《軟件工程基礎(chǔ)》第3章 結(jié)構(gòu)化分析建模

1、3.1 軟件需求分析階段的任務(wù)可以把軟件需求分析階段的工作分為4個(gè)步驟，即獲取需求、分析需求、定義需求和驗(yàn)證需求，如圖所示。 軟件需求分析階段的工作步驟 3.1 軟件需求分析階段的任務(wù)需求獲取 通過(guò)啟發(fā)、引導(dǎo)從客戶（或用戶）那里得到的原始需求是他們的業(yè)務(wù)要求（needs），簡(jiǎn)稱為N。 這是分析之前獲取的需求，其中可能存在一些實(shí)際問(wèn)題，這些問(wèn)題只有通過(guò)分析才能得到解決，直接把獲取的需求作為軟件設(shè)計(jì)階段的依據(jù)將會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。 3.1 軟件需求分析階段的任務(wù)需求分析 認(rèn)真研究獲取的需求，必須考慮以下幾方面： (1) 完整性：每項(xiàng)獲取的需求都應(yīng)給出清楚的描述，使得軟件開(kāi)發(fā)工作能夠取得設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)該功

2、能所需要的全部必要信息。 (2) 正確性：獲取的每項(xiàng)需求必須是準(zhǔn)確無(wú)誤的，并且需求描述無(wú)歧義性。 (3) 合理性：各項(xiàng)需求之間、軟件需求與系統(tǒng)需求之間應(yīng)是協(xié)調(diào)一致的，不應(yīng)存在矛盾和沖突。 3.1 軟件需求分析階段的任務(wù)需求分析 (4) 可行性：包括技術(shù)可行性 、經(jīng)濟(jì)可行性 、社會(huì)可行性 。 (5) 充分性：獲取的需求是否全面、周到。 3.1 軟件需求分析階段的任務(wù)需求分析 由于分析的過(guò)程會(huì)對(duì)獲取的需求做部分調(diào)整，也即從獲取的需求N中去掉了一些a，又補(bǔ)充了一些c，從而得到的是分析的需求R1（b+c）。 3.1 軟件需求分析階段的任務(wù)需求定義 將已經(jīng)過(guò)分析的需求清晰、全面、系統(tǒng)、準(zhǔn)確地描述成為正式

3、的文檔，這一步定義需求的工作就是編寫需求規(guī)格說(shuō)明。 3.1 軟件需求分析階段的任務(wù)需求驗(yàn)證 為了確保已定義的需求（需求規(guī)格說(shuō)明）準(zhǔn)確無(wú)誤，并能為客戶（或用戶）理解和接受，需要對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的評(píng)審。 3.2 結(jié)構(gòu)化分析方法簡(jiǎn)介結(jié)構(gòu)化分析方法傳統(tǒng)的分析建模方法稱為結(jié)構(gòu)化分析（structured analysis，SA）方法。最有代表性的是一種面向數(shù)據(jù)流進(jìn)行需求分析的方法，最初于20世紀(jì)70年代由D.Ross提出，后來(lái)又經(jīng)過(guò)擴(kuò)充，形成了今天的結(jié)構(gòu)化分析方法的框架。 3.2 結(jié)構(gòu)化分析方法簡(jiǎn)介結(jié)構(gòu)化分析模型 結(jié)構(gòu)化分析方法是一種建模技術(shù)，它建立的分析模型如圖所示。3.3 功能建模概念 功能建模的思想就

4、是用抽象模型的概念，按照軟件內(nèi)部數(shù)據(jù)傳遞、變換的關(guān)系，自頂向下逐層分解，直到找到滿足功能要求的所有可實(shí)現(xiàn)的軟件為止。功能模型用數(shù)據(jù)流圖來(lái)描述。3.3 功能建模數(shù)據(jù)流圖的基本圖形符號(hào)3.3 功能建模 多個(gè)數(shù)據(jù)流之間的關(guān)系 3.3 功能建模環(huán)境圖環(huán)境圖（context diagram）也稱為頂層數(shù)據(jù)流圖（或0層數(shù)據(jù)流圖），它僅包括一個(gè)數(shù)據(jù)處理過(guò)程，也就是要開(kāi)發(fā)的目標(biāo)系統(tǒng)。環(huán)境圖的作用是確定系統(tǒng)在其環(huán)境中的位置，通過(guò)確定系統(tǒng)的輸入和輸出與外部實(shí)體的關(guān)系確定其邊界。3.3 功能建模典型的環(huán)境圖招生系統(tǒng)需求描述學(xué)校首先公布招生條件，考生根據(jù)自己的條件報(bào)名，之后系統(tǒng)進(jìn)行資格審查，并給出資格審查信息；對(duì)于資

5、格審查合格的考生可以參加答卷，系統(tǒng)根據(jù)學(xué)校提供的試題及答案進(jìn)行自動(dòng)判卷，并給出分?jǐn)?shù)及答題信息，供考生查詢；最后系統(tǒng)根據(jù)學(xué)校的錄取分?jǐn)?shù)線進(jìn)行錄取，并將錄取信息發(fā)送給考生。 3.3 功能建模招生系統(tǒng)的環(huán)境圖 3.3 功能建模數(shù)據(jù)流圖的分層對(duì)于稍微復(fù)雜一些的實(shí)際問(wèn)題，在數(shù)據(jù)流圖上常常出現(xiàn)十幾個(gè)甚至幾十個(gè)加工，這樣的數(shù)據(jù)流圖看起來(lái)不直觀，不易理解，分層的數(shù)據(jù)流圖能很好地解決這一問(wèn)題。按照系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行逐步分解，并以分層的數(shù)據(jù)流圖反映這種結(jié)構(gòu)關(guān)系，能清楚地表達(dá)和容易理解整個(gè)系統(tǒng)。 3.3 功能建模招生系統(tǒng)的分層數(shù)據(jù)流圖 3.3 功能建模數(shù)據(jù)流圖的分層示意圖 3.3 功能建模實(shí)例研究 銀行儲(chǔ)蓄系統(tǒng)的業(yè)

6、務(wù)流程：儲(chǔ)戶填寫的存款單或取款單由業(yè)務(wù)員鍵入系統(tǒng)；如果是存款則系統(tǒng)記錄存款人姓名、住址（或電話號(hào)碼）、身份證號(hào)碼、存款類型、存款日期、到期日期、利率、密碼（可選）等信息，并印出存單給儲(chǔ)戶；如果是取款而且開(kāi)戶時(shí)留有密碼，則系統(tǒng)首先核對(duì)儲(chǔ)戶密碼，若密碼正確或存款時(shí)未留密碼，則系統(tǒng)計(jì)算利息并印出利息清單給儲(chǔ)戶。要求畫出分層的數(shù)據(jù)流圖，并細(xì)化到2層數(shù)據(jù)流圖。3.3 功能建模(1) 識(shí)別外部實(shí)體及輸入輸出數(shù)據(jù)流。外部實(shí)體：儲(chǔ)戶、業(yè)務(wù)員。輸入數(shù)據(jù)：如果需要儲(chǔ)戶輸入密碼，儲(chǔ)戶才直接與系統(tǒng)進(jìn)行交互。儲(chǔ)戶填寫的存款或取款信息通過(guò)業(yè)務(wù)員鍵入系統(tǒng)，可以將存款及取款信息抽象為事務(wù)。輸出數(shù)據(jù)：存款單，利息清單。 3.3

7、 功能建模(2) 畫出環(huán)境圖（頂層數(shù)據(jù)流圖） 3.3 功能建模(3) 畫出一層數(shù)據(jù)流圖 3.3 功能建模(4) 畫出二層數(shù)據(jù)流圖 對(duì)一層圖中的“處理存款”及“處理取款”進(jìn)行進(jìn)一步分解，得到二層數(shù)據(jù)流圖，即處理存款的數(shù)據(jù)流圖和處理取款的數(shù)據(jù)流圖。 處理存款的數(shù)據(jù)流圖3.3 功能建模(4) 畫出二層數(shù)據(jù)流圖處理取款的數(shù)據(jù)流圖3.4 數(shù)據(jù)建模在結(jié)構(gòu)化分析方法中，使用實(shí)體關(guān)系建模技術(shù)來(lái)建立數(shù)據(jù)模型。這種技術(shù)是在較高的抽象層次（概念層）上對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模的流行技術(shù)。實(shí)體關(guān)系模型表示為可視化的實(shí)體關(guān)系圖（entity-relationship diagram，ERD），也稱為ER圖。 ER圖中僅包含3

8、種相互關(guān)聯(lián)的元素：數(shù)據(jù)對(duì)象（實(shí)體）、描述數(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。 3.4 數(shù)據(jù)建模數(shù)據(jù)對(duì)象數(shù)據(jù)對(duì)象是目標(biāo)系統(tǒng)所需要的復(fù)合信息的表示，所謂復(fù)合信息是具有若干不同屬性的信息。在ER圖中用矩形表示數(shù)據(jù)對(duì)象。在實(shí)際問(wèn)題中，數(shù)據(jù)對(duì)象（實(shí)體）可以是外部實(shí)體、事物、角色、行為或事件、組織單位、地點(diǎn)或結(jié)構(gòu)等。 3.4 數(shù)據(jù)建模屬性屬性定義數(shù)據(jù)對(duì)象的特征，如數(shù)據(jù)對(duì)象學(xué)生的學(xué)號(hào)、姓名、性別、專業(yè)等，課程的課程編號(hào)、課程名稱、學(xué)分等。在ER圖中用橢圓或圓角矩形表示屬性，并用無(wú)向邊將屬性與相關(guān)的數(shù)據(jù)對(duì)象連接在一起。 3.4 數(shù)據(jù)建模關(guān)系不同數(shù)據(jù)對(duì)象的實(shí)例之間是有關(guān)聯(lián)關(guān)系的，在ER圖上用無(wú)向邊表示

9、。 在無(wú)向邊的兩端應(yīng)標(biāo)識(shí)出關(guān)聯(lián)實(shí)例的數(shù)量，也稱為關(guān)聯(lián)的重?cái)?shù)。從關(guān)聯(lián)重?cái)?shù)的角度可以將關(guān)聯(lián)分為種。(1) 一對(duì)一（1:1）關(guān)聯(lián)(2) 一對(duì)多（1:m）關(guān)聯(lián)(3) 多對(duì)多（m:n）關(guān)聯(lián)實(shí)例關(guān)聯(lián)還有“必須”和“可選”之分。 3.4 數(shù)據(jù)建模關(guān)聯(lián)數(shù)量的表示在ER圖中用圓圈表示所關(guān)聯(lián)的實(shí)例是可選的，隱含表示“0”，沒(méi)有出現(xiàn)圓圈就意味著是必須的。出現(xiàn)在連線上的短豎線可以看成是“1”。 3.4 數(shù)據(jù)建模關(guān)聯(lián)關(guān)系舉例3.4 數(shù)據(jù)建模關(guān)系的屬性關(guān)系本身也可能有屬性，這在多對(duì)多的關(guān)系中尤其常見(jiàn)，如學(xué)生和課程之間的關(guān)系可起名為“選課”，其屬性應(yīng)該有學(xué)期、成績(jī)等。關(guān)系屬性的表示：在表示關(guān)系的無(wú)向邊上再加一個(gè)菱形框，并在

10、菱形框中標(biāo)明關(guān)系的名字，關(guān)系的屬性同樣用橢圓形或圓角矩形表示，并用無(wú)向邊將關(guān)系與其屬性連接起來(lái)。 3.4 數(shù)據(jù)建模關(guān)系的屬性3.4 數(shù)據(jù)建模銀行儲(chǔ)蓄系統(tǒng)的ER圖3.5 行為建模狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（簡(jiǎn)稱狀態(tài)圖）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。狀態(tài)圖中使用的主要符號(hào)如圖所示。3.5 行為建模狀態(tài)狀態(tài)是任何可以被觀察到的系統(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。 狀態(tài)可能有：初態(tài)（初始狀態(tài)）、終態(tài)（最終狀態(tài)）和中間態(tài)。在一張狀態(tài)圖中只能有一個(gè)初態(tài)，而終態(tài)則可以有多個(gè)，也可以沒(méi)有。 3.5 行為建模狀態(tài)的表示：初態(tài)用實(shí)心圓表示，終態(tài)用牛眼圖形表

11、示，中間態(tài)用圓角矩形表示。3.5 行為建模狀態(tài)轉(zhuǎn)換狀態(tài)圖中兩個(gè)狀態(tài)之間帶箭頭的連線稱為狀態(tài)轉(zhuǎn)換。 狀態(tài)的變遷通常是由事件觸發(fā)的，在這種情況下應(yīng)在表示狀態(tài)轉(zhuǎn)換的箭頭線上標(biāo)出觸發(fā)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。 3.5 行為建模狀態(tài)轉(zhuǎn)換下圖為計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件的啟動(dòng)過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中沒(méi)有外部事件觸發(fā)，每個(gè)狀態(tài)下的活動(dòng)完成時(shí)，狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換。 3.5 行為建模事件事件是在某個(gè)特定時(shí)刻發(fā)生的事情，它是對(duì)引起系統(tǒng)做動(dòng)作或從一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)狀態(tài)的外部事件的抽象。事件表達(dá)式的語(yǔ)法如下： 事件說(shuō)明（守衛(wèi)條件）/動(dòng)作表達(dá)式(1) 事件說(shuō)明的語(yǔ)法如下： 事

12、件名（參數(shù)表）(2) 守衛(wèi)條件是一個(gè)布爾表達(dá)式。如果同時(shí)使用守衛(wèi)條件和事件說(shuō)明，則當(dāng)且僅當(dāng)事件發(fā)生且布爾表達(dá)式成立時(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。(3) 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。3.5 行為建模存款過(guò)程的狀態(tài)圖(考慮新開(kāi)戶 )3.5 行為建模取款過(guò)程的狀態(tài)圖3.6 數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)字典以詞條方式定義在數(shù)據(jù)模型、功能模型和行為模型中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)對(duì)象及控制信息的特性，給出它們的準(zhǔn)確定義，包括數(shù)據(jù)流、加工、數(shù)據(jù)文件、數(shù)據(jù)元素，以及數(shù)據(jù)源點(diǎn)、數(shù)據(jù)匯點(diǎn)等。 數(shù)據(jù)字典成為把3種分析模型黏合在一起的“黏合劑”，是分析模型的“核

13、心”。 3.6 數(shù)據(jù)字典詞條描述對(duì)于在數(shù)據(jù)流圖中每一個(gè)被命名的圖形元素均加以定義；其內(nèi)容包括圖形元素的名字，圖形元素的別名或編號(hào)，圖形元素類別（如加工、數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)文件、數(shù)據(jù)元素、數(shù)據(jù)源點(diǎn)或數(shù)據(jù)匯點(diǎn)等）、描述、定義、位置等。 3.6 數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)流詞條數(shù)據(jù)流是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在系統(tǒng)內(nèi)傳播的路徑，數(shù)據(jù)流詞條應(yīng)包括以下幾項(xiàng)內(nèi)容。數(shù)據(jù)流名：要求與數(shù)據(jù)流圖中該圖形元素的名字一致。簡(jiǎn)述：簡(jiǎn)要介紹它產(chǎn)生的原因和結(jié)果。組成：數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。來(lái)源：數(shù)據(jù)流來(lái)自哪個(gè)加工或作為哪個(gè)數(shù)據(jù)源的外部實(shí)體。去向：數(shù)據(jù)流流向哪個(gè)加工或作為哪個(gè)數(shù)據(jù)匯點(diǎn)的外部實(shí)體。流通量：?jiǎn)挝粫r(shí)間數(shù)據(jù)的流通量。峰值：流通量的極限值。3.6 數(shù)據(jù)字典數(shù)

14、據(jù)元素詞條數(shù)據(jù)流圖中的每個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都是由數(shù)據(jù)元素構(gòu)成的，數(shù)據(jù)元素是數(shù)據(jù)處理中最小的、不可再分的單位，它直接反映事物的某一特征。 類型：數(shù)據(jù)元素分為數(shù)字型與文字型。數(shù)字型又分為離散值和連續(xù)值，文字的類型用編碼類型和長(zhǎng)度區(qū)分。 取值范圍：離散值的取值或是枚舉的（如3，17，21），或是介于上下界的一組數(shù)（如2.100）；連續(xù)值一般是有取值范圍的實(shí)數(shù)集（如0.0.100.0）。對(duì)于文字型，文字的取值需加以定義。 相關(guān)的數(shù)據(jù)元素及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 3.6 數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)存儲(chǔ)文件詞條數(shù)據(jù)存儲(chǔ)文件是數(shù)據(jù)保存的地方。一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)文件詞條應(yīng)有以下幾項(xiàng)內(nèi)容。 文件名：要求與數(shù)據(jù)流圖中該圖形元素的名字一致。 簡(jiǎn)述：簡(jiǎn)要介

15、紹存放的是什么數(shù)據(jù)。 組成：文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 輸入：從哪些加工獲取數(shù)據(jù)。 輸出：由哪些加工使用數(shù)據(jù)。 存取方式：分為順序、直接、關(guān)鍵碼等不同存取方式。 存取頻率：?jiǎn)挝粫r(shí)間的存取次數(shù)。3.6 數(shù)據(jù)字典加工詞條加工可以使用諸如判定表、判定樹(shù)、結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言等形式表達(dá)，主要描述如下。 加工名：要求與數(shù)據(jù)流圖中該圖形元素的名字一致。 編號(hào)：用以反映該加工的層次和父子關(guān)系。 簡(jiǎn)述：加工邏輯及功能簡(jiǎn)述。 輸入：加工的輸入數(shù)據(jù)流。 輸出：加工的輸出數(shù)據(jù)流。 加工邏輯：簡(jiǎn)述加工程序和加工順序。3.6 數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)源點(diǎn)及數(shù)據(jù)匯點(diǎn)詞條對(duì)于一個(gè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)源點(diǎn)和數(shù)據(jù)匯點(diǎn)應(yīng)比較少。 名稱：要求與數(shù)據(jù)流圖中該外部

16、實(shí)體的名字一致。 簡(jiǎn)述：簡(jiǎn)要描述是什么外部實(shí)體。 有關(guān)數(shù)據(jù)流：該實(shí)體與系統(tǒng)交互時(shí)涉及哪些數(shù)據(jù)流。 數(shù)目：該實(shí)體與系統(tǒng)交互的次數(shù)。3.6 數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述在數(shù)據(jù)字典的編制中，分析員最常用的描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的方式有定義式、Warnier圖等。定義式。在數(shù)據(jù)流圖中，數(shù)據(jù)流和數(shù)據(jù)文件都具有一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，因此，必須以一種清晰、準(zhǔn)確、無(wú)二義性的方式來(lái)描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 Warnier圖。Warnier圖是表示數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的另一種圖形工具，它用樹(shù)形結(jié)構(gòu)來(lái)描繪數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。3.6 數(shù)據(jù)字典定義式中的符號(hào)3.6 數(shù)據(jù)字典定義式舉例：存折3.6 數(shù)據(jù)字典存折的定義格式存折戶名所號(hào)賬號(hào)開(kāi)戶日性質(zhì)（印密） 1存取行50所號(hào)“0

17、01”.“999” 戶名2字母24賬號(hào)“00000000001”.“99999999999” 開(kāi)戶日年月日性質(zhì)“1”.“6” 印密（“0”|“000001”.“999999”） 存取行日期（摘要）支出存入余額操作復(fù)核日期年月日年“0001”.“9999”月“01”.“12”日“01”.“31”3.6 數(shù)據(jù)字典存折的定義格式摘要1字母4支出金額 存入金額余額金額金額“0000000.01”.“9999999.99”操作“00001”.“99999”復(fù)核“00001”.“99999”字母“a”.“z”|“A”.“Z”3.6 數(shù)據(jù)字典Warnier圖舉例：存折 3.7 加工規(guī)格說(shuō)明在對(duì)數(shù)據(jù)流圖的分解

18、中，位于層次樹(shù)最低層的加工也稱為基本加工或原子加工，對(duì)于每一個(gè)基本加工都需要進(jìn)一步說(shuō)明，這稱為加工規(guī)格說(shuō)明。在編寫基本加工的規(guī)格說(shuō)明時(shí)，主要目的是要表達(dá)“做什么”，而不是“怎樣做”。3.7 加工規(guī)格說(shuō)明加工規(guī)格說(shuō)明應(yīng)滿足如下的要求：(1) 對(duì)數(shù)據(jù)流圖的每一個(gè)基本加工，必須有一個(gè)加工規(guī)格說(shuō)明。(2) 加工規(guī)格說(shuō)明必須描述基本加工如何把輸入數(shù)據(jù)流變換為輸出數(shù)據(jù)流的加工規(guī)則。(3) 加工規(guī)格說(shuō)明必須描述實(shí)現(xiàn)加工的策略而不是實(shí)現(xiàn)加工的細(xì)節(jié)。(4) 加工規(guī)格說(shuō)明中包含的信息應(yīng)是充足的，完備的，有用的，沒(méi)有重復(fù)的多余信息。 3.7 加工規(guī)格說(shuō)明決策表決策表由4個(gè)部分組成：左上部分是條件茬，在此區(qū)域列出了各種可能的單個(gè)條件；左下部分是動(dòng)作茬，在此區(qū)域列出了可能采取的單個(gè)動(dòng)作；右上部分是條件項(xiàng)，在此區(qū)域列出了針對(duì)各種條件的每一組條件取值的組合；右下部分是動(dòng)作項(xiàng)，這些動(dòng)作項(xiàng)與條件項(xiàng)緊密相關(guān)，它指出了在條件項(xiàng)的各