三章节GIS设计方法.ppt
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1、三章节GIS设计方法 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望 在上一次课介绍了两种基本的软件设计方法:结构化在上一次课介绍了两种基本的软件设计方法:结构化生命周期法和原型法,接下来对第三种基本的设计方生命周期法和原型法,接下来对第三种基本的设计方法法面向对象的设计方法进行介绍,并对这三种方面向对象的设计方法进行介绍,并对这三种方法进行比较,提出适合于现阶段法进行比较,提出适合于现阶段GISGIS的设计方法。的设计方法。教学提纲三、面向对象设计方法 四、GI
2、S基本设计方法比较与选择退出退出三、面向对象设计方法(一)(一)概述概述(二)(二)面向对象设计方法面向对象设计方法(三)面向对象方法在系统设计开发中的应用(三)面向对象方法在系统设计开发中的应用 返回返回面向对象设计方法的产生背景 由于微电子技术的迅速发展,使得计算机的成本不断下降,由于微电子技术的迅速发展,使得计算机的成本不断下降,性能不断提高,用户也对信息系统提出了更复杂的功能需性能不断提高,用户也对信息系统提出了更复杂的功能需求。传统的系统设计方法(例如结构化生命周期法)已不求。传统的系统设计方法(例如结构化生命周期法)已不能很好地满足这些需求,人们转而寻求新的系统设计方法。能很好地满
3、足这些需求,人们转而寻求新的系统设计方法。面向对象方法的出现正好迎合这种需求,受到广泛的重视,面向对象方法的出现正好迎合这种需求,受到广泛的重视,并很快地渗透到与计算机有关的各个领域中。并很快地渗透到与计算机有关的各个领域中。面向对象的主要概念和术语 主要主要概念概念定义定义说明说明对象对象人们对世界上的事物的认识形成概人们对世界上的事物的认识形成概念,这些概念使我们可以感知和推念,这些概念使我们可以感知和推理世界上的事物,这些概念应用到理世界上的事物,这些概念应用到的事物称为对象的事物称为对象对象可以是真实的或是抽象的,这取决于对象可以是真实的或是抽象的,这取决于研研究问题的目的,是面向对象
4、方法的最基本究问题的目的,是面向对象方法的最基本元元素素类类具有一致数据结构和行为(即操作)具有一致数据结构和行为(即操作)的对象抽象成类,它反映了与应用的对象抽象成类,它反映了与应用有有关的重要性质,而忽略掉其它一些关的重要性质,而忽略掉其它一些无无关的内容关的内容每个类都是个体对象可能的无限集合,每每个类都是个体对象可能的无限集合,每个个对象都是其相应类的一个实例。类中的每对象都是其相应类的一个实例。类中的每一一个实例均有各自的属性值,它们的属性名个实例均有各自的属性值,它们的属性名称称和操作是相同的和操作是相同的继承继承继承是对具有层次关系的类的属性继承是对具有层次关系的类的属性和和操作
5、进行共享的一种机制。如在一操作进行共享的一种机制。如在一个个已有类的基础上加入若干新内容形已有类的基础上加入若干新内容形成成新类新类继承可以减少设计和程序实现中的重复性。继承可以减少设计和程序实现中的重复性。在面向对象的术语中,这个已存在的类被在面向对象的术语中,这个已存在的类被称称为父类,使用继承由父类所定义的新类被为父类,使用继承由父类所定义的新类被称称为子类为子类 系统的分析与设计是为了解决人的抽象思维向计算机语言系统的分析与设计是为了解决人的抽象思维向计算机语言转化的问题,对于不同的目的,系统分析有不同的含义。转化的问题,对于不同的目的,系统分析有不同的含义。当分析的目的是实现时,那么
6、,分析指的是这样一个过程,当分析的目的是实现时,那么,分析指的是这样一个过程,在此过程中,人们研究和理解所要实现的系统,并将研究在此过程中,人们研究和理解所要实现的系统,并将研究结果以文档形式记录下来。结果以文档形式记录下来。面向对象分析与设计方法的特点 分析与设计采用的工具差异较小。面向对象的实现工具提供分析与设计采用的工具差异较小。面向对象的实现工具提供了支持分析所形成的模型的构造块,因此,使用面向对象的了支持分析所形成的模型的构造块,因此,使用面向对象的技术,分析与设计能自然转换,设计变得简单,而重点移到技术,分析与设计能自然转换,设计变得简单,而重点移到了分析阶段。面向对象的分析是分析
7、系统中的对象和这些对了分析阶段。面向对象的分析是分析系统中的对象和这些对象之间相互作用时出现的事件,以此把握系统的结构和系统象之间相互作用时出现的事件,以此把握系统的结构和系统的行为。面向对象的设计则将分析的结果映射到某种实现工的行为。面向对象的设计则将分析的结果映射到某种实现工具的结构上,这个实现工具可以是面向过程的,也可以是面具的结构上,这个实现工具可以是面向过程的,也可以是面向对象的。当实现工具是面向对象时,这个映射过程有着比向对象的。当实现工具是面向对象时,这个映射过程有着比较直接的一一对应关系,可以认为采用了相同的概念模型。较直接的一一对应关系,可以认为采用了相同的概念模型。面向对象
8、的开发方法促使软件开发按应用域的观点来工作面向对象的开发方法促使软件开发按应用域的观点来工作和思考。因为应用域中的问题贯穿大部分软件工程开发生和思考。因为应用域中的问题贯穿大部分软件工程开发生命周期,只有当应用域中的固有概念被识别、构造和理解命周期,只有当应用域中的固有概念被识别、构造和理解清楚了,才能有效地设计系统的数据结构和功能。同时,清楚了,才能有效地设计系统的数据结构和功能。同时,由于使用相同的概念模拟工具,从分析到设计的转变非常由于使用相同的概念模拟工具,从分析到设计的转变非常自然。面向对象技术使分析者、设计者和程序员,特别是自然。面向对象技术使分析者、设计者和程序员,特别是最终用户
9、都使用相同的概念模型,同时,落实到编程上,最终用户都使用相同的概念模型,同时,落实到编程上,也应使用面向对象的语言开发环境。也应使用面向对象的语言开发环境。返回返回面向对象设计方法的主要类型面向对象建模技术(面向对象建模技术(Object_Oriented Modeling Object_Oriented Modeling TechniqueTechnique,简称,简称OMTOMT)统一建模语言(统一建模语言(Unified Modeling LanguageUnified Modeling Language,简称,简称UMLUML)面向对象建模技术 OMTOMT采用对象模型、动态模型和功能
10、模型等来描述一采用对象模型、动态模型和功能模型等来描述一个系统。用这种方法进行系统分析与设计所建立的系统个系统。用这种方法进行系统分析与设计所建立的系统模型在后期用面向对象的开发工具实现时模型在后期用面向对象的开发工具实现时“转换过程转换过程”是很自然的。是很自然的。对象模型 对象模型描述的是系统的对象结构,是三种模型中最重要的模型。对象模型通过描述系统中的对象、对象间的关系、标识类中对象的属性和操作来组织对象的静态结构,它描述了动态模型和功能模型中的数据结构,其操作对应于动态模型中的事件及功能模型中的功能。通常,对象模型用含有对象类的对象图(是对E-R模型的扩充)来表示,这种表示方法有利于通
11、讯交流和对系统结构进行文档化。动态模型动态模型描述与时间和操作顺序有关的系统属性。动态模型是对象模型的一个对照,它表示和时间与变化有关的性质,描述对象的控制结构。动态建模的主要概念是事件,它表示外部触发,它的状态表示对象值。动态模型关心“控制”,“控制”是用来描述操作执行次序的系统属性。通常,动态模型用状态图来表示,一张状态图表示一个类的对象的状态和事件的正确次序。功能模型功能模型描述了系统中所有的计算,它描述了由对象模型中的对象唤醒和由动态模型中的行为唤醒的功能。功能模型只考虑系统做什么,而不关心怎样做和何时做;它描述了一个计算运行的结果,而不考虑计算值的次序。通常,功能模型的描述工具是数据
12、流图,数据流图说明数据流如何从外部输入经过操作而到外部输出。OMT的两个特点 OMT OMT是一种围绕着真实世界中的概念,是从三种不同的角是一种围绕着真实世界中的概念,是从三种不同的角度建立系统的面向对象模型的技术。度建立系统的面向对象模型的技术。OMT OMT主要有两个特点:主要有两个特点:使用领域专家或用户熟悉的概念和术语,因而有助于使用领域专家或用户熟悉的概念和术语,因而有助于对问题的理解和与用户通信交流;对问题的理解和与用户通信交流;对应用域的对象和计算机域中的对象使用一致的面向对应用域的对象和计算机域中的对象使用一致的面向对象的概念和表示法来建模、设计和实现,不必在各对象的概念和表示
13、法来建模、设计和实现,不必在各阶段进行概念转换,因而方便了开发工作。阶段进行概念转换,因而方便了开发工作。OMT建模步骤 步步骤骤内容内容目目标标系系统统分析分析从从问题陈问题陈述入手,与需求一起工作述入手,与需求一起工作,以理解,以理解问题问题要求,要求,主要包括主要包括对对象象建模、建模、动态动态建模、功能建模等内容建模、功能建模等内容简洁简洁明确地抽象出目明确地抽象出目标标系系统统必必须须做的事情,做的事情,对对真真实实世界建模世界建模系系统设计统设计系系统设计统设计是是问题问题求解及建立解答的求解及建立解答的高高级级策略,其内容包括将系策略,其内容包括将系统统分解分解为为子系子系统统的
14、策略、子系的策略、子系统统的的软软硬件硬件配置、配置、详细详细的的设计设计框架等框架等决定系决定系统统的整体的整体风风格;使格;使多个多个设计设计者能独立地者能独立地进进行行子系子系统设计统设计;确定需;确定需优优化化的性能,的性能,选择问题处选择问题处理的理的策略和初步配置策略和初步配置资资源源系系统详细统详细设计设计详细设计详细设计强强调调数据数据结结构和构和实现类实现类所所需的算法。在分析模型的需的算法。在分析模型的类类中增加中增加计计算机化的数据算机化的数据结结构和算法,并使构和算法,并使用用统统一的面向一的面向对对象的概念和符号表象的概念和符号表示法来表达示法来表达在分析的基在分析的
15、基础础上,上,对设计对设计模型加入一些模型加入一些实现实现上的考上的考虑虑,将系,将系统设计统设计中的一些中的一些实现细节实现细节加入到加入到设计设计模型模型中中软软件件编编程程使用具体的程序使用具体的程序设计语设计语言、数据言、数据库库或硬件来或硬件来实现对实现对象象设计设计中的中的对对象和象和关关联联实现实现系系统统统一建模语言的产生(一)面向对象的分析与设计方法的发展在面向对象的分析与设计方法的发展在19801980年代末至年代末至19901990年代年代中期出现了一个高潮,统一建模语言是这个高潮的产物。中期出现了一个高潮,统一建模语言是这个高潮的产物。BoochBooch是面向对象方法
16、最早的倡导者之一,他提出了面向对是面向对象方法最早的倡导者之一,他提出了面向对象软件工程的概念,他于象软件工程的概念,他于19911991年建立年建立Booch93Booch93。RumbaughRumbaugh等人提出了面向对象的建模技术方法,采用面向对等人提出了面向对象的建模技术方法,采用面向对象的概念,并引入各种独立于语言的表示符,建立了象的概念,并引入各种独立于语言的表示符,建立了OMT-2OMT-2,它特别适用于分析和描述以数据为中心的信息系统。,它特别适用于分析和描述以数据为中心的信息系统。JacobsonJacobson于于19941994年提出了年提出了OOSEOOSE方法,其
17、最大特点是面向用例方法,其最大特点是面向用例(Use-CaseUse-Case),并在用例的描述中引入了外部角色的概念。),并在用例的描述中引入了外部角色的概念。统一建模语言的产生(二)19941994年年1010月,月,Grady BoochGrady Booch和和Jim RumbaughJim Rumbaugh开始致力于统一开始致力于统一建模语言。建模语言。他们将他们将Booch93Booch93和和OMT-2 OMT-2 统一,并于统一,并于19951995年年1010月发布第一个月发布第一个公开版本,称之为统一方法公开版本,称之为统一方法UM0.8UM0.8(Unified Meth
18、odUnified Method)。)。19961996年,为了进行方法学领域的研究和标准化工作,成立了年,为了进行方法学领域的研究和标准化工作,成立了OMGOMG工作组。工作组。19971997年年1 1月,许多组织提交了关于方法学标准的提案以协助月,许多组织提交了关于方法学标准的提案以协助模型的转换,这些提案主要集中在元模型和表示方法方面。模型的转换,这些提案主要集中在元模型和表示方法方面。通过协调,通过协调,UML1.1UML1.1在在1997 1997 年底发布,得到工业界的广泛支年底发布,得到工业界的广泛支持,被持,被OMGOMG正式接纳为标准。正式接纳为标准。统一建模语言的应用(一
19、)UMLUML是一个通用的标准建模语言,可以对任何具有静态结构是一个通用的标准建模语言,可以对任何具有静态结构和动态行为的系统进行建模,而且,和动态行为的系统进行建模,而且,UMLUML适用于系统开发过适用于系统开发过程中从需求规格描述到系统完成后测试的不同阶段。程中从需求规格描述到系统完成后测试的不同阶段。在需求分析阶段,通过用例来捕获用户需求,并采用用例建在需求分析阶段,通过用例来捕获用户需求,并采用用例建模,描述对系统感兴趣的外部角色及其对系统的功能要求。模,描述对系统感兴趣的外部角色及其对系统的功能要求。在设计阶段引入定义软件系统中技术细节的类(如处理用户在设计阶段引入定义软件系统中技
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