2012-2013 第二学期 11本 第3章 需求分析.ppt

软件工程与软件工程与UMLUML数据建模数据建模第三章第三章 需求分析需求分析11 1、需求分析中心目标、任务、需求分析中心目标、任务2 2、需求分析获取需求的方法、需求分析获取需求的方法3 3、需求分析得到的成果、需求分析得到的成果4 4、建立逻辑模型的工具、建立逻辑模型的工具5 5、验证需求、验证需求 本章重点内容本章重点内容2需求分析中心目标需求分析中心目标 要准确回答要准确回答“系统必须做什么系统必须做什么?”?”这个问题。这个问题。需求分析的任务需求分析的任务：调查了解用户需求，把满足用户需求的新调查了解用户需求，把满足用户需求的新系统的逻辑模型用系统的逻辑模型用需求规格说明需求规格说明的特定的特定文档形式表达出来文档形式表达出来。3.1 3.1 需求分析的任务需求分析的任务31.1.功能需求功能需求:指系统必须完成的所有功能。指系统必须完成的所有功能。2.2.性能需求：性能需求：性能需求指系统应满足的定时约束或容量约性能需求指系统应满足的定时约束或容量约束。束。3.3.可靠性和可用性需求：可靠性和可用性需求：4.4.系统的数据要求系统的数据要求：可使用实体可使用实体-联系图联系图(ER)(ER)5.5.其它需求其它需求：安全性需求、接口需求、以及约束条件等安全性需求、接口需求、以及约束条件等3.1.1 3.1.1 确定对系统的综合要求确定对系统的综合要求4通常用通常用 数据流图（数据流图（DFDDFD）实体实体-联系图（联系图（ERER）状态转换图（状态转换图（SCSC）数据字典（数据字典（DDDD）主要处理算法主要处理算法 几个方面来描述这个几个方面来描述这个逻辑模型逻辑模型。3.1.2 3.1.2 分析数据要求分析数据要求导出系统的逻辑模型导出系统的逻辑模型53.2.1 3.2.1 访谈及调查访谈及调查 访谈是最早使用的获取用户需求的技术。访谈是最早使用的获取用户需求的技术。当需要调查大量人员的意见时，向被调查人分发调查表当需要调查大量人员的意见时，向被调查人分发调查表也是一个十分有效的做法。也是一个十分有效的做法。3.2.2 3.2.2 面向数据流自顶向下求精面向数据流自顶向下求精 结构化分析方法就是面向数据流自顶向下逐步求精进行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。（后面会加以介绍）需求分析的方法。（后面会加以介绍）3.2.3 3.2.3 应用规格说明技术（应用规格说明技术（结构化方法的主流技术结构化方法的主流技术）共同决定产品需求，双方共同收集共同决定产品需求，双方共同收集-研讨研讨-优化优化-确认。确认。3.2.4 3.2.4 快速建立软件原型的技术快速建立软件原型的技术 第四代语言第四代语言 可重用的软件构架可重用的软件构架 形式化说明形式化说明+原型基础原型基础3.2 3.2 与用户沟通获取需求的方法与用户沟通获取需求的方法6 模型是由一组图形符号和组织这些符号的规则模型是由一组图形符号和组织这些符号的规则构成。构成。需求分析过程应建立三种模型，它们分别为：需求分析过程应建立三种模型，它们分别为：一、数据模型一、数据模型 二、功能模型二、功能模型 三、行为模型三、行为模型3.3 3.3 分析建模与规格说明分析建模与规格说明3.3.1 3.3.1 分析建模分析建模71 1、数据模型：、数据模型：依据描述问题的信息域原则建立数据模型。依据描述问题的信息域原则建立数据模型。2 2、功能模型：、功能模型：依据定义系统应完成的功能原则建立功能模依据定义系统应完成的功能原则建立功能模型。型。3 3、行为模型：、行为模型：依据作为外部事件结果的系统行为原则建立依据作为外部事件结果的系统行为原则建立行为模型。行为模型。8实体实体-联系图联系图(E-R):(E-R):描绘数据对象及数据对象之间的关系，是用描绘数据对象及数据对象之间的关系，是用于建立于建立数据模型数据模型的图形。的图形。数据流图数据流图(DFD):(DFD):是建立是建立功能模型功能模型的基础。的基础。状态转换图状态转换图(SC):(SC):描绘了系统的各种描绘了系统的各种行为模式行为模式(称为称为“状态状态”)和在不同状态间转换的方式。和在不同状态间转换的方式。状态转换图是状态转换图是行为建模行为建模的基础。的基础。9 软件软件需求规格说明书需求规格说明书需求分析阶段得出的最需求分析阶段得出的最主要的文档。主要的文档。(为了消除用自然语言书写的软件需求规格为了消除用自然语言书写的软件需求规格说明书中可能存在的不精确问题，有些人主张说明书中可能存在的不精确问题，有些人主张用用形式化方法形式化方法描述用户对软件系统的需求描述用户对软件系统的需求)。3.3.2 3.3.2 软件需求规格说明软件需求规格说明10 E-RE-R图中包含实体（数据对象）、关系和属性图中包含实体（数据对象）、关系和属性三种基本成分。三种基本成分。矩形：代表矩形：代表实体实体（数据对象）（数据对象）菱形：代表菱形：代表关系关系 椭圆或圆角矩形：实体与关系椭圆或圆角矩形：实体与关系 的的属性定义了实体或关系性质属性定义了实体或关系性质学生学生学学姓名姓名3.4 3.4 实体联系图（实体联系图（ERER）11 为了把用户的数据要求清楚、准确地描述出来，为了把用户的数据要求清楚、准确地描述出来，通常建立一个概念性的数据模型。通常建立一个概念性的数据模型。概念模型概念模型是一种是一种面向问题的数据模型面向问题的数据模型，它描，它描述了述了从用户角度看到的数据从用户角度看到的数据。数据模型中包含：数据模型中包含：数据对象数据对象、数据对象的、数据对象的属属性性及数据对象彼此间相互连接的及数据对象彼此间相互连接的关系关系。12 数据对象可以是外部实体、事物、行为、事件、数据对象可以是外部实体、事物、行为、事件、地点等。地点等。3.4.2 属性 属性定义了数据对象的性质。属性定义了数据对象的性质。3.4.3 联系(1)(1)一对一联系一对一联系(11)(11)例如，一个部门有一个经理例如，一个部门有一个经理(2)(2)一对多联系一对多联系(1N)(1N)例如，教师与课程之间存在一对多的联系。例如，教师与课程之间存在一对多的联系。3.4.1 3.4.1 数据对象数据对象13(3)(3)多对多联系多对多联系(MN)(MN)例如，学生与课程间的联系例如，学生与课程间的联系(“(“学学”)是多对是多对多的，即一个学生可以学多门课程，而每门课多的，即一个学生可以学多门课程，而每门课程可以有多个学生来学。程可以有多个学生来学。联系也可能有属性联系也可能有属性。例如，学生例如，学生“学学”某门课程所取得的某门课程所取得的成绩成绩，既不是学生的属性也不是课程的属性。于是既不是学生的属性也不是课程的属性。于是“成绩成绩”是学生与课程之间的联系是学生与课程之间的联系“学学”的的属性属性。14图图:教学管理教学管理E-RE-R图图实体实体实体实体实体实体联系联系联系联系实体属性实体属性联系属性联系属性实例实例ERER图图15 为为减少数据冗余减少数据冗余，避免出现，避免出现插入异常或删插入异常或删除异常除异常，简化修改数据的过程简化修改数据的过程，通常需要把数通常需要把数据结构以规范化的格式描述出来，称为数据规据结构以规范化的格式描述出来，称为数据规范化。范化。3.5 3.5 数据规范化数据规范化 1NF2NF3NF标准范式标准范式 nNFnNF16 通常用通常用“范式范式(normal forms)(normal forms)”定义定义消除数据冗余消除数据冗余的程的程度。范式从第一到第五分成五个级别。度。范式从第一到第五分成五个级别。数据规范化数据规范化-范式范式 第一、数据冗余的程度第一范式第一、数据冗余的程度第一范式(1NF)(1NF)最大，第五范式最大，第五范式(5 NF)(5 NF)最小。范式级别最小。范式级别越高，存储同样数据就需要分解成更多张越高，存储同样数据就需要分解成更多张表，存储自身的过程也就越复杂。表，存储自身的过程也就越复杂。第二、随着范式级别的提高，数据的存第二、随着范式级别的提高，数据的存储结构与基于问题域的结构间的匹配程度储结构与基于问题域的结构间的匹配程度也随之下降，因此在需求变化时数据的稳也随之下降，因此在需求变化时数据的稳定性较差。定性较差。第三、范式级别提高则需要访问的表增第三、范式级别提高则需要访问的表增多，因此性能多，因此性能(速度速度)将下降。从实用角度将下降。从实用角度看来，在大多数场合选用中等即看来，在大多数场合选用中等即第三范式第三范式比较恰当比较恰当。表表表表表表表表1NF3NF5NF稳定性稳定性较高较高稳定性稳定性较差较差稳定性稳定性适中适中数据冗余度数据冗余度最小最小17按照属性的依赖关系来对范式进行定义：按照属性的依赖关系来对范式进行定义：(1)1NF(1)1NF每个属性值都必须是每个属性值都必须是原子值原子值。(单键单键)(2)2NF(2)2NF满足第一范式条件，而且每个非关键字属满足第一范式条件，而且每个非关键字属性都由性都由整个关键字整个关键字决定决定 （复合键部分依赖）（复合键部分依赖）(3)3NF(3)3NF符合第二范式的条件，符合第二范式的条件，每个非关键字属性每个非关键字属性都仅由关键字决定都仅由关键字决定，而且一个非关键字属性不能，而且一个非关键字属性不能仅仅是对另一个非关键字属性的进一步描述。仅仅是对另一个非关键字属性的进一步描述。18状态转换图提供了状态转换图提供了行为行为建模机制建模机制:它表示它表示一个系统对象在它的生存周期内各阶一个系统对象在它的生存周期内各阶段的状态和行为段的状态和行为。3.6 3.6 状态转换图状态转换图(SC)(SC)19 在状态图中定义的状态主要有：在状态图中定义的状态主要有：初态初态、终态终态和和中间态中间态。注意：在一张状态图中只能有一个初态，而终注意：在一张状态图中只能有一个初态，而终态则可以有态则可以有0 0至多个。至多个。3.6.1 3.6.1 状态（状态（StateState）20 事件是在某个特定时刻发生的事情，它是对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引起系统做动作或(和和)从一个状态转换到另一从一个状态转换到另一个状态的外界事件的抽象。个状态的外界事件的抽象。3.6.2 3.6.2 事件（事件（EventEvent）状态状态1 1状态变量状态变量活动表活动表1 1状态状态1 1状态变量状态变量活动表活动表1 1事件表达式事件表达式21 在状态图中，在状态图中，初态用实心圆表示，终态用一对初态用实心圆表示，终态用一对同心圆同心圆(内圆为实心圆内圆为实心圆)表示，中间状态用圆角矩表示，中间状态用圆角矩形表示。形表示。3.6.3 3.6.3 符号符号状态名状态名活动表活动表 中间态可用一条水平中间态可用一条水平横线把它分成上下两部横线把它分成上下两部分，上部分为状态的名分，上部分为状态的名称，这部分是必有的；称，这部分是必有的；下部分是活动表，这部下部分是活动表，这部分也是可选的。分也是可选的。22事件名事件名(参数表参数表)/)/动作表达式动作表达式 其中其中“事件名事件名”可以是任何事件的名称。可以是任何事件的名称。在活动表中经常使用下述在活动表中经常使用下述3 3种标准事件：种标准事件：entryentry，exit exit 和和 dodo。entry entry 事件指定事件指定进入进入该状态的动作；该状态的动作；exit exit 事件指定事件指定退出退出该状态的动作；该状态的动作；do do 事件则指出在该状态下的事件则指出在该状态下的活动活动。状态图中两个状态之间带箭头的连线称为状态状态图中两个状态之间带箭头的连线称为状态 转换转换，箭头指明了转换方向。状态变迁通常是由事，箭头指明了转换方向。状态变迁通常是由事件触发的，在这种情况下应在箭头线上标出触发转件触发的，在这种情况下应在箭头线上标出触发转换的事件表达式。换的事件表达式。事件的详细描述事件的详细描述23事件表达式的语法如下：事件表达式的语法如下：事件说明守卫条件动作表达式事件说明守卫条件动作表达式其中：其中：事件说明事件说明的语法为：的语法为：事件名事件名(参数表参数表)。守卫条件守卫条件是一个是一个布尔表达式布尔表达式。如果同时使用事件说明和守卫条件，则如果同时使用事件说明和守卫条件，则当且仅当当且仅当事件发生且布尔表达式为真时，状态转换才发生。事件发生且布尔表达式为真时，状态转换才发生。动作表达式动作表达式是当状态转换时执行的表达式。是当状态转换时执行的表达式。图图 状态图的符号表示状态图的符号表示事件的详细描述事件的详细描述24 为了具体说明怎样用状态图建立系统的行为模为了具体说明怎样用状态图建立系统的行为模型，下面举一个例子。图型，下面举一个例子。图3.43.4（见书（见书5757页）是人们页）是人们非常熟悉的电话线路系统一部分的状态图。非常熟悉的电话线路系统一部分的状态图。图中表明，没有人打电话时电话处于闲置状态；图中表明，没有人打电话时电话处于闲置状态；有人拿起听筒则进入拨号音状态，到达这个状态有人拿起听筒则进入拨号音状态，到达这个状态后，电话的行为是响起拨号音并计时；这时如果后，电话的行为是响起拨号音并计时；这时如果拿起听筒的人改变主意不想打了，他把听筒放下拿起听筒的人改变主意不想打了，他把听筒放下(挂断挂断)，电话重又回到闲置状态；如果拿起听筒，电话重又回到闲置状态；如果拿起听筒很长时间不拨号很长时间不拨号(超时超时)，则进入超时状态。，则进入超时状态。3.6.4 3.6.4 状态图状态图-例子例子25针对上例简化完成的状态图针对上例简化完成的状态图26作业作业2 2：绘制：绘制“打电话过程打电话过程”电话线路的状态图。电话线路的状态图。注：可设置如下状态：注：可设置如下状态：“IdleIdle”,“”,“DialingDialing”,”,“ConnectingConnecting”,“”,“RingingRinging”,”,“ConnectedConnected”,“”,“DisconnectedDisconnected”,”,“Time OutTime Out”,“”,“Play MessagePlay Message”，“Busy ToneBusy Tone”(可以适当增减状态可以适当增减状态)27作业作业:绘制复印机工作的状态图，陈述如下：绘制复印机工作的状态图，陈述如下：1 1、未接到工作命令时复印机处于闲置状态。、未接到工作命令时复印机处于闲置状态。2 2、接到复印命令后，转入复印状态。完成复、接到复印命令后，转入复印状态。完成复印后又回到闲置状态，等待命令。印后又回到闲置状态，等待命令。3 3、若复印时发现没纸，则进入缺纸状态，发、若复印时发现没纸，则进入缺纸状态，发出警告等待装纸。装纸完成后又进入闲置状态。出警告等待装纸。装纸完成后又进入闲置状态。4 4、若复印时发现卡纸，则进入卡纸（故障）、若复印时发现卡纸，则进入卡纸（故障）状态，发出警告等待排除故障。故障排除后，状态，发出警告等待排除故障。故障排除后，又进入闲置状态。又进入闲置状态。281 1、层次方框图：、层次方框图：类似于传统的树形结构层次结构方框图。但要注类似于传统的树形结构层次结构方框图。但要注意的是它描述的是数据的结构关系。意的是它描述的是数据的结构关系。2 2、WarnierWarnier图：图：法国科学家提出的表示信息层次结构的图示。优法国科学家提出的表示信息层次结构的图示。优点在于可以表明信息的逻辑组织，便于软件的设计。点在于可以表明信息的逻辑组织，便于软件的设计。是以文字及括号表示的横排的树形结构，它是以文字及括号表示的横排的树形结构，它定义增定义增加了特定条件及重复出现等描述。加了特定条件及重复出现等描述。3 3、输入、输入/输出图：（输出图：（IPOIPO图）图）IPOIPO图是输入、处理、输出图的简称，它是美国图是输入、处理、输出图的简称，它是美国IBMIBM公司发展完善起来的一种图形工具公司发展完善起来的一种图形工具.*3.7 3.7 其他图形工具其他图形工具29图图3.7 IPO3.7 IPO图的一个例子图图的一个例子图30 需求分析阶段的工作结果是开发软件系统的重要需求分析阶段的工作结果是开发软件系统的重要基础，统计表明软件系统中相当部分错误起源于错基础，统计表明软件系统中相当部分错误起源于错误需求。因此有必要验证这些需求的正确性。误需求。因此有必要验证这些需求的正确性。一般说来，应该从以下一般说来，应该从以下4 4方面来进行验证：方面来进行验证：(1)(1)验证需求一致性：验证需求一致性：所有需求不能相矛盾，有效方法是所有需求不能相矛盾，有效方法是形式化语言编制需求。形式化语言编制需求。(2)(2)验证需求完整性：验证需求完整性：需求必须是完整的需求必须是完整的。有效方法是。有效方法是原型方法原型方法。(3)(3)验证需求现实性：验证需求现实性：需求应该是可以实现的需求应该是可以实现的。实现技术应是。实现技术应是成熟的有依据成熟的有依据的。的。(4)(4)验证需求有效性：验证需求有效性：需求是正确有效的需求是正确有效的。同样最好是原型方法。同样最好是原型方法。3.8 3.8 验证软件需求验证软件需求31对此类软件工具的要求：对此类软件工具的要求：1 1、形式化的语法规范和表。、形式化的语法规范和表。2 2、可以导出详细的文档。、可以导出详细的文档。3 3、可以提供不一致性和冗余性的分析。、可以提供不一致性和冗余性的分析。4 4、改善通信条件、改善通信条件。19771977年年RSL(RSL(需求陈述语言需求陈述语言)RSLRSL形式化需求陈述形式化需求陈述-ASSM-ASSM数据库数据库-PASCAL-PASCAL语言。语言。19771977年年PSL/PSA(PSL/PSA(问题陈述语言及问题陈述分析程序问题陈述语言及问题陈述分析程序)。CADSAT(CASECADSAT(CASE类的工具）由类的工具）由PSLPSL定义，定义，PSAPSA分析后生成文分析后生成文档。档。根据软件领域不同，公司有自己专用的需求分析工具。根据软件领域不同，公司有自己专用的需求分析工具。*3.8.3 3.8.3 需求分析阶段可用的软件工具需求分析阶段可用的软件工具32 传统软件工程方法学使用结构化分析技术，传统软件工程方法学使用结构化分析技术，完成分析用户需求的工作。完成分析用户需求的工作。需求分析的任务是需求分析的任务是调查了解用户需求，把满调查了解用户需求，把满足用户需求的新系统的逻辑模型用足用户需求的新系统的逻辑模型用需求规格需求规格说明说明的特定形式表达出来的特定形式表达出来。3.9 3.9 小结小结33 为了更好地理解问题，常常采用建立模型的方为了更好地理解问题，常常采用建立模型的方法，法，结构化分析实质上就是一种建模活动结构化分析实质上就是一种建模活动。在需求分析阶段通常在需求分析阶段通常 使用使用实体实体-联系图联系图建立建立数据模型数据模型，使用使用数据流图数据流图建立建立功能模型功能模型，使用使用状态图状态图建立建立行为模型行为模型。数据字典数据字典描述在数据模型、功能模型和行为模描述在数据模型、功能模型和行为模型中出现的数据对象及控制信息的特性，给出它型中出现的数据对象及控制信息的特性，给出它们的准确定义。因此，数据字典成为把们的准确定义。因此，数据字典成为把3 3种分析模种分析模型粘合在一起的型粘合在一起的“粘合剂粘合剂”，是分析模型的，是分析模型的“核核心心”。341 1、P73-3P73-3、储蓄系统的问题、储蓄系统的问题2 2：（：（ERER图）图）2 2、改进后的打电话的系统状态图、改进后的打电话的系统状态图3 3、为某仓库管理设计一个、为某仓库管理设计一个ERER模型，该仓库主要管理零件的模型，该仓库主要管理零件的订购和供应等事项，并根据需要向供应商订购零件。订购和供应等事项，并根据需要向供应商订购零件。其：零件的属性：零其：零件的属性：零-编号、零编号、零-名称、规格、重量名称、规格、重量 供应商：供供应商：供-编号、供编号、供-名称、供名称、供-联系方式联系方式 产品项目：产产品项目：产-编号、产编号、产-名，名，另外还有属性：需要量、供应量等。另外还有属性：需要量、供应量等。4 4、P73-6P73-6、复印机的系统状态图（、复印机的系统状态图（SCSC）其中：复印机大致有闲置、复印、卡纸、缺纸状态。其中：复印机大致有闲置、复印、卡纸、缺纸状态。第三章需求分析第三章需求分析 作业题：作业题：35