中科院需求工程需求工程(第四講)面向目標(biāo)的方法ppt課件

1、需 求 工 程金芝中國科學(xué)院數(shù)學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)研討院zhijinamss.ac第四講：面向目的的方法方法概述建模原語基于目的的建模和分析運(yùn)用情況面向目的的方法What You Get Is What You Want (WYGIWYW)什么是目的什么是目的?A goal is an objective that the system under consideration should achieveGoal formulations refer to intended properties to ensuredThey are optative statements as opposed to

2、indicative ones, and bounded by the subject matter什么是目的不同層次的目的高層戰(zhàn)略型目的低層技術(shù)型目的運(yùn)送更多旅客提供隨處可用的提現(xiàn)效力及時發(fā)出加速指令3次密碼錯誤那么不退卡戰(zhàn)略性的、粗粒度的、作用于組織范圍的籠統(tǒng)目的 技術(shù)性的、細(xì)粒度的、作用于系統(tǒng)設(shè)計層面的詳細(xì)目的 什么是目的不同類型的目的功能性目的：要實(shí)現(xiàn)的效力，是需求相關(guān)者期望發(fā)生的一切場景的集合。 非功能性目的：與提供效力的質(zhì)量關(guān)聯(lián)，如良好的嚴(yán)密性，較高的平安性，較強(qiáng)的準(zhǔn)確性，較好的易用性等 ，或者對開發(fā)過程質(zhì)量的期望，例如良好的順應(yīng)性，較強(qiáng)的互操作性，較高的可重用性等 酒店管理系統(tǒng)的

3、功能性目的：盡能夠滿足一切客人的房間預(yù)定懇求圖書管理系統(tǒng)的非功能性目的：用戶的每一次查詢都可以盡快地前往結(jié)果什么是目的目的由誰來滿足：整個系統(tǒng)火車運(yùn)輸系統(tǒng)：目的：平安運(yùn)輸參與者：火車司機(jī)、列車軌道、車站計算機(jī)、通訊設(shè)備、旅客、等等ATM機(jī)系統(tǒng)：目的：允許合法用戶提取現(xiàn)金參與者：ATM軟件、感應(yīng)器/actuators、用戶、等等目的類型和層次可滿足性還不明確可滿足性可以驗(yàn)證產(chǎn)生行為使得目的特性在未來總要被滿足回絕限制行為要求目的特性在未來永久堅持回絕比較行為，偏向更好保證軟目的特性行為提供信息的目的滿足懇求的目的為什么需求目的目的分析提供一種關(guān)于系統(tǒng)的全局的視角目的的滿足由整個系統(tǒng)及環(huán)境主體共同

4、完成。例如：鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)的平安性目的是由火車司機(jī)、軌道管理系統(tǒng)、車站管理系統(tǒng)、通訊設(shè)備、乘客等共同參與完成的；ATM系統(tǒng)堅持用戶合法性的目的是由ATM控制軟件、感應(yīng)器、效應(yīng)器、用戶等共同協(xié)作完成的。只需采用全局的俯瞰的視角才干有效地分析和處理這類目的。為什么需求目的保證需求的完好性目的是需求足夠完好的準(zhǔn)確評判規(guī)范規(guī)格闡明相對于一組目的是完好的， 假設(shè) 可以證明一切目的G是能實(shí)現(xiàn)的 由 規(guī)格闡明 S和 所涉及的領(lǐng)域的特性DD，S |= G = S相對于G是完備的 為什么需求目的防止無關(guān)需求最小性目的是需求相關(guān)性的準(zhǔn)確評判規(guī)范需求相對于一組關(guān)于所涉及領(lǐng)域的目的是恰當(dāng)或相關(guān)的， 假設(shè) 其規(guī)格闡明至少

5、被用來證明一個目的假設(shè)sS， g G ，D，s |= g = S相對于G是最小相關(guān)的 為什么需求目的向需求相關(guān)者解釋需求目的給出了需求的闡明 對應(yīng)于設(shè)計過程中的設(shè)計目的出現(xiàn)一個需求是由于有一個目的作為它的根底目的求精樹提供了從高層戰(zhàn)略目的到低層技術(shù)需求的可跟蹤鏈對業(yè)務(wù)系統(tǒng)來說，目的將未來軟件和組織和業(yè)務(wù)上下文關(guān)聯(lián)起來為什么需求目的目的精化過程，為復(fù)雜需求文檔的構(gòu)造化提供直觀自然的機(jī)制，添加其可了解性目的精化過程中的選擇，具有恰當(dāng)?shù)幕\統(tǒng)程度為什么需求目的目的便于表達(dá)和處置沖突需求。目的的沖突是多視點(diǎn)沖突的根源，目的的不同滿足規(guī)范有助于協(xié)助開發(fā)人員對采用哪種方式處置沖突進(jìn)展決策。為什么需求目的目的

6、相對比較穩(wěn)定，利于需求演化實(shí)現(xiàn)目的的需求比目的演化的要快，它很容易被另一個實(shí)現(xiàn)一樣目的的需求替代越高層的目的越穩(wěn)定，不同版本的系統(tǒng)經(jīng)常具有一樣的高層目的為什么需求目的目的可以表達(dá)和分析非功能性需求。非功能性需求是工程研討中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，目前大多采用非方式化的方法來描畫，常用的建模工具UML也存在著難以為非功能性需求建模的缺陷。在面向目的的需求分析中，非功能性需求用軟目的來表示，軟目的可以逐漸分解為子目的目的從何而來？顯式的系統(tǒng)的需求相關(guān)者Stakeholders需求工程師掌握的初步資料目的從何而來？隱式的：需求進(jìn)展目的抽取分析當(dāng)前的系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)問題和缺乏準(zhǔn)確構(gòu)型并列舉出來，對其取否，導(dǎo)致未來系統(tǒng)

7、要實(shí)現(xiàn)的目的集從初步文檔中尋覓一些與意圖相關(guān)的關(guān)鍵詞發(fā)現(xiàn)目的對目的進(jìn)展精化和籠統(tǒng)獲得歸結(jié)目的沖突或妨礙導(dǎo)致新的目的目的什么時候顯式化？顯式化：從目的到軟件行為用軟件行為實(shí)現(xiàn)目的 等同于 用程序?qū)崿F(xiàn)設(shè)計規(guī)格闡明方法主線：元模型領(lǐng)域中所關(guān)懷的事情，其實(shí)例會按形狀而進(jìn)化對象上的輸入/輸出關(guān)系，定義形狀變化，由事件觸發(fā)或終止一種對象，作為行為的執(zhí)行者操作化目的，可以按由某個Agent可控制的形狀來構(gòu)型的目的方法主線建模主線：系統(tǒng)的目的層次構(gòu)造。圍繞目的的伸展關(guān)聯(lián)：目的操作化為“約束，約束由“活動和活動所操作的“對象來保證，對象被區(qū)分為“事件、“實(shí)體、“關(guān)系和“主體四類，約束由主體擔(dān)任完成，主體執(zhí)行活動

8、并具有活動的才干，事件可以觸發(fā)或者終止活動，等等可以經(jīng)過在目的樹上添加標(biāo)志來表示目的間的正向和負(fù)向的強(qiáng)弱影響。 目的的表示目的名：每個目的都有名字簡短描畫：自然言語陳說句描畫例如：用戶提出“要為核電站設(shè)計平安的制冷系統(tǒng)。那么“平安的核電站制冷系統(tǒng)將作為一個高層籠統(tǒng)目的的描畫被抽取出來。會議調(diào)度系統(tǒng)要滿足的目的之一是“每個會議都將在一切預(yù)期與會人參與的情況下召開。 目的的方式化表示KAOS言語，NFR建模框架以及i*/Tropos言語：特定的語法一階時序邏輯斷言算子：P表示“在當(dāng)前形狀下，性質(zhì)P成立； P表示“在下一個形狀，性質(zhì)P成立； P表示“在當(dāng)前或未來某一形狀，性質(zhì)P成立； P在當(dāng)前以及未

9、來一切形狀，性質(zhì)P成立； P在前一個形狀，性質(zhì)P成立； P在當(dāng)前或以前某一形狀，性質(zhì)P成立； P在當(dāng)前和以前一切形狀，性質(zhì)P成立；目的的方式化表示PQ在一切未來形狀，性質(zhì)P成立那么性質(zhì)Q成立；ku P在k個時間單位u以內(nèi)的未來某一形狀，性質(zhì)P成立；d P在截止時辰d到達(dá)前的未來一切形狀，性質(zhì)P成立；P在當(dāng)前形狀下性質(zhì)P成立，但在上一個形狀，P不成立；PW Q在一切未來形狀下，性質(zhì)P成立直到Q成立，允許Q恒假；PU Q在一切未來形狀下，性質(zhì)P成立直到Q成立，Q必需在未來某一時辰為真。目的方式完成型目的Achieve：要求系統(tǒng)最終滿足某性質(zhì)；終止型目的Cease：要求系統(tǒng)最終不再滿足某性質(zhì)；維持型

10、目的Maintain：要求系一致直滿足某性質(zhì)；防止型目的Avoid：要求系統(tǒng)從不滿足某性質(zhì)。目的方式的規(guī)約完成型目的(Achieve)：P Q 語義：假設(shè)P成立，那么未來某個時候Q成立維持型目的(Maintain) ：P Q 語義： 假設(shè)P成立，那么未來Q總成立 P P W Q 語義：維持P成立直到Q成立終止型目的(Cease)：P Q 語義： 假設(shè)P成立，那么未來某個時候Q不成立防止型目的(Avoid)：P Q 語義： 假設(shè)P成立，那么未來Q總是不成立目的分類滿足性目的Satisfaction Goals：是滿足各主體愿望的完成型目的；信息目的Information Goals：是將環(huán)境形狀

11、信息通報給主體的完成型目的；平安目的Security Goals：是防止災(zāi)難形狀/惡意攻擊發(fā)生的繼續(xù)型目的；準(zhǔn)確性目的(Accuracy Goals)：是促使主體對環(huán)境的信心堅持準(zhǔn)確的繼續(xù)型目的。目的的圖形表示除了自然言語和方式化表示，目的還有圖形化的表示，通常都是在目的圖元中加目的名。在KAOS中，目的的圖形表示是一個平行四邊形 。在i*/Tropos中，目的的圖形表示是圓角的矩形 。 軟目的軟目的主要用于表達(dá)非功能性需求。軟目的與普通目的的主要區(qū)別：普通目的的滿足性規(guī)范是客觀的，可以清楚定義和表達(dá)的。軟目的的滿足規(guī)范那么是客觀的、相對的、依評價者的個人判別而定，是稱心度Satisficin

12、g而非滿足性Satisfying的問題。 軟目的的表示NFR框架：軟目的的圖形化表示為一個云形 i*和Tropos方法：軟目的圖形化表示為一個不規(guī)那么的花生形 。 軟目的的組成非功能性軟目的通常由兩部分組成：類型和主題。例如，軟目的“賬戶的準(zhǔn)確性中，“準(zhǔn)確性是類型，“賬戶是主題。假設(shè)類型改動為“呼應(yīng)時間那么軟目的“賬戶呼應(yīng)時間的含義也隨之改動。當(dāng)主題發(fā)生改動，軟目的的含義也隨之改動?！百~戶的準(zhǔn)確性與“賬戶的呼應(yīng)時間，或與“存款機(jī)的呼應(yīng)時間是完全不同的。一種略微構(gòu)造化的軟目的表示方法是：“軟目的類型軟目的主題，例如，用“呼應(yīng)時間短賬戶來表示軟目的“賬戶的呼應(yīng)時間。軟目的可以有多于一個主題，例如，

13、界面靈敏性普通客戶，金卡賬戶。目的的操作化可操作的目的是對目的與軟目的進(jìn)展分解和求精的結(jié)果?？刹僮鞯哪康氖悄康姆纸鈽渲薪咏讓尤~節(jié)點(diǎn)的目的，用于表示滿足高層目的的詳細(xì)設(shè)計方案。例如：要實(shí)現(xiàn)“快的帳戶呼應(yīng)時間這個軟目的，可以“采用索引技術(shù)，“采用索引技術(shù)就是一個可操作的目的。 可操作目的的表示NFR框架：圖形表示為邊境加重的云形圖案KAOS：圓角的矩形i*和Tropos：表示為義務(wù)目的間的關(guān)聯(lián)目的間的關(guān)聯(lián)：自頂向下的分解關(guān)系自底向上的奉獻(xiàn)關(guān)系橫向的副作用關(guān)系目的的分解目的分解：與精化：目的到一組子目的 語義：一切子目的被滿足，父目的才被滿足或精化：目的到一組精化選擇 語義：只需一個選擇被滿足，足

14、以讓父目的滿足軟目的的分解軟目的類型主題對象按軟目的類型進(jìn)展分解按軟目的對象進(jìn)展分解軟目的的操作化目的的奉獻(xiàn)一個高層的、籠統(tǒng)的、粗略的軟目的可以分解為相對低層的、詳細(xì)的和細(xì)化的子軟目的或操作化目的。每個單個的子目的可以對父目的的滿足性產(chǎn)生出不同的奉獻(xiàn)。奉獻(xiàn)類型分為兩個維度：奉獻(xiàn)的影響和奉獻(xiàn)的程度。奉獻(xiàn)的影響可以是正向、負(fù)向或未知；奉獻(xiàn)的程度可以是完全的、部分的或程度未知。 目的的副作用關(guān)系副作用包括奉獻(xiàn)副作用和沖突副作用。例如：“提高性能會導(dǎo)致“本錢提高，是橫向副作用關(guān)系，闡明一種沖突。即一個目的被滿足會阻止另一個目的的滿足。“信息的嚴(yán)密性會提高“信息的平安性，也是橫向副作用，闡明一種奉獻(xiàn)。即

15、一個目的被滿足會協(xié)助另一個目的的滿足。建模原語：目的與/或樹建模原語：其它關(guān)聯(lián)目的與其它需求建模元素的關(guān)聯(lián)目的與操作：操作的前提條件、后置條件、觸發(fā)條件，保證目的目的的可滿足性目的與情景：互補(bǔ)情景：詳細(xì)、表達(dá)性、過程性、意圖隱含于其中目的：籠統(tǒng)、描畫性、顯式展現(xiàn)意圖更進(jìn)一步，情景可以是例子或者是反例，可以展現(xiàn)目的的實(shí)現(xiàn)過程，也可以表現(xiàn)阻止目的可滿足的情況建模原語：其它關(guān)聯(lián)目的與其它需求建模元素的關(guān)聯(lián)目的模型與對象模型：詳細(xì)的目的可以涉及實(shí)體、關(guān)系或者agent，支持從目的模型系統(tǒng)化地導(dǎo)出對象模型目的與Agents：職責(zé)關(guān)系，將目的賦予一個Agent完成，有利于識別系統(tǒng)的邊境構(gòu)成目的構(gòu)造目的方式

16、化表示框架Goal 目的方式目的名 InstanceOf 目的分類 Concerns 對象集合 RefinedTo 子目的 InformalDef 自然言語陳說 FormalDef 一界時態(tài)邏輯公式目的方式化表示舉例Goal Achieve TrainProgress FormalDef Goal Maintain TrainWaiting FormalDef Goal Achieve ConvenientMeetingHeldDefinition “每個會議都將在一切預(yù)期與會人參與的情況下召開FormalDef m: Meeting: m.Requested m.Holds ( p: Par

17、ticipant): Intended (p, m) Participates (p, m)目的方式化表示舉例Goal AchieveParticipantsConstraintsKnown InstanceOf InformationGoal Concerns Meeting, Participant, Schedule, RefinedTo ConstraintsRequested, ConstraintsProvided InformalDef A meeting scheduler should know the constraints of the various participa

18、nts invited to the meeting within C days after appointment FormalDef m:Meeting, p:Participant, s:Scheduler Invited(p,m)Scheduling(s,m) 2wBorrowing(bor, bc) 1w ( r: ReminderIssued) Occurs(r) r = (bor,bc, -) PostCondition /動作后置條件行為方式化表示舉例Action DetermineSchedule Input Requesting, MeetingArg:m Output M

19、eetingRes:m DomPre Requesting(-,m)Scheduled(m) DomPost Feasible(m)Scheduled(m) Feasible(m)DeadEnd(m)行為方式化表示舉例Action Move Input tr:Train; loc,loc: Location Output At DomPre At(tr,loc) and locloc DomPost At(tr,loc) RequiredPre for DoorsClosedWhileMoving: tr.Doors=closed RequiredPost for DoorsClosedWhi

20、leMoving: tr.Doors=closed目的模型中的其它概念約束Constraint：可實(shí)現(xiàn)的目的，即可以根據(jù)主體可控制的形狀來構(gòu)型的目的。一切的目的最終都將精化為約束，約束被操作化為動作和對象，約束要被分配給主體來完成。約束方式化表示舉例 WeakConstraint MaintainAgendaUpToDate/約束定義 InstanceOf ConsistencyConstraint/約束實(shí)例 UnderResponsibilityOf Participant/約束的責(zé)任主體 FormalDef/約束的方式化描畫 ( p: Participant, tp: Timeinterv

21、al ) Free(p, tp) tp BusyPeriods目的模型中的其它概念情景Scenario：由相應(yīng)主體實(shí)例控制的領(lǐng)域相容的形狀遷移序列。領(lǐng)域相容性是指當(dāng)操作的領(lǐng)域前置條件和操作涉及對象的領(lǐng)域不變式滿足時，運(yùn)用該操作所導(dǎo)致的后置條件將滿足領(lǐng)域后置條件。根據(jù)情景定義找出規(guī)約中脫漏的動作和隱含的目的。情景方式化表示舉例Scenario HandleMeetingRequest/情景定義Is (IssueRequest:SubmitRequest; ValidateRequest); /動作序列AskParticipantsConstraints; (GetConstraints: For

22、mulateConstraints; CommunicateConstraints; ValidateConstraints)*;PlanMeeting;(NotifyResults: (NotifyDate&Location | NotifyDeadEnd)需求抽取和建模過程以元模型為根底的需求抽取需求抽取過程和戰(zhàn)略戰(zhàn)略：遍歷元模型圖來獲取實(shí)例獲取目的構(gòu)造：AND/OR構(gòu)造HOW：抽取子目的；WHY：提取父目的識別有沖突的目的將目的逐漸精化為可實(shí)現(xiàn)的約束標(biāo)識目的涉及的對象描畫對象的領(lǐng)域特性識別對象有意義的形狀變化行為的前置條件和后置條件定義行為保證約束的可滿足性識別系統(tǒng)的相關(guān)主體，確定主體的

23、職責(zé)，并將行為賦予主體目的的精化：根本思緒一組目的G1,G2,Gn是目的G的完全精化，當(dāng)且僅當(dāng)G1,G2,Gn |- G (必要性)G1,G2,Gn |- false (一致性)n 1非平凡性Forany 1j Using (u, r)Goal Avoid UnReliableResourceUsedFormalDef forall u: User, r: Resource Reliable (r) = Using (u, r) exists u: User, r: Resource Requesting (u, r) and Reliable (r)沖突歸結(jié)防止邊境條件：沖突緣由：邊境條件的

24、出現(xiàn)直觀的戰(zhàn)略：防止邊境條件的出現(xiàn)引入新目的PB阻止的邊境條件B 沖突歸結(jié)目的修補(bǔ)：情況：邊境條件無法防止戰(zhàn)略：引入新目的使得假設(shè)邊境條件B 出現(xiàn)的話，有分歧的目的斷言Ai ，在某個合理的未來為真沖突歸結(jié)那么引入新目的來防止預(yù)測的矛盾：CPdP矛盾預(yù)測：情況：發(fā)現(xiàn)一些耐久的條件P，使得在某個上下文C中，假設(shè)條件P存留的太久，會不可防止地墮入矛盾。即沖突歸結(jié)目的弱化：經(jīng)過弱化出現(xiàn)分歧的目的的方式，使分歧消逝比如，兩個目的AchieveRequestSatisfied 和AvoidUnReliableResource Used有分歧的，其斷言是Requesting (u,r) Using(u,r)

25、Reliable(r) 口Using(u,r)產(chǎn)生分歧的邊境條件是u：User, r :ResourceRequesting(u,r) Reliable(r) 引入新目的Requesting (u,r) ( Requesting(u,r) Reliable (r) )弱化上面第一個目的，以便覆蓋這個邊境條件。 案例研討舊金山灣區(qū)快速交通系統(tǒng)BART)步驟和模型四個子模型目的模型、對象模型、Agent職責(zé)模型、操作模型開發(fā)步驟目的抽取和精化目的精化從目的模型中導(dǎo)出對象、關(guān)系和屬性對象建模識別Agent以及Agent的職責(zé)職責(zé)分配定義操作及其前置條件和后置條件操作化目的識別按關(guān)鍵詞尋覓目的：obj

26、ective, purpose, intent, concern, in order to, 得到目的ServeMorePassengersNewTracksAddedMinimizeDevelopmentCostsMinimizeDistanceBetweenTrainsSafeTransportation目的識別建立目的之間的量化關(guān)聯(lián)Contributes(+), ControbutesStrongly(+), Conflicts(-), ConflictsStrongly(-)確定目的的分類Maintain, Avoid: always目的， (PQ), (PQ)，表示總是不成立Achi

27、eve, Cease: eventually目的， PQ， PQ，表示未來每個時辰不成立目的模型whatwhat將目的方式化識別對象和關(guān)聯(lián)SpeedLimit添加屬性Speed添加屬性識別對象和關(guān)聯(lián)Loc, WCS-Dist添加屬性添加關(guān)聯(lián)following目的模型whyWHY目的籠統(tǒng)目的模型howHOW目的精化識別主體和職責(zé)分配目標(biāo)潛在的AgentMaintainAccurateSpeed/PositionEstimatesTrackingSystemMaintainSafeTrainResponseToCommandOnBoardTrainControllerMaintainSafeCmdMsgSpeed/AccelerationControlSystem識別主體和職責(zé)分配導(dǎo)出主體接口Speed/AccelerationControlSystem判別目的前提，建立目的結(jié)論監(jiān)測變量：T控制變量：C