(tǒng)提示是否確認(rèn)發(fā)布5.確認(rèn)后，系統(tǒng)顯示發(fā)布成功圖4-9課程管理用例圖4.3用例和場景表4-14教學(xué)班維護(hù)用例描述用例名稱教學(xué)班維護(hù)用例描述教師對(duì)教學(xué)班進(jìn)行管理參與者教師基本路徑1.在課程管理菜單中選擇教學(xué)班管理選項(xiàng)2.選擇增加、刪除、修改、查詢教學(xué)班操作3.輸入相關(guān)信息并確認(rèn)教學(xué)班主要信息：教學(xué)班編號(hào)、教學(xué)班名稱、教學(xué)班簡介、人數(shù)、所屬學(xué)院、學(xué)生名單4.系統(tǒng)將相關(guān)數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫中圖4-9課程管理用例圖4.3用例和場景表4-15考勤結(jié)果修改用例描述圖4-10考勤管理用例圖用例名稱考勤結(jié)果修改用例描述教師修改錯(cuò)誤的考勤結(jié)果參與者教師基本路徑1.在考勤管理菜單中選擇考勤結(jié)果修改選項(xiàng)2.輸入學(xué)生學(xué)號(hào)3.選擇考勤時(shí)間4.輸入正確的考勤結(jié)果5.單擊提交按鈕，系統(tǒng)顯示修改考勤結(jié)果成功4.3用例和場景表4-16考勤結(jié)果申訴用例描述用例名稱考勤結(jié)果申訴用例描述學(xué)生申訴錯(cuò)誤的考勤結(jié)果參與者學(xué)生基本路徑1.在考勤管理菜單中選擇考勤結(jié)果申訴選項(xiàng)2.輸入學(xué)生學(xué)號(hào)3.選擇考勤時(shí)間4.輸入正確的考勤結(jié)果5.單擊申訴按鈕，系統(tǒng)顯示考勤結(jié)果申訴提交成功擴(kuò)展路徑1.學(xué)生申訴不予通過圖4-10考勤管理用例圖4.3用例和場景表4-17請(qǐng)假申請(qǐng)用例描述用例名稱請(qǐng)假申請(qǐng)用例描述學(xué)生在智慧教室系統(tǒng)中提交請(qǐng)假申請(qǐng)參與者學(xué)生基本路徑1.在考勤管理菜單中選擇請(qǐng)假申請(qǐng)選項(xiàng)2.輸入學(xué)生學(xué)號(hào)3.選擇請(qǐng)假時(shí)間4.輸入請(qǐng)假原因5.單擊申請(qǐng)請(qǐng)假按鈕，系統(tǒng)顯示申請(qǐng)請(qǐng)假提交成功擴(kuò)展路徑1.不在該課程請(qǐng)假時(shí)間范圍內(nèi)，請(qǐng)假失敗圖4-10考勤管理用例圖4.3用例和場景表4-18請(qǐng)假管理用例描述用例名稱請(qǐng)假管理用例描述教師在智慧教室系統(tǒng)中審批學(xué)生請(qǐng)假信息參與者教師基本路徑1.在考勤管理菜單中選擇請(qǐng)假管理選項(xiàng)2.選擇請(qǐng)假學(xué)生3.系統(tǒng)顯示請(qǐng)假原因和請(qǐng)假時(shí)間4.單擊同意按鈕，系統(tǒng)顯示該學(xué)生請(qǐng)假成功，或者單擊不同意按鈕，系統(tǒng)顯示該學(xué)生請(qǐng)假不成功圖4-10考勤管理用例圖4.3用例和場景表4-19教室信息管理用例描述圖4-11教室管理用例圖用例名稱教室信息管理用例描述樓管對(duì)教室信息進(jìn)行管理參與者樓管基本路徑1.在教室管理菜單中選擇教室信息管理選項(xiàng)2.選擇增加、刪除、修改、查詢教室信息操作3.輸入相關(guān)信息并確認(rèn)教室信息包括：教室編號(hào)、教室位置、教室類型、座位數(shù)量、教室用途4.系統(tǒng)將相關(guān)數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫中4.3用例和場景表4-20教室使用申請(qǐng)用例描述用例名稱教室使用申請(qǐng)用例描述樓管與教師對(duì)智慧教室使用申請(qǐng)進(jìn)行管理參與者樓管與教師基本路徑1.教師在教室管理菜單中選擇使用申請(qǐng)選項(xiàng)2.選擇增加、刪除、修改、查詢操作3.教師輸入相關(guān)申請(qǐng)信息并提交申請(qǐng)管理信息包括：申請(qǐng)時(shí)間、教室編號(hào)、申請(qǐng)用途、申請(qǐng)人編號(hào)4.樓管對(duì)教室申請(qǐng)信息進(jìn)行確認(rèn)5.系統(tǒng)將相關(guān)數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫中圖4-11教室管理用例圖4.3用例和場景表4-21設(shè)備登記用例描述圖4-12設(shè)備管理詳細(xì)用例圖用例名稱設(shè)備登記用例描述系統(tǒng)管理員登記新設(shè)備參與者系統(tǒng)管理員基本路徑1.在設(shè)備管理菜單中選擇設(shè)備登記選項(xiàng)2.選擇需要登記的設(shè)備3.輸入相關(guān)登記信息并點(diǎn)擊登記登記信息包括：設(shè)備名稱、設(shè)備型號(hào)、生產(chǎn)廠商、產(chǎn)品序列號(hào)、登記的時(shí)間4.相關(guān)信息保存到數(shù)據(jù)庫中4.3用例和場景表4-22設(shè)備分配用例描述用例名稱設(shè)備分配用例描述系統(tǒng)管理員分配設(shè)備到智慧教室參與者系統(tǒng)管理員基本路徑1.在設(shè)備管理菜單中選擇設(shè)備分配選項(xiàng)2.選擇需要分配的設(shè)備3.選擇需要分配到的教室4.確認(rèn)后點(diǎn)擊分配按鈕5.保存到數(shù)據(jù)庫中異常路徑1.設(shè)備無法分配圖4-12設(shè)備管理詳細(xì)用例圖4.3用例和場景表4-23用戶信息管理用例描述圖4-13用戶管理用例圖用例名稱用戶信息管理用例描述系統(tǒng)管理員管理用戶信息參與者系統(tǒng)管理員基本路徑1.在用戶管理菜單中選擇用戶信息管理選項(xiàng)2.選擇增加、刪除、修改、查詢課程信息操作3.輸入相關(guān)信息并確認(rèn)教師信息包括：教師號(hào)、姓名、性別、密碼、手機(jī)、頭像學(xué)生信息包括：學(xué)號(hào)、姓名、性別、密碼、班級(jí)、頭像、手機(jī)號(hào)樓管信息包括：樓管賬號(hào)、姓名、性別、密碼、所處大樓、手機(jī)號(hào)其他人員信息包括：編號(hào)、姓名、性別、密碼、手機(jī)4.系統(tǒng)將相關(guān)數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫中4.3用例和場景表4-24用戶權(quán)限管理用例描述用例名稱用戶權(quán)限管理用例描述系統(tǒng)管理員修改指定的用戶權(quán)限參與者系統(tǒng)管理員基本路徑1.在用戶管理菜單中選中指定用戶2.點(diǎn)擊用戶權(quán)限管理按鈕3.對(duì)用戶權(quán)限進(jìn)行增、刪、改操作4.單擊保存按鈕5.系統(tǒng)提示是否確認(rèn)保存6.確認(rèn)后，系統(tǒng)顯示保存成功圖4-13用戶管理用例圖4.4用戶故事地圖用戶故事（userstory）是從用戶角度來描述用戶渴望得到的功能。它是敏捷過程實(shí)踐中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。一個(gè)基本的用戶故事包括三個(gè)要素：角色、活動(dòng)、商業(yè)價(jià)值，其一般描述格式：“作為什么角色，我想要進(jìn)行什么活動(dòng)（想要什么功能），以此來實(shí)現(xiàn)什么商業(yè)價(jià)值。”例如一個(gè)故事可能是：作為學(xué)生可以查看他（她）的考勤記錄，以了解出勤情況。4.4.1用戶故事4.4用戶故事地圖極限創(chuàng)始人之一RonJeffries提出了一個(gè)關(guān)于用戶故事的3C描述：（1）卡片（Card）：用戶故事一般寫在小的記事卡片上?？ㄆ峡赡軙?huì)寫上故事的簡短描述，工作量估算等。（2）交談（Conversation）：用戶故事背后的細(xì)節(jié)來源于和客戶或者產(chǎn)品負(fù)責(zé)人的交流溝通。（3）確認(rèn)（Confirmation）：通過驗(yàn)收測試確認(rèn)用戶故事被正確完成。用戶故事通常由客戶團(tuán)隊(duì)而不是開發(fā)人員編寫，每個(gè)客戶團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)包括確保軟件符合潛在用戶需求的相關(guān)人員。整個(gè)故事使用商業(yè)用語，而不是技術(shù)術(shù)語。客戶團(tuán)隊(duì)與開發(fā)人員共同確定故事細(xì)節(jié)并安排故事的優(yōu)先級(jí)順序。4.4.1用戶故事一個(gè)好的用戶故事應(yīng)該具有6個(gè)特性：1.獨(dú)立性（Independent）2.可協(xié)商性（Negotiable）3.對(duì)用戶或者客戶有價(jià)值（Valuable）4.可估算性（Estimable）5.短小（Small）6.可測試性（Testable）4.4用戶故事地圖4.4用戶故事地圖用戶故事與用例比較：用戶故事比用例的范圍更小。用例的主要目的是以客戶和開發(fā)人員都可以接受的格式，記錄客戶和開發(fā)團(tuán)隊(duì)之間的協(xié)議。用例描述會(huì)涉及用戶界面和細(xì)節(jié)問題，并在整個(gè)軟件生命周期中都存在。用戶故事主要目的是用于溝通，啟動(dòng)后期的分析和談話，它不涉及更多的細(xì)節(jié)，也不完全對(duì)應(yīng)于用例的主要正常場景，可以被存檔或者拋棄。4.4.1用戶故事4.4用戶故事地圖在編寫合理的用戶故事以后，需要對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行估算并制定各類的項(xiàng)目計(jì)劃。如果以用戶故事來描述系統(tǒng)功能，敏捷方法中通常會(huì)選用故事點(diǎn)來估算用戶故事。故事點(diǎn)是對(duì)故事復(fù)雜度、工作量或工期的相對(duì)估算。例如，一個(gè)故事點(diǎn)可以定義為沒有打擾情況下一個(gè)理想工作日所能完成的工作。4.4.2用戶故事估算和計(jì)劃4.4用戶故事地圖4.4.2用戶故事估算和計(jì)劃WidebandDelph估算法用迭代方式進(jìn)行估算：1.所有參與的客戶和開發(fā)人員聚在一起，由客戶隨機(jī)抽取第一個(gè)故事開始，詳細(xì)講解故事直到所有人都清楚了解這個(gè)故事。2.然后每個(gè)開發(fā)人員以團(tuán)隊(duì)共同定義的一個(gè)故事點(diǎn)可以完成的任務(wù)為單位，先寫下自己估算這個(gè)故事的完成時(shí)間。3.接著大家展示自己的估算，然后每個(gè)人解釋為什么估算出這個(gè)值。4.經(jīng)過討論和再次個(gè)人估算，直到經(jīng)過論證，團(tuán)隊(duì)估算出一個(gè)所有人都認(rèn)可的值，再繼續(xù)下一個(gè)故事的估算。4.4用戶故事地圖4.4.2用戶故事估算和計(jì)劃在估算數(shù)個(gè)故事后，對(duì)估算結(jié)果做三角測量：在估算一個(gè)故事時(shí)，根據(jù)這個(gè)故事與其他一個(gè)或多個(gè)故事的關(guān)系來估算。假定一個(gè)故事估算為4個(gè)故事點(diǎn)，第二個(gè)故事為2個(gè)故事點(diǎn)，把這兩個(gè)故事放在一起考慮的時(shí)候，程序員都應(yīng)該認(rèn)可4個(gè)故事點(diǎn)的故事大小是2個(gè)故事點(diǎn)的故事的2倍，其他3個(gè)故事點(diǎn)的故事的大小應(yīng)該介于4個(gè)故事點(diǎn)的故事和2個(gè)故事點(diǎn)的故事之間。如果上面的三角測量的結(jié)果不對(duì)，團(tuán)隊(duì)就應(yīng)該重新估算。4.4用戶故事地圖4.4.3用戶故事地圖JeffPatton提出用戶故事地圖（UserStoryMapping），以結(jié)構(gòu)化的方式來組織用戶故事圖4-14用戶故事地圖舉例4.4用戶故事地圖4.4.3用戶故事地圖圖4-15智慧教室用戶故事地圖的脈絡(luò)5個(gè)主要步驟：（1）產(chǎn)品的定義（2）梳理骨干故事（3）拆分故事（4）確定優(yōu)先級(jí)和發(fā)布計(jì)劃（5）反饋修正故事小結(jié)1.了解有關(guān)需求的基本知識(shí)。2.掌握需求工程的主要活動(dòng)及它們之間的關(guān)系。3.掌握需求獲取主要方法。4.掌握通過用例和場景對(duì)需求建模。5.掌握用戶故事地圖建立項(xiàng)目需求。作業(yè)與思考作業(yè)：1.試對(duì)智慧教室的物聯(lián)設(shè)備做進(jìn)一步探究，了解相關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域

，建立物聯(lián)設(shè)備的術(shù)語表。2.請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)教材以外的一個(gè)智慧教室的應(yīng)用場景，并對(duì)本節(jié)中的用例加以改進(jìn)。3.請(qǐng)給出“查看考勤結(jié)果”用例描述。4.選取一個(gè)實(shí)例，用用戶故事地圖來建立實(shí)例的二維視圖。思考：1.如何理解“如果產(chǎn)品能以20%的功能滿足80%的人的需求，那么這個(gè)產(chǎn)品就成功了一大步”這句話。它的背后隱含著什么定律或者原則。第5章

需求分析本章學(xué)習(xí)目標(biāo)1.理解需求分析的主要任務(wù)。2.理解不同需求分析方法解決問題的本質(zhì)3.掌握傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化分析方法。4.掌握面向?qū)ο蟮姆治龇椒ā?.熟練應(yīng)用UML建立需求分析模型。6.了解軟件形式化分析技術(shù)。

面向數(shù)據(jù)流的結(jié)構(gòu)化分析1形式化分析技術(shù)5結(jié)構(gòu)化分析實(shí)例2面向?qū)ο蟮姆治?面向?qū)ο蠓治鰧?shí)例4需求分析的主要任務(wù)在需求工程的起始階段，項(xiàng)目利益相關(guān)者建立起基本的問題需求，定義重要的項(xiàng)目約束條件并描述項(xiàng)目的功能和主要特征。這些信息經(jīng)過各種需求收集活動(dòng)后，在需求導(dǎo)出階段記錄下來。在進(jìn)入需求的精化階段，需求會(huì)得到進(jìn)一步的精煉，并擴(kuò)展為分析模型。創(chuàng)建需求分析模型原則Ariow和Neustadt提出了在創(chuàng)建需求分析模型時(shí)應(yīng)注意的原則：（1）分析模型應(yīng)關(guān)注問題域或業(yè)務(wù)域內(nèi)可見的需求，并注意提高抽象級(jí)別。（2）分析模型的每個(gè)元素都應(yīng)能增加對(duì)軟件需求的整體理解，并提供對(duì)信息域、功能和系統(tǒng)行為域的深入理解。（3）關(guān)于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和其他非功能的模型應(yīng)推遲到設(shè)計(jì)階段再考慮。（4）應(yīng)最小化整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的關(guān)聯(lián)，減少類和功能間的直接依賴關(guān)系和相互作用。（5）確認(rèn)分析模型為項(xiàng)目所有利益相關(guān)者都能帶來價(jià)值。（6）盡可能保持模型簡潔。需求建模方法在需求建模過程中，軟件工程具體關(guān)注的焦點(diǎn)是“系統(tǒng)要做什么”，而不是“系統(tǒng)該怎么做”。關(guān)注的主要問題有“在特定的應(yīng)用環(huán)境下，發(fā)生了哪些用戶交互？系統(tǒng)處理哪些對(duì)象？系統(tǒng)必須執(zhí)行什么功能？系統(tǒng)對(duì)外界展示什么行為？系統(tǒng)與外界有哪些接口？受到什么樣的約束？”等。需求建模方法傳統(tǒng)的面向數(shù)據(jù)和面向處理的需求建模方法被稱為結(jié)構(gòu)化分析，其中處理是將數(shù)據(jù)作為獨(dú)立實(shí)體加以轉(zhuǎn)換，表示了數(shù)據(jù)對(duì)象在系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)是如何處理和如何轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。面向?qū)ο蟮男枨蠓治龇椒?，則是關(guān)注于識(shí)別和定義類，通過類之間的協(xié)作來響應(yīng)客戶的需求。5.1.1半形式化分析技術(shù)（1）數(shù)據(jù)流圖數(shù)據(jù)流圖有時(shí)也被稱為數(shù)據(jù)流程圖（DataFlowDiagram，簡稱DFD），是一種便于用戶理解和分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程的圖形工具。表5-1數(shù)據(jù)流程圖基本符號(hào)5.1面向數(shù)據(jù)流的結(jié)構(gòu)化分析5.1面向數(shù)據(jù)流的結(jié)構(gòu)化分析在繪制分層數(shù)據(jù)流圖時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：①自頂向下、逐層分解。②數(shù)據(jù)流必須經(jīng)過加工環(huán)節(jié)。③每個(gè)加工必須既有輸入數(shù)據(jù)流，又有輸出數(shù)據(jù)流。④數(shù)據(jù)存儲(chǔ)環(huán)節(jié)一般作為兩個(gè)加工環(huán)節(jié)的界面來安排。⑤適當(dāng)?shù)貫閿?shù)據(jù)流、加工、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、外部實(shí)體命名，名字應(yīng)反映該成分的實(shí)際含義，避免空洞的名字。在繪制分層數(shù)據(jù)流圖時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：⑥編號(hào)。⑦保持?jǐn)?shù)據(jù)守恒。⑧局部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的隱蔽性。⑨保持父圖與子圖平衡。⑩只繪制所描述的系統(tǒng)穩(wěn)定工作情況下的數(shù)據(jù)流圖。?畫數(shù)據(jù)流而不要畫控制流。5.1面向數(shù)據(jù)流的結(jié)構(gòu)化分析（2）判定樹和判決表判定樹又稱決策樹（decisiontree），是一種描述加工的圖形工具，適合描述問題處理中具有多個(gè)判斷，并且每個(gè)決策與若干條件有關(guān)，導(dǎo)致不同的結(jié)果。5.1面向數(shù)據(jù)流的結(jié)構(gòu)化分析例如有關(guān)退票改簽費(fèi)有如下規(guī)定：

開車前8天（不含）以上退票的，不收取退票費(fèi)；票面乘車站開車時(shí)間前48小時(shí)以上的按票價(jià)5%計(jì)，24小時(shí)以上、不足48小時(shí)的按票價(jià)10%計(jì)，不足24小時(shí)的按票價(jià)20%計(jì)。辦理車票改簽時(shí)，新車票票價(jià)高于原車票的，收取票價(jià)差額。新車票票價(jià)等于原車票，不收取費(fèi)用。新車票票價(jià)低于原車票的，退還差額。5.1面向數(shù)據(jù)流的結(jié)構(gòu)化分析圖5-1判定樹表示購票5.1面向數(shù)據(jù)流的結(jié)構(gòu)化分析表5-2購買火車票判定表5.1面向數(shù)據(jù)流的結(jié)構(gòu)化分析（3）數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)字典是元數(shù)據(jù)(metadata)的結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)庫，它提供所用數(shù)據(jù)的全面描述。其主要目的是提供一種共同的語言，以幫助軟件項(xiàng)目的涉眾理解數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)的含義以及數(shù)據(jù)與其他數(shù)據(jù)元素的關(guān)系。在結(jié)構(gòu)化分析中，數(shù)據(jù)字典的作用是給數(shù)據(jù)流圖中每個(gè)成分加以定義和說明，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。5.1面向數(shù)據(jù)流的結(jié)構(gòu)化分析1.數(shù)據(jù)項(xiàng)：數(shù)據(jù)流圖中數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)項(xiàng)說明。數(shù)據(jù)項(xiàng)描述={數(shù)據(jù)項(xiàng)名，數(shù)據(jù)項(xiàng)含義說明，別名，數(shù)據(jù)類型，長度，取值范圍，取值含義，與其他數(shù)據(jù)項(xiàng)的邏輯關(guān)系}2.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)流圖中數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)說明。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述={數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)名，含義說明，組成：{數(shù)據(jù)項(xiàng)或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)}}3.數(shù)據(jù)流：數(shù)據(jù)流圖中流線的說明。數(shù)據(jù)流描述={數(shù)據(jù)流名，說明，數(shù)據(jù)流來源，數(shù)據(jù)流去向，組成：{數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)}，平均流量，高峰期流量}4.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：數(shù)據(jù)流圖中數(shù)據(jù)塊的存儲(chǔ)特性說明。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)描述={數(shù)據(jù)存儲(chǔ)名，說明，編號(hào)，流入的數(shù)據(jù)流，流出的數(shù)據(jù)流，組成：{數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)}，數(shù)據(jù)量，存取方式}5.處理過程：數(shù)據(jù)流圖中功能塊也就是加工的說明。處理過程描述={處理過程名，說明，輸入：{數(shù)據(jù)流}，輸出：{數(shù)據(jù)流}，處理：{簡要說明}}5.1面向數(shù)據(jù)流的結(jié)構(gòu)化分析5.1.2

Gane和Sarsen結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)分析Gane和Sarsen的結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)分析方法作為主流的傳統(tǒng)需求分析技術(shù)是以系統(tǒng)中數(shù)據(jù)流動(dòng)為重點(diǎn)，對(duì)數(shù)據(jù)出入系統(tǒng)邊界形態(tài)、系統(tǒng)內(nèi)部處理進(jìn)行研究來分析用戶的要求。其分析過程分為9個(gè)步驟。5.1面向數(shù)據(jù)流的結(jié)構(gòu)化分析分析過程分為以下9個(gè)步驟：（1）在需求初步獲取的基礎(chǔ)上運(yùn)用逐步求精的方法畫數(shù)據(jù)流圖，數(shù)據(jù)流圖分層描述。（2）決定軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流圖中哪些部分。（3）確定數(shù)據(jù)流圖中數(shù)據(jù)流的細(xì)節(jié)。（4）定義數(shù)據(jù)流圖中加工的處理邏輯。（5）定義數(shù)據(jù)流圖中涉及的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。（6）定義滿足項(xiàng)目需要的物理資源。（7）確定項(xiàng)目需要滿足的輸入－輸出規(guī)格說明。（8）確定系統(tǒng)中輸入數(shù)據(jù)、中間計(jì)算結(jié)果、輸出數(shù)據(jù)的大小。（9）根據(jù)步驟（8）中的計(jì)算結(jié)果，確定硬件要求和約束。5.1面向數(shù)據(jù)流的結(jié)構(gòu)化分析5.2結(jié)構(gòu)化分析實(shí)例5.2.1逐步求精數(shù)據(jù)流圖智慧教室是一個(gè)較為復(fù)雜的問題，一次性得到一張完整的DFD比較困難，可以按照系統(tǒng)抽象層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行逐步求精，并采用分層數(shù)據(jù)流圖表示。圖5-2頂層數(shù)據(jù)流圖圖5-3第一次細(xì)化數(shù)據(jù)流圖5.2結(jié)構(gòu)化分析實(shí)例圖5-4課堂管理細(xì)化數(shù)據(jù)流圖5.2結(jié)構(gòu)化分析實(shí)例圖5-5人臉考勤管理細(xì)化數(shù)據(jù)流圖5.2結(jié)構(gòu)化分析實(shí)例5.2.2定義數(shù)據(jù)字典表5-3人臉考勤管理數(shù)據(jù)字典部分詞條5.2結(jié)構(gòu)化分析實(shí)例5.2.3建造實(shí)體-關(guān)系模型5.2結(jié)構(gòu)化分析實(shí)例面向?qū)ο蠓治?.3.1面向?qū)ο蠓椒ê徒Y(jié)構(gòu)化方法結(jié)構(gòu)化方法求解問題的基本策略是從功能的角度審視問題域。它將應(yīng)用程序看成實(shí)現(xiàn)某些特定任務(wù)的功能模塊。在每個(gè)功能模塊中，用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述待處理數(shù)據(jù)的組織形式，用算法描述具體的操作過程。在面向?qū)ο蟮募夹g(shù)中，對(duì)象由數(shù)據(jù)和操作組成。對(duì)程序設(shè)計(jì)者而言，對(duì)象是一個(gè)具有信息性內(nèi)聚的程序模塊；對(duì)其他用戶而言，對(duì)象是程序提供給他們的服務(wù)，通過知悉對(duì)象接口形式就可以調(diào)用，并不需要了解它們的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。5.3面向?qū)ο蠓治?.3.2面向?qū)ο蠓治鲋械闹饕夹g(shù)面向?qū)ο蠓治觯∣OA）是一種半形式化的分析技術(shù)。在多種面向?qū)ο蟮能浖こ谭椒ㄖ?，比較有影響的應(yīng)用有Booch、OOSE、OMT，以及后面出現(xiàn)的統(tǒng)一過程等。5.3面向?qū)ο蠓治?.3.2面向?qū)ο蠓治鲋械闹饕夹g(shù)GradyBooch是面向?qū)ο蠓椒ㄗ钤绲某珜?dǎo)者之一。他于1986年提出了“面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)（OOAD）”。

Booch提出的開發(fā)模型包括邏輯模型、物理模型、靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型。①發(fā)現(xiàn)類和對(duì)象，在一定抽象層面標(biāo)識(shí)出類和對(duì)象；②確定類和對(duì)象的語義，將期望的行為賦予對(duì)象類；③標(biāo)識(shí)類和對(duì)象之間的關(guān)系。Booch方法有很強(qiáng)的表達(dá)能力，其迭代和增量的思想對(duì)很多軟件工程開發(fā)設(shè)計(jì)階段的建模提供了重要的指導(dǎo)。5.3面向?qū)ο蠓治鯫MT（ObjectModelingTechnique）方法是由Loomis，Shan和JamesRumbaugh在最先提出的實(shí)體和關(guān)系模型基礎(chǔ)上進(jìn)一步擴(kuò)展了類、行為以及繼承等得來。①對(duì)象模型：表述對(duì)象靜態(tài)的結(jié)構(gòu)以及它們之間的相互作用關(guān)系。②動(dòng)態(tài)模型：描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的變化特點(diǎn)，包括狀態(tài)和活動(dòng)等。③功能模型：描述與數(shù)據(jù)值的變換有關(guān)的系統(tǒng)特征，不同數(shù)據(jù)值之間在系統(tǒng)內(nèi)的轉(zhuǎn)換，包括處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)流等概念。5.3面向?qū)ο蠓治鯦acobson提出了“面向?qū)ο筌浖こ蹋∣OSE）”方法，其核心是用例驅(qū)動(dòng)，建立面向?qū)ο蟮姆治瞿Ｐ秃驮O(shè)計(jì)模型。主要用五種模型來描述系統(tǒng)：①需求模型（Requirementmodel，簡稱RM）。②分析模型（Analysismodel，AM）。③設(shè)計(jì)模型（Designmodel，簡稱DM）。④實(shí)現(xiàn)模型（Implementationmodel，IM）。⑤測試模型（Testingmodel，簡稱TM）。OOSE的開發(fā)活動(dòng)主要包括分析、構(gòu)造、測試三個(gè)過程。5.3面向?qū)ο蠓治鼋y(tǒng)一過程使用統(tǒng)一建模語言（UnifiedModelingLanguage，簡稱UML）來表示要開發(fā)的軟件。UML是面向?qū)ο箝_發(fā)中一種通用的圖形化建模語言?；赨ML建模可以分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩類：基于用例圖、對(duì)象圖以及類圖等創(chuàng)建的模型為靜態(tài)模型，基于狀態(tài)圖、活動(dòng)圖等創(chuàng)建的模型為動(dòng)態(tài)模型。表5-4UML部分語法描述5.3面向?qū)ο蠓治?.3.3面向?qū)ο蟮姆治龇椒ê椭饕襟E面向?qū)ο蠓治龅哪繕?biāo)主要是完成對(duì)求解問題的分析，建立系統(tǒng)的需求分析模型，包括對(duì)象模型、動(dòng)態(tài)模型和功能模型等。（1）對(duì)象模型：對(duì)用例模型進(jìn)行分析，把系統(tǒng)分解成互相協(xié)作的分析類，通過類圖和對(duì)象圖描述對(duì)象、對(duì)象的屬性以及對(duì)象間的關(guān)系。對(duì)象模型是對(duì)系統(tǒng)的靜態(tài)建模。（2）動(dòng)態(tài)模型：描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為，通過順序圖、協(xié)作圖描述對(duì)象的交互，以揭示對(duì)象間如何協(xié)作來完成每個(gè)具體的用例。單個(gè)對(duì)象的狀態(tài)變化、動(dòng)態(tài)行為可以通過狀態(tài)圖來表示。（3）功能模型：描述系統(tǒng)應(yīng)該做什么，最直接地反映了用戶對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)的需求。通常功能模型由一組數(shù)據(jù)流圖或一組用例圖組成。5.3面向?qū)ο蠓治?.3.3面向?qū)ο蟮姆治龇椒ê椭饕襟E可以把面向?qū)ο蟮姆治鲞^程分成三個(gè)主要活動(dòng)：用例建模、類建模和動(dòng)態(tài)建模。(1)

用例建模：建立以用例模型為主體的需求模型，提出所有用例的場景，又稱功能建模。(2)類建模：確定類和它們的屬性，以及類間的相互關(guān)系和交互作用。(3)動(dòng)態(tài)建模：確定由每個(gè)類或者子類執(zhí)行的活動(dòng)或?qū)λ鼈冞M(jìn)行的行為。5.3面向?qū)ο蠓治?.3.3面向?qū)ο蟮姆治龇椒ê椭饕襟E面向?qū)ο蠓治鰪某槿☆愰_始。5.3表5-5

類的構(gòu)造表達(dá)面向?qū)ο蠓治?.3.3面向?qū)ο蟮姆治龇椒ê椭饕襟E實(shí)體類的提取可以按照如下步驟進(jìn)行：1）提出所有用例的可能場景，包括正常場景和異常場景。2）標(biāo)識(shí)出這些用例和場景中的實(shí)體類（包括屬性和方法，

也可以在面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)時(shí)深入探索）。3）確定實(shí)體類結(jié)構(gòu)和層次。4）確定實(shí)體類之間的交互關(guān)系。5.3面向?qū)ο蠓治?.3.3面向?qū)ο蟮姆治龇椒ê椭饕襟E用例是系統(tǒng)功能的一般性描述，場景是用例的一個(gè)特定實(shí)例。系統(tǒng)每個(gè)用例可以通過由實(shí)體類、邊界類、控制類相互關(guān)聯(lián)的類圖來表示。用例的場景通過這些類的對(duì)象之間的交互關(guān)系和交互行為來實(shí)現(xiàn)，可以通過順序圖、協(xié)作圖等來對(duì)這個(gè)場景進(jìn)行動(dòng)態(tài)建模。在面向?qū)ο蠓治鲞^程中，有多種方法可以幫助提取實(shí)體類。5.3面向?qū)ο蠓治?.3.3面向?qū)ο蟮姆治龇椒ê椭饕襟E（1）用例識(shí)別從用例和場景中識(shí)別類是提取類的一種主要方法。針對(duì)每個(gè)用例，我們可以通過回答以下問題來識(shí)別出候選類：①用例或者場景描述，需要哪些實(shí)體參與合作以完成任務(wù)？②用例或者場景描述中，會(huì)生成或者存儲(chǔ)哪些需要長期保存的信息？③用例使用者需要向用例輸入的信息有哪些？④用例向使用者輸出的信息有哪些？⑤用例需要對(duì)哪些設(shè)備進(jìn)行操作？5.3面向?qū)ο蠓治觯?）名詞識(shí)別法首先用指定語言對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行簡要的描述，通常用一個(gè)段落即可；接著從這段描述中標(biāo)識(shí)出名詞、代詞、名詞短語，并將其表示成初始的候選類；然后通過回答以下問題進(jìn)一步確定類。①是否存在兩個(gè)及以上類，表述的是同一個(gè)信息，刪除冗余的候選類，僅保留一個(gè)具有描述能力的候選類。②刪除處于系統(tǒng)邊界之外的類，即去掉不相干的候選類。③刪除定義不確切，或者范圍過大的模糊的候選類。④刪除獨(dú)立性不清，應(yīng)該屬于類的屬性的候選類。⑤刪除獨(dú)立性不強(qiáng)，應(yīng)該屬于類的操作的候選類。5.3面向?qū)ο蠓治觯?）CRC卡片1990年Wiener提出了類—職責(zé)—協(xié)作建模（Class-Responsibility-Collaboration，簡稱CRC）。CRC模型在開始時(shí)是用卡片記錄，將每個(gè)類的類名、功能（職責(zé)）和它要需要調(diào)用其他類的列表放在一張卡片中。5.35.4.1功能建模表5-6查看考勤結(jié)果用例場景描述面向?qū)ο蠓治鰧?shí)例5.45.4.1功能建模圖5-7查看考勤結(jié)果活動(dòng)圖面向?qū)ο蠓治鰧?shí)例5.4面向?qū)ο蠓治鰧?shí)例5.4.1功能建模表5-8

活動(dòng)圖基本組成描述5.45.4.2類建模根據(jù)人臉考勤用例可以得到下列類：（1）實(shí)體類①考勤記錄：記錄用戶每一次的考勤結(jié)果。②采集人臉信息：保存教室現(xiàn)場采集的考勤人臉特征信息。③學(xué)生信息：保存學(xué)生信息包括學(xué)生人臉信息。（2）控制類①人臉考勤：負(fù)責(zé)處理考勤過程中系統(tǒng)特定指令和動(dòng)作。（3）邊界類①攝像頭接口：負(fù)責(zé)獲取教室圖像信息。②教師界面：教師與系統(tǒng)交流的媒介。面向?qū)ο蠓治鰧?shí)例5.45.4.2類建模圖5-8考勤管理用例的初始類圖面向?qū)ο蠓治鰧?shí)例5.45.4.2類建模圖5-9用戶管理用例的初始類圖面向?qū)ο蠓治鰧?shí)例5.45.4.2類建模圖5-10智慧教室管理系統(tǒng)部分用例合并得到的初始類圖面向?qū)ο蠓治鰧?shí)例5.45.4.3動(dòng)態(tài)建模

（1）狀態(tài)圖表5-9狀態(tài)圖基本組成描述面向?qū)ο蠓治鰧?shí)例5.45.4.3動(dòng)態(tài)建模

在狀態(tài)圖中，事件（Event）、動(dòng)作（Action）、以及活動(dòng)（Activity），在描述狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換和狀態(tài)行為時(shí)起著關(guān)鍵作用。事件是引起狀態(tài)轉(zhuǎn)換或觸發(fā)狀態(tài)中行為的觸發(fā)器。它可以是外部的信號(hào)、條件的改變、用戶的操作等。事件表示狀態(tài)變化的原因或起因。動(dòng)作是在狀態(tài)機(jī)中執(zhí)行的某種行為或操作，它通常與狀態(tài)轉(zhuǎn)換相關(guān)聯(lián)，描述了狀態(tài)從一個(gè)狀態(tài)到另一個(gè)狀態(tài)的具體動(dòng)作。動(dòng)作是狀態(tài)機(jī)中可以執(zhí)行的原子操作。活動(dòng)是狀態(tài)機(jī)中一個(gè)狀態(tài)執(zhí)行的一系列操作或任務(wù)。它是狀態(tài)中進(jìn)行的非原子操作，可以描述狀態(tài)內(nèi)部的活動(dòng)流程，而不是僅僅描述狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。面向?qū)ο蠓治鰧?shí)例5.45.4.3動(dòng)態(tài)建模

（1）狀態(tài)圖圖5-11學(xué)生考勤狀態(tài)圖面向?qū)ο蠓治鰧?shí)例5.45.4.3動(dòng)態(tài)建模

（2）順序圖表5-10順序圖基本組成描述面向?qū)ο蠓治鰧?shí)例5.45.4.3動(dòng)態(tài)建模

（2）順序圖圖5-12人臉考勤順序圖面向?qū)ο蠓治鰧?shí)例5.45.4.3動(dòng)態(tài)建模

（2）順序圖圖5-13教師查詢考勤記錄順序圖面向?qū)ο蠓治鰧?shí)例5.45.4.3動(dòng)態(tài)建模

（3）協(xié)作圖表5-11協(xié)作圖中的部分符號(hào)面向?qū)ο蠓治鰧?shí)例5.45.4.3動(dòng)態(tài)建模

（3）協(xié)作圖圖5-14教師查詢考勤結(jié)果協(xié)作圖面向?qū)ο蠓治鰧?shí)例5.4形式化分析技術(shù)形式化方法（FormalMethods）是驗(yàn)證軟件系統(tǒng)是否高度安全可靠的重要方法，是提高軟件質(zhì)量的有效途徑。在軟件工程領(lǐng)域，形式化方法是基于數(shù)學(xué)的描述和驗(yàn)證軟件系統(tǒng)的一種方法。形式化方法利用數(shù)學(xué)的嚴(yán)密性去證明系統(tǒng)的正確性，形成一套嚴(yán)密的理論體系，提供一個(gè)完整的框架，使得人們可以在這個(gè)框架中以一種系統(tǒng)的方式描述和驗(yàn)證軟件系統(tǒng)。5.5形式化方法可以分為以下五類：（1）基于模型的方法：通過明確定義狀態(tài)和操作來建立一個(gè)系統(tǒng)模型，顯式說明系統(tǒng)如何從一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)狀態(tài)，例如Z語言、VDM和B方法等。（2）基于網(wǎng)絡(luò)的方法：采用具有形式語義的圖形語言，例如Petri網(wǎng)、狀態(tài)機(jī)等。（3）進(jìn)程代數(shù)方法：通過限制所有容許的可觀察的進(jìn)程間通信來表示系統(tǒng)行為，允許并發(fā)進(jìn)程的顯式表示，例如通信順序進(jìn)程CSP、通信系統(tǒng)演算CCS、時(shí)序排序規(guī)約語言LOTOS、計(jì)時(shí)通信順序進(jìn)程TCSP、計(jì)時(shí)可能性演算TPCCS等。形式化分析技術(shù)5.5形式化方法可以分為以下五類：（4）基于邏輯的方法：用邏輯描述系統(tǒng)底層規(guī)約、時(shí)序和行為等，采用與所選邏輯相關(guān)的公理系統(tǒng)證明系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。利用具體的編程構(gòu)造擴(kuò)充邏輯，通過保持正確性的細(xì)化步驟集來開發(fā)系統(tǒng)。這類方法有各類時(shí)序邏輯TL、hoare邏輯、WP演算、模態(tài)邏輯等。（5）代數(shù)方法：通過將未定義狀態(tài)下不同的操作行為相聯(lián)系，給出操作的顯式定義。這類方法有OBJ、Larch族代數(shù)規(guī)約語言等。形式化分析技術(shù)5.5汽車無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)CSP模型//模型需要的常量定義#defineN2;//車鑰匙擁有者數(shù)目（2人）#definefar0;//人離汽車遠(yuǎn)#definenear1;//人離汽車近，有鑰匙的話可以開車門#definein2;//人在車?yán)?defineoff0;//汽車發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)#defineon1;//汽車發(fā)動(dòng)機(jī)開#defineunlock0;//車門關(guān)閉但沒鎖#definelock1;//車門鎖住#defineopen2;//車門開著#defineincar-1;//鑰匙在車?yán)?definefaralone-2;//鑰匙不在車?yán)锴译x車很遠(yuǎn)形式化分析技術(shù)5.5//模型需要的變量定義varowner[N]={far,far};//人的位置，編號(hào)分別是0和1，初始時(shí)2人都離車很遠(yuǎn)varengine=off;//發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)，初始時(shí)關(guān)閉vardoor=lock;//車門的狀態(tài)，初始時(shí)門是鎖住的varkey=0;//車鑰匙歸屬，初始時(shí)在0號(hào)人處varmoving=0;//汽車移動(dòng)狀態(tài)，0是停止，1是移動(dòng)varfuel=10;//發(fā)動(dòng)機(jī)油耗，1表示短距離，5表示長距離//人的行為模型，其中i表示人的編號(hào)（這個(gè)模型中可以是0也可以是1），“[]”表示前后連接的行為可以任意選擇，“[條件]”表示滿足條件才能進(jìn)行條件后的行為（斜體字部分），“{運(yùn)算}”表示行為發(fā)生時(shí)改變一些變量的值，箭頭表示行為發(fā)生先后順序，“&&”和“||”分別表示邏輯并或者邏輯或owner_pos(i)=[owner[i]==far]towards.i{owner[i]=near;}->owner_pos(i)[][owner[i]==near]goaway.i{owner[i]=far;}->owner_pos(i)[][owner[i]==near&&door==open&&moving==0]getin.i{owner[i]=in;}->owner_pos(