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1、软件工程导论,吉林大学计算机学院 2007年9月,分析示例教材购销管理系统（1）,问题描述：学校教材科根据业务的需要，建立一个学校教材购销管理系统，提高教材采购、销售和信息管理的效率。,学生,张秘书,购书申请,王会计,李出纳,赵保管,学生,购书证明,购书申请,购书申请,书,学生,审 查有效性,购书单,开发票,开领书单,发书,学生,有 效购书单,发票,领书单,书,学生,审查并开发票,购书单,开领书单,发书,学生,发票,领书单,书,2）去掉具体模型中的非本质因素，抽象出当前系统的逻辑模型,1）通过对现实环境的调查研究，获得当前系统的具体模型,3）分析当前系统与目标系统的差别，建立目标系统的逻辑模型
2、。,分析示例教材购销管理系统（2）,学生,审查并开发票,购书单,开领书单,学生,发票,领书单,无效书单,4）对目标系统进行补充和完善，并写出完整的需求说明。,学生,1 审查并开发票,购书单,2 开领书单,学生,发票,领书单,无效书单,各班学生用书表,教材存量表,5）对需求说明进行复审，直到确认文档齐全，并且符合用户的全部需求为止,分析示例教材购销管理系统（3）,学生,教材购销管理系统,书 库保管员,1. 教材购销管理系统的顶层DFD,学生,书 库 保管员,2. 第二层DFD图教材购销系统,购书单,领书单,缺书单,进书通知,购书单,领书单,1 销 售,2 采购,进书通知,F2: 缺书登记表,F1
3、: 教材存量表,缺书单,进书通知,分析示例教材购销管理系统（4）,1.1 审 查有效性,1.2 开发票,有效 购书单,1.3 领书并 开领书单,发票,1.4 登记缺书,1.5 补售教材,F2: 缺书登记表,学生,学生,无效书单,领书单,领书单,F3: 各班学生用书表,F4: 售书登记表,补售书单,暂缺书单,采购,3. 第三层DFD图销售子系统,F1: 教材存量表,分析示例教材购销管理系统（5）,2.3 修改教材库存和待购量,2.1 按 书 号 汇总缺书,F2: 缺书登记表,销售 子系统,书库 保管员,F1: 教材存量表,进书通知,3. 第三层DFD图采购子系统,2.2 按出版社 统计缺书,F5
4、: 待购教材表,F6: 教材一览表,进书通知,分析示例教材购销管理系统（6）,数据字典（Data Directory-DD) 领书单 = 学院+专业+班级+学号+姓名+书号+（书名）+数量+日期 有效购书单 = 领书单 发票= 学号+姓名+书号+（书名）+单价+数量+总价+书费合计 教材存量表 = 书号+单价+数量 暂缺书单 = 学号+姓名+ 书号+数量 补售书单 = 学号+姓名+ 书号+数量,第三章 需求分析,一. 需求分析的任务,需求分析是软件定义的最后一个阶段，它的基本任务是准确地回答“系统必须做什么？”这个问题。对目标系统提出完整、准确、清晰、具体的要求。 1.确定对系统的综合要求，充
5、分理解和表达用户的需求 对系统的要求包括：功能性需求和非功能性需求 功能性需求主要说明系统的各功能。通常包括系统的输入、处理和输出等。 非功能性需求即为软件的“约束”。,过程需求,产品需求,外部需求,非功能性需求,交付需求 实现方法需求 标准需求,性能需求 可移植性需求 可靠性和可用性需求 可重用性需求 安全保密性需求 出错处理需求,法规需求 费用需求 互操作性需求,二. 分析过程,2.分析系统的数据要求（数据元素、数据结构） 3.导出系统的逻辑模型（数据流图+数据字典+主要的处理算法） 4.修正系统开发计划 5. 开发原型系统（系统主要功能）,需求分析过程：需求的获取需求分析修改开发计划编写
6、软件规格说明书 验证。 1.需求的获取：访谈 2.需求分析：结构化分析方法（SA方法）-面向数据流自顶向下逐步求精进行需求分析的方法。要建立三种模型：数据模型（实体-联系图）、功能模型（数据流图）和行为模型（状态转换图）。,3.修改开发计划 4.规格说明书：使用形式化方法描述用户对软件系统的需求。,5.验证软件需求,从哪几个方面验证软件需求的正确性（四个方面）,一致性： 任何一条需求不能和其他需求互相矛盾。 完整性： 规格说明书应该包括用户需要的每一个功能和性能。 现实性： 指定的需求是用现有的硬件、软件技术可以实现的。 有效性： 需求是正确有效的，确实能解决用户面对的问题。,验证软件需求的方
7、法,一致性：人工审查-形式化描述软件需求，软件工具自动验证。 现实性： 参考以往的开发经验，分析，仿真或模拟 完整性和一致性：原型系统,三. 实体-联系图,用户的数据要求-需要哪些数据，数据之间有哪些联系，数据本身有哪些性质，数据的结构 等。 用户的处理要求-对数据进行哪些处理，每个处理的逻辑功能。 概念性模型（信息模型）-一种面向问题的数据模型，是按照用户的观点来对数据和信息建模。表示概念性数据模型的最常用方法是实体-联系方法，采用用 ER图的方式，这种表示又称为ER模型。,ER模型,实体： 客观世界中存在的且可区分的事物。 联系： 客观事物之间的联系（三类-1：1，1：N，M:N） 属性：
8、 实体或联系所具有的性质。,四. 数据规范化,第一范式：每个属性值都必须是原子值，即仅仅是一个简单值而不含有内部结构。,为减少数据冗余，避免出现插入或删除异常，简化修改数据的过程，通常需要把数据结构规范化。 所谓“范式”是指规范化的关系模式。一个好的关系模式包括四个条件：尽量少的冗余，没有插入、删除、更新异常。,例：某人设计了一个关系模式如下： S（学号#，姓名，年龄，性别，系别，系主任，课程号#，成绩）,第二范式：在满足第一范式的基础上，每个非关键字属性都由整个关键字决定。,就上例而言，我们可把关系模式S分成如下两个关系： SR（学号#，姓名，年龄，性别，系别，系主任） SC（学号#，课程号
9、#，成绩）,在关系SR中： 学号#（姓名，年龄，性别，系别） 系别-系主任 在关系SC中： （学号#，课程号#）-成绩,第三范式：在满足第二范式的基础上，每个非关键字属性都仅由关键字决定，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。,就SR而言，我们可把它分成如下两个关系： SS（学号#，姓名，年龄，性别，系别，系主任） RD（系别 ，系主任）,五. 状态转换图（行为模型）,状态转换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。 1.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。 系统状态图中的状态有
10、：初态，终态和中间态。 初态用实心圆表示，终态用一对同心圆表示。中间状态用圆角矩形表求，可分成三个部分，上层为状态名称（必有），中间层为状态变量的名字和值，下层是活动表。 活动表格式：事件名（参数名）/动作表达式 2.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从一个状态转换到另一个状态的外界事件的抽象。 标准事件：entry，exit，do。entry事件指定进入该状态的动作，exit指定退出该状态的动作，而do事件则指定该状态下的动作。 3.守卫条件：是一个布尔表达式，如同时使用事件说明和守卫条件，则当事件发生且布尔表达式为真时进行状态转换。,六. 图形工具,层次方框图： 用树
11、形结构的一系列多层次的矩形框描绘数据的层次结构。,产 品,硬 件,软 件,服 务,处理机,存储器,外部设备,系统软件,应用软件,软件服务,硬件维修,培训,操作系统,编译程序,软件工具,层次方框图的一个例子,注意：层次方框图即可以表示数据的层次结构，也可以表示程序的层次结构,4. 图形工具（续）,Warnier 图： 用树形结构描绘数据的层次结构。,软件 产品,系统软件,操作系统(P1),编译程序 (P2),软件工具,编辑程序(P3),测试驱动程序(P4),设计辅助程序(P5),应用软件,4. 图形工具（续）,IPO 图: 输入/处理/输出图的简称-IBM。,旧的主文件,事务文件,1、校验主记录
12、,2、校验事务记录,3、更新主记录,1、校验主记录,2、有效的事务记录,3、更新后的主文件,改进的IPO图的形式（P59),第四章 形式化说明技术,4.1 概述 1.形式化方法：是描述系统性质的基于数学的技术，如果一种方法有坚实的数学基础，那么它就是形式化的。 2.非形式化方法的缺点： 可能存在矛盾、二义性、含糊、不完整及抽象层次混乱等问题。 3.形式化方法的优点： 能简洁准确地描述物理现象、对象或动作的结果。 可在不同软件工程活动中平滑过渡。 提供高层确认的手段。 4.2 有穷状态机 1.概念：一般一个有穷状态机包括5个部分：状态集J、输入集K、转换函数T（可由当前状态和当前输入确定下一个状
13、态）、初始态S和终态F。其中J是一个有穷非空状态集；K是一个有穷非空输入集；T是一个从（J-F） K到J的转换函数；S J，是一个初始状态；F J ，是终态集。,例子：一个保险箱装了一个复合锁，锁有三个位置，分别标记1、2、3，转盘可向左（L）或右（R）转动。保险箱的组合密码是1L、3R、2L，转盘的任何其他运动都将引起报警。,状态集J：保险箱锁定，A，B，保险箱解锁，报警 输入集K：1L，1R，2L，2R，3L，3R 初始态：保险箱锁定 终态集：保险箱开锁，报警,对系统进行规格说明，通常都要对有穷状态机进行扩展，在5元组中加入第6个组件谓词集P，每个谓词都是系统全局状态的函数。此时转换函数是
14、一个从（J-F） K P到J的函数。,2.例子：在m层大厦中需要控制n部电梯，要求这n部电梯按约束条件C1，C2，C3在楼层间移动。 C1：每部电梯内有m个按钮，每个按钮代表一个楼层。当按下一个按钮时该按钮指示灯亮，同时电梯驶向相应的楼层，到达按钮指定楼层时指示灯熄灭。 C2：除了大厦的最低和最高层之外，每层楼都有两个按钮分别请求电梯上行和下行。这两个按钮之一被按下时相应的指示灯亮，当电梯到达此楼层时灯熄灭，电梯向要求方向移动。 C3：当对电梯没有请求时，它关门并停在当前楼层。 3.评价：有穷状态机方法采用“状态+事件+谓词=下个状态”来描述规格说明。易读、易写、易验证，比数据流图更精确。 缺
15、点：对于大系统复杂，不可处理定时问题。,4.3 Petri网 1.概念：Petri包含4种元素：一组位置P、一组转换T、输入函数I以及输出函数O。,位置P：P1，P2，P3，P4 转换T：t1,t2 输入函数：I(t1)=P2,P4 I(t2)=P2 输出函数：O(t1)=P1 O(t2)=P3,P3 定义：Petri网结构是一个四元组C=（P，T，I，O）。其中， P=P1,Pn是一个有穷位置集，n0。 T=t1,tm是一个有穷转换集，m0,且T和P不相交。 I:T-P为输入函数，是由转换到位置无序单位组的映射。 O:T-P为输出函数，是由转换到位置无序单位组的映射。 一个无序单位组又称多重组，是允许一个元素有多个实例的广义集。,标记：Petri网的标记是在Petri网中权标(token)的分配。输入的一组位置中有权标，才能激发转换。 Petri网具有非确定性，即如果数个转换都达到了激发条件，则可激发任意一个。,标记为（1,2,0,1）。 Petri网C=(P,T,I,O)中的标记M，是由一组位置P到一组非负整数的 映射。M：P-0,1,2,这样带标记的Petri网成为五元组（P,T,I,O,M）。 禁止线：
