軟件需求工程 課件 第11章 面向問題域的需求分析方法

第11章面向問題域的

需求分析方法

目錄問題域的劃分問題框架11-211-311-411-511-6PDOA方法的分析步驟問題框架實例間的關系及其組合需求測試11-1問題域11-1問題域問題域的定義所謂問題域是指與問題相關的部分現(xiàn)實世界。問題域和問題相互依存，問題處于一定的問題域之中，脫離了問題域，問題就無法存在。問題域也是與特定的問題相關的現(xiàn)實世界,脫離特定的問題考慮純粹的問題域沒有任何意義。如圖所示，上面的三種描述橫跨兩種類型的域:需求分析文檔全部包含在問題域中，與機器域無關;程序作用在機器域中，與問題域無關;而規(guī)格說明文檔描述問題域與機器域之間的接口。這三類描述除所處的域類型、關注的內(nèi)容不同外，相互之間也存在一定的關系,即需求規(guī)格說明文檔可以看作是把需求分析文檔轉換為接口處的描述,程序則是使計算機按需求規(guī)格說明文檔中所描述的那樣運行。11-1問題域11-2問題域的劃分對于復雜問題的分析，一般的做法是采用“分而治之”的策略。人們一般采用層次式功能分解的方法。1.確定系統(tǒng)所需的各項功能；2.若某些（或個）功能對應于一個足夠小的具體實現(xiàn)單元，則由該實現(xiàn)單元直接實現(xiàn)這些（或個）功能；3.否則，把功能分解為一系列子功能，并重復步驟2和3，直到所有子功能可分別對應一個足夠小的具體實現(xiàn)單元。11-2問題域的劃分層次式分解方法的不足把高層功能分解成子功能的方式可能有多種，但沒有任何方法可以提前告知這些分解方式中哪一個好或哪一個差，直到進入實現(xiàn)階段時才可評價所采用的分解方式是否恰當，而此時分解活動早已結束。

分治策略并行劃分：將每個子問題看成是整個問題的一個投影，通過不同角度的投影，將整個問題分解為一系列相互關聯(lián)的子問題。其中子問題的需求是整個需求的一個投影，它的接口也是整個問題接口的一個投影。同時，在劃分子問題的過程中，以已知解決方案的問題或以已知解決方案的相似問題為導向，來對未知解決方案的整個待求解問題進行恰當?shù)姆治龊蛣澐帧.Jackson提出的并行劃分11-2問題域的劃分11-3問題框架軟件開發(fā)的五類問題需求式行為問題、命令式行為問題、信息顯示問題、工件問題和變換問題。M.Jackson對每類基本問題的基本性質、所涉及問題域的類型、每類問題所涉及的問題域、用戶需求和機器域之間的拓撲結構、應滿足的關系及其性質等進行了研究,提出了這五類基本問題對應的五個不同的基本問題框架，并將這些問題框架用于對每種類型的基本問題進行描述和需求建模,同時對每個基本問題框架的可能變體進行了研究。11-3問題框架問題框架是一種模式，它捕獲并定義了常見的簡單子問題的類型。問題框架的作用類似于設計模式,只是前者用于問題的分析和描述,后者用于解決方案的設計。11-4問題框架的類型對軟件系統(tǒng)進行了各種分類,試圖為同類型軟件的開發(fā)提供有益的指南或方法。常見的分類方式如:按系統(tǒng)軟件和應用軟件分類，進一步將后者劃分為商業(yè)軟件和工程軟件兩類。按批處理系統(tǒng)/脫機系統(tǒng)、交互系統(tǒng)和實時系統(tǒng)等分類。按以數(shù)據(jù)處理為主的系統(tǒng)、交互為主的系統(tǒng)和算法為主的系統(tǒng)等分類。問題框架可根據(jù)問題域特征、接口特征和需求特征定義一個直觀的、可標識的問題類。對于上面所提及的五類基本問題，可以用五個不同的基本問題框架分別進行描述。在形式上，一個問題框架類似于一個問題圖。與問題圖稍微不同的是,問題框架中對每個域1的類型與共享現(xiàn)象的類型都進行了描述。問題框架不對應具體問題,其中的組成元素也不具有任何實際的意義。具體應用一個問題框架于某個實際問題稱為實例化該問題框架,實例化后的結果稱為問題框架實例。11-4問題框架的類型軟件系統(tǒng)的分類需求式的行文問題框架的直觀思想：存在客觀世界的某個部分，其行為要受到控制，以使得它滿足特定的條件。問題是要建立一個機器，該機器施加所需要的控制。

11-4問題框架的類型需求式行為問題框架

在需求式行為問題中,實際受控制的域也可能并不直接與控制機器相連,而是通過其他的連接域進行橋接，這是需求式行為問題框架的一種變體。如下圖所示:命令式的行為問題框架的直觀思想：存在客觀世界的某個部分，其行為要依據(jù)操作者發(fā)出的命令來控制。問題是要建立一個機器，該機器接受操作者的命令并施加相應控制。其問題框架如圖11-5所示。

11-4問題框架的類型命令式行為問題框架信息顯示問題框架的直觀思想：存在客觀世界的某個部分，關于其狀態(tài)和行為的特定信息被連續(xù)的需要。問題是要建立一個機器，該機器從客觀世界中獲得相關信息，并按所要求的格式呈現(xiàn)在所要求的地方。其問題框架如圖11-6所示。

11-4問題框架的類型信息顯示問題框架除帶連接域的變體外,信息顯示問題框架還有兩種常見的變體。第一種變體引進一個模型域,并將信息顯示問題框架用兩個子框架表示,其中第一個子框架對現(xiàn)實世界進行建模，生成一個反映現(xiàn)實世界的模型域;

第二個子框架基于該模型域顯示需求中所要求的信息，如圖所示：信息顯示問題框架的其他兩種變體11-4問題框架的類型第二種變體是引進一個操作者域,機器根據(jù)操作者所發(fā)出的請求顯示現(xiàn)實世界中的相關信息，如下圖所示。11-4問題框架的類型信息顯示問題框架的其他兩種變體工件問題框架工作問題框架的直觀思想：需要一個工具，讓用戶創(chuàng)建并編輯特定類型的計算機可處理的文本或圖形對象或簡單結構，以便它們隨后能被拷貝、打印、分析或按其它方式使用。問題是要建立一個機器，該機器可以充當這個工具。其問題框架如圖11-9所示。11-4問題框架的類型變換問題框架變換問題框架的直觀思想是：存在一些計算機可讀的輸入文件，其數(shù)據(jù)必須變換，以給出所需要的特定輸出文件。輸出數(shù)據(jù)必須遵守特定的格式,按照特定的規(guī)則從輸入數(shù)據(jù)中導出。問題是要建立一個機器，該機器從輸入中產(chǎn)生所需要的輸出。其問題框架如圖10-10所示。11-4問題框架的類型11-5PDOA方法的分析步驟PDOA方法的特點將關注的重點定位在問題及其相關的問題域上，通過對問題及其問題域進行合理的分類，為分析人員提供解決具體問題的相關指南。同時從問題域的角度出發(fā)，使用戶能參與整個需求過程，有利于更直觀和真實地反映問題域的信息和用戶的需求。PDOA方法的基本過程1.搜集需求信息，界定和描述問題及問題域。2.劃分問題域并開發(fā)相關問題框架。3.根據(jù)問題框架的類型進一步描述問題域的相關特性。11-5PDOA方法的分析步驟11-5PDOA方法的分析步驟11-5-1問題及問題域的界定與描述傳統(tǒng)的系統(tǒng)分析一般采用上下文圖的形式界定并描述問題及其問題域。上下文圖相當于結構化分析方法中的第0層數(shù)據(jù)流圖。它由一個代表解系統(tǒng)的圓圈、一些對解系統(tǒng)外部可見且與解系統(tǒng)直接相連的域以及相關的信息流組成。域用矩形框表示，可以是某個特定的物理實體、與解系統(tǒng)交互的人，也可以是其他計算機系統(tǒng)等。采用上下文圖界定問題域的方式實際上就是對那些解系統(tǒng)外部可見且直接與之相關的域進行標識。上下文圖界定并描述整個問題及其問題域存在的不足：1）只描述了與解系統(tǒng)直接相連的域，而沒有描述與解系統(tǒng)間接相連的其它域，這導致一些對于理解用戶需求、甚至與用戶需求直接關聯(lián)的域可能會因此被忽略掉。2）只描述了系統(tǒng)外部可見的域，而沒有描述在系統(tǒng)運行后才生成的域；3）只描述了域與解系統(tǒng)之間的關系，而沒有描述域與域之間的關系；4）沒有對問題進行任何具體的描述。11-5PDOA方法的分析步驟11-5-1問題及問題域的界定與描述以校園通為例，整個待解決的問題實際上是開發(fā)一套運行在主機上的軟件系統(tǒng)，使之滿足實例陳述中所提到的各種要求。通過對該實例進行初步分析，可生成如圖11-11所示的上下文圖。問題圖M.Jackson等認為問題及其問題域的界定和描述必須以問題為中心，而不是以解系統(tǒng)為中心，并提出了采用問題圖的形式來界定和描述問題及其問題域。問題圖形式上是由機器、問題域和需求以及它們之間的關系組成。描述域與域間關系的現(xiàn)象描述域與域間關系的現(xiàn)象可分為事件、實體、值、狀態(tài)、真值和角色等六種類型。前三種為個體，后三種為個體間的關系。個體是可以命名且可以區(qū)別于其他個體的事物；關系則是一組個體間的關聯(lián),它由一定數(shù)量的元組構成。在問題圖中，機器與各個域之間的共享現(xiàn)象用于描述規(guī)格說明，稱為規(guī)格說明現(xiàn)象。需求與各個域之間的共享現(xiàn)象用于描述用戶需求,稱為需求現(xiàn)象。PDOA方法的分析步驟11-5校園通的問題圖在校園通系統(tǒng)中，除圖11-11中所標識的五個域外，可以發(fā)現(xiàn)還有其他的一些域和該問題密切相關。有些和系統(tǒng)間接相連，如學生域、IC卡域、家長域、移動網(wǎng)絡系統(tǒng)域、家長手機域、電話域等;有些則位于系統(tǒng)內(nèi)部，由系統(tǒng)在實際運行時創(chuàng)建,如考勤報表域、學生在校表現(xiàn)域、學生請假記錄域、原始刷卡記錄域等。通過對問題所涉及的域以及域與域、域與機器、域與需求之間的關系進行深入分析，對校園通可作出如圖11-12所示的問題圖。PDOA方法的分析步驟11-5因實際問題及其問題域的類型和結構各不相同，難以找出一個通用、精確的方法來劃分所有類型的問題及其問題域，主要依靠系統(tǒng)分析員的經(jīng)驗。通常的做法是通過與各基本問題框架及其變體進行隨機匹配，以隨意的方式對相關問題及其問題域進行劃分：(1)由內(nèi)到外的劃分。(2)由外到內(nèi)的劃分。(3)基于節(jié)奏的劃分。此外，還存在其他一些啟發(fā)式的劃分方法，如基于語氣的劃分、基于組合框架的劃分等，讀者可參閱相關的文獻。

11-5PDOA方法的分析步驟11-5-2基于問題框架的問題域劃分基于各種基本問題框架及其變體，以及前面介紹的劃分方法，對于“校園通問題圖”，可劃分出如下一系列的問題框架實例。首先，家長可通過電話查詢學生的各類在校表現(xiàn)，經(jīng)過分析，它可與信息顯示問題框架匹配，如圖11-13所示。校園通問題圖-問題框架實例11-5PDOA方法的分析步驟圖11-13可看作是圖11-12所示校園通問題的一個投影，例如圖11-13中的機器“學生在校表現(xiàn)查詢器”是圖11-12的機器“校園通系統(tǒng)”的投影，共享現(xiàn)象d是圖11-12中共享現(xiàn)象n的投影等。故此處通過與信息顯示問題框架的匹配，實際上達到了對圖11-12所示的問題進行一次劃分的目的。其次，通過與命令式行為問題框架匹配，不難發(fā)現(xiàn)其中存在兩個命令式行為子問題。第一個子問題是系統(tǒng)依據(jù)教師的操作命令給學生家長發(fā)送短信或取消暫未發(fā)出的短信。第二個子問題是系統(tǒng)依據(jù)學生的刷卡情況給學生家長發(fā)送短信，分別如圖11-14a和圖11-14b所示。校園通問題圖-問題框架實例11-5PDOA方法的分析步驟考勤規(guī)則、學生請假記錄、學生在校表現(xiàn)、原始刷卡記錄等均為詞法域，通過與工件問題框架匹配，可找出如下四個工件子問題:管理員創(chuàng)建并編輯學校的考勤規(guī)則;教師創(chuàng)建并編輯學生的請假記錄﹔教師創(chuàng)建并編輯學生的在校表現(xiàn)信息﹔系統(tǒng)依據(jù)學生的刷卡情況創(chuàng)建原始刷卡記錄。分別如圖11-15、圖11-16、圖11-17和圖11-18所示，其中圖11-18是帶連接域的工件問題框架實例。校園通問題圖-問題框架實例11-5PDOA方法的分析步驟最后，系統(tǒng)根據(jù)考勤規(guī)則，對學生的原始刷卡記錄和學生的請假記錄進行匯總，變換生成考勤報表，剛好與變換問題框架匹配，如圖11-19所示。至此，通過與各基本問題框架及其變體的匹配，將圖11-12所示的校園通問題圖劃分成了圖11-13~圖11-19所示的各具體問題框架實例，從而實現(xiàn)了對校園通問題及其問題域的有效劃分。校園通問題圖-問題框架實例11-5PDOA方法的分析步驟11-6問題框架實例間的關系及其組合各問題框架實例間的關系由這種并行的劃分所決定。兩個并行的問題框架實例可能相互獨立、互不相關，也可能相互之間具有一定的關聯(lián)。對于問題框架實例的關聯(lián)，可從靜態(tài)形式和動態(tài)交互兩個方面討論。形式方面:一個問題框架實例對應一個問題圖，因而兩個問題框架實例在形式上相互關聯(lián)是指它們所對應的問題圖之間相互關聯(lián)。兩個問題框架實例形式上相關的另一種情況是一個問題框架實例所包含的需求，或者說它所對應的子問題應滿足的需求是另一個問題框架實例中的域。交互方面：兩個問題框架實例相關本質上是指它們的機器與機器之間存在由并行的劃分所引發(fā)的并發(fā)關系，這類似于兩個并發(fā)進程間的關系。綜上可見，形式上兩個問題框架實例間的關系可分為三種類型：無關、具有公共的域、一個問題框架實例的需求是另一個問題框架實例中的域。

11-6-1問題框架實例間的關系11-6問題框架實例間的關系及其組合問題框架實例的組合與基于問題框架劃分問題及其問題域相輔相成，主要考慮在組合各個獨立的問題框架實例時，如何使不同的問題框架實例在整體上保持協(xié)調，從而使它們能與原來的整個問題及其問題域保持一致。

如果兩個問題框架實例在形式上無關，則它們之間的組合僅是簡單意義上的相加，不存在任何問題需進行處理。若一個需求式行為問題框架實例與一個變換問題框架實例在形式上不存在任何重疊部分,