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1、软件工程,第3章 需求分析,2,3 需求分析,需求分析是软件定义时期的最后一个阶段，它的基本任务是准确地回答“系统必须做什么?”这个问题。需求分析的任务还不是确定系统怎样完成它的工作，而仅仅是确定系统必须完成哪些工作，也就是对目标系统提出完整、准确、清晰、具体的要求。在需求分析阶段结束之前，系统分析员应该写出软件需求规格说明书，以书面形式准确地描述软件需求。,3,3 需求分析,所有这些分析方法都遵守下述准则：(1)必须理解并描述问题的信息域，根据这条准则应该建立数据模型。(2)必须定义软件应完成的功能，这条准则要求建立功能模型。(3)必须描述作为外部事件结果的软件行为，这条准则要求建立行为模型
2、。(4)必须对描述信息、功能和行为的模型进行分解，用层次的方式展示细节。,4,3.1 需求分析的任务,3.1.1 确定对系统的综合要求功能需求性能需求可靠性和可用性需求出错处理需求接口需求约束逆向需求将来可能提出的要求,5,3.1 需求分析的任务,3.1.2 分析系统的数据要求分析系统的数据要求通常采用建立数据模型的方法。为了提高可理解性，常常利用图形工具辅助描绘数据结构。常用的图形工具有层次方框图和Warnier图。通常需要把数据结构规范化。,6,3.1 需求分析的任务,3.1.3 导出系统的逻辑模型导出系统的详细的逻辑模型，通常用数据流图、实体-联系图、状态转换图、数据字典和主要的处理算法
3、描述这个逻辑模型。3.1.4 修正系统开发计划比较准确地估计系统的成本和进度，修正以前制定的开发计划。,7,3.2 与用户沟通获取需求的方法,访谈访谈有两种基本形式，分别是正式的和非正式的访谈。向被调查人分发调查表是一个十分有效的做法。在访问用户的过程中使用情景分析技术往往非常有效。所谓情景分析就是对用户将来使用目标系统解决某个具体问题的方法和结果进行分析。,8,3.2.2 面向数据流自顶向下求精（略）,数据是需求分析的出发点。结构化分析方法就是面向数据流自顶向下逐步求精进行需求分析的方法。需求分析的目标之一就是把数据流和数据存储定义到元素级。,9,3.2.3 简易的应用规格说明技术（略）,人
4、们研究出一种面向团队的需求收集法，称为简易的应用规格说明技术。这种方法提倡用户与开发者密切合作，共同标识问题，提出解决方案要素，商讨不同方案并指定基本需求。,10,3.2.4 快速建立软件原型,快速原型就是快速建立起来的旨在演示目标系统主要功能的可运行的程序。构建原型的要点是，它应该实现用户看得见的功能(例如，屏幕显示或打印报表)，省略目标系统的“隐含”功能(例如，修改文件)。应该具备的第一个特性是“快速”。第二个特性是“容易修改”。,11,3.2.4 快速建立软件原型,通常使用下述3种方法和工具：(1)第四代技术：包括众多数据库查询和报表语言、程序和应用系统生成器以及其他非常高级的非过程语言
5、。(2)可重用的软件构件：使用一组已有的软件构件(也称为组件)来装配原型。(3)形式化规格说明和原型环境,12,3.3 分析建模与规格说明,3.3.1 分析建模更好地理解复杂事物，人们常常采用建立事物模型的方法。所谓模型，就是为了理解事物而对事物做出的一种抽象，是对事物的一种无歧义的书面描述。通常，模型由一组图形符号和组织这些符号的规则组成。结构化分析实质上是一种创建模型的活动。,13,3.3.1 分析建模,需求分析过程应该建立3种模型，它们分别是数据模型、功能模型和行为模型。实体-联系图：描绘数据对象及数据对象之间的关系，是用于建立数据模型的图形。数据流图：描绘当数据在软件系统中移动时被变换
6、的逻辑过程，指明系统具有的变换数据的功能，是建立功能模型的基础。状态转换图(简称为状态图)，指明了作为外部事件结果的系统行为，是行为建模的基础。,14,3.3.2 软件需求规格说明,通过需求分析除了创建分析模型之外，还应该写出软件需求规格说明书，它是需求分析阶段得出的最主要的文档。,15,3.4 实体-联系图,概念性数据模型是一种面向问题的数据模型，是按照用户的观点对数据建立的模型。它描述了从用户角度看到的数据，它反映了用户的现实环境，而且与在软件系统中的实现方法无关。数据模型中包含3种相互关联的信息：数据对象、数据对象的属性及数据对象彼此间相互连接的关系。,16,3.4.1 数据对象,数据对
7、象是对软件必须理解的复合信息的抽象。所谓复合信息是指具有一系列不同性质或属性的事物。可以由一组属性来定义的实体都可以被认为是数据对象。数据对象彼此间是有关联的。数据对象只封装了数据而没有对施加于数据上的操作的引用，这是数据对象与面向对象范型中的“类”或“对象”的显著区别。,17,3.4.2 属性,属性定义了数据对象的性质。必须把一个或多个属性定义为“标识符”，也就是说，当我们希望找到数据对象的一个实例时，用标识符属性作为“关键字”(通常简称为“键”)。,18,3.4.3 联系,数据对象彼此之间相互连接的方式称为联系，也称为关系。联系可分为以下3种类型：一对一联系(11)一对多联系(1N)多对多
8、联系(MN)联系也可能有属性。,19,某校教学管理ER图,20,3.4.4 实体-联系图的符号,通常用矩形框代表实体，用连接相关实体的菱形框表示关系，用椭圆形或圆角矩形表示实体(或关系)的属性，并用直线把实体(或关系)与其属性连接起来。ER模型可以作为用户与分析员之间有效的交流工具。,21,课堂练习,银行计算机储蓄系统的工作过程大致如下：储户填写的存款单或取款单由业务员键入系统，如果是存款则系统记录存款人姓名、住址(或电话号码)、身份证号码、存款类型、存款日期、到期日期、利率及密码(可选)等信息，并印出存单给储户；如果是取款而且存款时留有密码，则系统首先核对储户密码，若密码正确或存款时未留密码
9、，则系统计算利息并印出利息清单给储户。请用数据流图描绘本系统的功能，并用实体-联系图描绘系统中的数据对象。,22,3.6 状态转换图,状态转换图(简称为状态图)通过描绘系统的状态及引起系统状态转换的事件，来表示系统的行为。状态状态是任何可以被观察到的系统行为模式，一个状态代表系统的一种行为模式。状态规定了系统对事件的响应方式。系统对事件的响应，既可以是做一个(或一系列)动作，也可以是仅仅改变系统本身的状态，还可以是既改变状态又做动作。,23,3.6 状态转换图,状态在状态图中定义的状态主要有：初态、终态和中间状态。在一张状态图中只能有一个初态，而终态则可以有0至多个。状态图既可以表示系统循环运
10、行过程，也可以表示系统单程生命期。当描绘循环运行过程时，通常并不关心循环是怎样启动的。当描绘单程生命期时，需要标明初始状态和最终状态。,24,3.6 状态转换图,事件事件是在某个特定时刻发生的事情，它是对引起系统做动作或(和)从一个状态转换到另一个状态的外界事件的抽象。事件就是引起系统做动作或(和)转换状态的控制信息。,25,3.6 状态转换图,符号初态用实心圆表示，终态用一对同心圆(内圆为实心圆)表示。中间状态用圆角矩形表示，可以用两条水平横线把它分成上、中、下3个部分。上面部分为状态的名称，这部分是必须有的；中间部分为状态变量的名字和值，这部分是可选的；下面部分是活动表，这部分也是可选的。
11、活动表的语法格式如下：事件名(参数表)/动作表达式,26,状态图中使用的主要符号,27,课堂练习,复印机的工作过程大致如下：未接到复印命令时处于闲置状态，一旦接到复印命令则进入复印状态，完成一个复印命令规定的工作后又回到闲置状态，等待下一个复印命令；如果执行复印命令时发现没纸，则进入缺纸状态，发出警告，等待装纸，装满纸后进入闲置状态，准备接收复印命令；如果复印时发生卡纸故障，则进入卡纸状态，发出警告等待维修人员来排除故障，故障排除后回到闲置状态。请用状态转换图描绘复印机的行为。,28,3.7 其他图形工具,3.7.1 层次方框图3.7.2 Warnier图3.7.3 IPO图,29,3.7.1
12、 层次方框图,层次方框图用树形结构的一系列多层次的矩形框描绘数据的层次结构。树形结构的顶层是一个单独的矩形框，它代表完整的数据结构，下面的各层矩形框代表这个数据的子集，最底层的各个框代表组成这个数据的实际数据元素(不能再分割的元素)。随着结构的精细化，层次方框图对数据结构也描绘得越来越详细，这种模式非常适合于需求分析阶段的需要。,30,层次方框图的一个例子,31,3.7.2 Warnier图,和层次方框图类似，Warnier图也用树形结构描绘信息，但是这种图形工具比层次方框图提供了更丰富的描绘手段。用Warnier图可以表明信息的逻辑组织，也就是说，它可以指出一类信息或一个信息元素是重复出现的
13、，也可以表示特定信息在某一类信息中是有条件地出现的。很容易把Warnier图转变成软件设计的工具。,32,Warnier图的一个例子,33,3.7.3 IPO图,IPO图是输入、处理、输出图的简称，它是美国IBM公司发展完善起来的一种图形工具，能够方便地描绘输入数据、对数据的处理和输出数据之间的关系。建议使用一种改进的IPO图(也称为IPO表)，这种图中包含某些附加的信息，在软件设计过程中将比原始的IPO图更有用。,34,3.7.3 IPO图,在需求分析阶段可以使用IPO图简略地描述系统的主要算法(即数据流图中各个处理的基本算法)。在需求分析阶段，IPO图中的许多附加信息暂时还不具备，但是在软
14、件设计阶段可以进一步补充修正这些图，作为设计阶段的文档。这正是在需求分析阶段用IPO图作为描述算法的工具的重要优点。,35,3.8 验证软件需求,大量统计数字表明，软件系统中15%的错误起源于错误的需求。应该从下述4个方面进行验证：一致性完整性现实性有效性,36,3.8 验证软件需求,(1)一致性所有需求必须是一致的，任何一条需求不能和其他需求互相矛盾。(2)完整性需求必须是完整的，规格说明书应该包括用户需要的每一个功能或性能。(3)现实性指定的需求应该是用现有的硬件技术和软件技术基本上可以实现的。对硬件技术的进步可以做些预测，对软件技术的进步则很难做出预测，只能从现有技术水平出发判断需求的现
15、实性。(4)有效性必须证明需求是正确有效的，确实能解决用户面对的问题。,37,3.8.2 验证软件需求的方法,验证需求的一致性当需求分析的结果是用自然语言书写的时候，除了靠人工技术审查验证软件系统规格说明书的正确性之外，目前还没有其他更好的“测试”方法。人们提出了形式化的描述软件需求的方法。当软件需求规格说明书是用形式化的需求陈述语言书写的时候，可以用软件工具验证需求的一致性，从而能有效地保证软件需求的一致性。,38,3.8.2 验证软件需求的方法,验证需求的现实性为了验证需求的现实性，分析员应该参照以往开发类似系统的经验，分析用现有的软、硬件技术实现目标系统的可能性。必要的时候应该采用仿真或
16、性能模拟技术，辅助分析软件需求规格说明书的现实性。,39,3.8.2 验证软件需求的方法,验证需求的完整性和有效性检验需求的完整性，特别是证明系统确实满足用户的实际需要，只有在用户的密切合作下才能完成。使用原型系统是一个比较现实的替代方法，开发原型系统所需要的成本和时间可以大大少于开发实际系统所需要的。用户通过试用原型系统，也能获得许多宝贵的经验，从而可以提出更符合实际的要求。可以适当降低对接口、可靠性和程序质量的要求，此外还可以省掉许多文档资料方面的工作，从而可以大大降低原型系统的开发成本。,40,3.8.3 用于需求分析的软件工具,PSL/PSA系统的功能主要有下述4种：描述任何应用领域的信息系统；创建一个数据库保存对该信息系统的描述符；对描述符施加增加、删除和更改等操作；产生格式化的文档和关于规格说明书的各种分析报告。PSL/PSA系统用描述符从系统信息流、系统结构、数据结构、数据导出、系统规模、系统动态、系统性质和项目管理等8个方面描述信息系统。,
