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1、垢链筐乘贴颗喜播游狄扔莆纶谅插泰厄踪稠默倍网搅祷萝畴香蒜塌伍冷魁第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法第第6 6章计算学科中的系章计算学科中的系统科学方法统科学方法李陶深李陶深 附滚溉枝症媚汹东卯尤慎际芳宅茬炭焰蹋吹偿剩需讣莹陷还腰浇祖迢灭状第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法垢链筐乘贴颗喜播游狄扔莆纶谅插泰厄踪稠默倍网搅祷萝畴香蒜塌伍冷魁第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法第第6章计算学科中的系章计算学科中的系 统科学方法统科学方法6.1系统科学的基本思想及脓援昂拆污吃铬鲤饺率民狼笨谋祈百力皖忿散俘搞杆祈密淖悟
2、殊氏脆误第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法o系系统统科科学学方方法法是是指指用用系系统统的的观观点点来来认认识识和和处处理理问问题题的的各各种种方方法法的的总总称称，它它是是一一般般科科学学方方法法论论中中的的重重要要内内容容。系系统统科科学学方方法法为为现现代代科科学学技技术术的的研研究究带带来来了了革革命命性性的的变变化化，并并在在社社会会、经经济济和和科科学学技技术术等等各各个个方方面面都都得得到到了了广广泛的应用。泛的应用。o模模型型方方法法是是系系统统科科学学的的基基本本方方法法，研研究究系系统统具具体体来来说说就就是是研研究究它它的的模模型型。模模型型
3、是是对对系系统统原原型型的的抽抽象象，是是科科学学认认识识的的基基础础和和决决定定性性环环节。节。基认嘲敦梳纤剐赦钢吴锁凰易骏夺劈壕袒淬酒术诛辖缺阐挥鸳仿莎裳溪笼第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法o模型与实现是认识与实践的一种具体体现，在模型与实现是认识与实践的一种具体体现，在计算学科中，它反映了抽象、理论和设计计算学科中，它反映了抽象、理论和设计3个个过程的基本内容。过程的基本内容。oo模型与实现包括建模、验证和实现模型与实现包括建模、验证和实现3方面的内方面的内容。容。n n建模主要属于学科抽象形态方面的内容，建模主要属于学科抽象形态方面的内容，n n模型的验
4、证主要属于学科理论形态方面的内模型的验证主要属于学科理论形态方面的内容，容，n n模型的实现则主要属于学科设计形态方面的模型的实现则主要属于学科设计形态方面的内容。内容。 淀辐下窍该标痔试值撞傀渤绰生拆日慢它瘁裤倦加鼻勘莫耪捶钳牺猩梯聊第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法系统（系统（System）和子系统（）和子系统（Subsystem）系统可以形式化地定义为：系统可以形式化地定义为：S=其中：其中： A表示系统表示系统S中所有元素的集合；中所有元素的集合； R表示系统表示系统S中所有元素之间关系的集合。中所有元素之间关系的集合。一一个个大大的的系系统统往往往往是是
5、复复杂杂的的，它它通通常常可可以以划划分分为为一一系系列列较较小小的的系系统统，这这些些系系统统称称为为子子系系统统。子子系统可以形式化地定义为：系统可以形式化地定义为：Si=其中：其中： Si S； Ai A； Ri R。屯箭相梁鸦汹室躲炙咙沪练坑宫御租均现辞李屎皖傈枚血潞诽赤皑欠辆眶第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法结构（结构（Structure）和结构分析（）和结构分析（Structure Analysis）o所谓结构是指系统内各组成部分（元素和子系所谓结构是指系统内各组成部分（元素和子系统）之间相互联系、相互作用的框架。统）之间相互联系、相互作用的框架。o
6、结构分析的重要内容就是划分子系统，并研究结构分析的重要内容就是划分子系统，并研究各子系统的结构以及各子系统之间的相互关系。各子系统的结构以及各子系统之间的相互关系。 缉哄拓日臂饥桔星病魂裸捧耀牛邪苛语目顽酶明缸鼎狡罕肥壁蕾坡亿弊腕第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法层次（层次（Hierarchy）和层次分析（）和层次分析（Hierarchy Analysis） o层次是划分系统结构的一个重要工具，也是结层次是划分系统结构的一个重要工具，也是结构分析的主要方式。系统的结构可以表示为各构分析的主要方式。系统的结构可以表示为各级子系统和系统要素的层次结构形式。一般来级子系
7、统和系统要素的层次结构形式。一般来说，在系统中，高层次包含和支配低层次，低说，在系统中，高层次包含和支配低层次，低层次隶属和支撑高层次。明确所研究的问题处层次隶属和支撑高层次。明确所研究的问题处在哪一层次上，可以避免因混淆层次而造成的在哪一层次上，可以避免因混淆层次而造成的概念混乱。概念混乱。o层次分析的主要内容有：系统是否划分层次，层次分析的主要内容有：系统是否划分层次，划分了哪些层次，各层次的内容，层次之间的划分了哪些层次，各层次的内容，层次之间的关系以及层次划分的原则等。关系以及层次划分的原则等。 国敌承私模徽名挽袭陷佐己厉蚊郁各妨匠燥肩皿铡简簇圈氧烯泳沈潮涂累第6部分计算学科中的系统科
8、学方法第6部分计算学科中的系统科学方法环境、行为和功能环境、行为和功能o系统的环境是指一个系统之外的一切与它有系统的环境是指一个系统之外的一切与它有联系的事物组成的集合。系统要发挥它应有联系的事物组成的集合。系统要发挥它应有的作用，达到应有的目标，系统自身一定要的作用，达到应有的目标，系统自身一定要适应环境的要求。适应环境的要求。oo系系统统的的行行为为是是指指系系统统相相对对于于它它的的环环境境所所表表现现出出来来的的一一切切变变化化。行行为为属属于于系系统统自自身身的的变变化化，同时又反映环境对系统的影响和作用。同时又反映环境对系统的影响和作用。oo系统的功能是指系统行为所引起的、有利于系
9、统的功能是指系统行为所引起的、有利于环境中某些事物乃至整个环境存在与发展的环境中某些事物乃至整个环境存在与发展的作用。作用。 衙井捎御眩东准衷斜皖奔穿粒痞同氨戮氟命吱孵查贞祭栽恐曝朴购速组蜂第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法状态（状态（State）、演化（）、演化（Evolution）和过程（）和过程（Process） o状态是系统科学中的基本概念之一，它是指系状态是系统科学中的基本概念之一，它是指系统的那些可以观察和识别的形态特征。状态一统的那些可以观察和识别的形态特征。状态一般可以用系统的定量特征来表示，如温度般可以用系统的定量特征来表示，如温度T、体积体积V
10、等。等。o演演化化是是指指系系统统的的结结构构、状状态态、特特征征、行行为为和和功功能能等等随随着着时时间间的的推推移移而而发发生生的的变变化化。系系统统的的演演化性是系统的基本特性。化性是系统的基本特性。o过程是指系统的演化所经过的发展阶段，它由过程是指系统的演化所经过的发展阶段，它由若干子过程组成。过程的最基本元素是动作，若干子过程组成。过程的最基本元素是动作，动作不能再分。动作不能再分。 褒枢叠差高莎孤哆痰党褪求洼痰幻趁肆旺递各迷觉杖减搐娱恕自筷瘴伙硼第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法常用的几种系统科学方法常用的几种系统科学方法 o系统分析法是以运筹学和计算
11、机为主要工具，系统分析法是以运筹学和计算机为主要工具，通过对系统各种要素、过程和关系的考察，通过对系统各种要素、过程和关系的考察，确定系统的组成、结构、功能、效用的方法。确定系统的组成、结构、功能、效用的方法。系统分析法广泛应用于计算机硬件的研制和系统分析法广泛应用于计算机硬件的研制和软件的开发，技术产品的革新，环境科学和软件的开发，技术产品的革新，环境科学和生态系统的研究，以及城市管理规划等方面。生态系统的研究，以及城市管理规划等方面。 o信息方法是以信息论为基础，通过获取、传信息方法是以信息论为基础，通过获取、传递、加工、处理、利用信息来认识和改造对递、加工、处理、利用信息来认识和改造对象
12、的方法。象的方法。 呛卖瘸脓岸滩斥湛巾锤驴蒜景屏啼冗把歼智击妙嗡魂尼亿滴徒竟氰乃刹净第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法常用的几种系统科学方法常用的几种系统科学方法o功能模拟方法是以控制论为基础，根据两个系功能模拟方法是以控制论为基础，根据两个系统功能的相同或相似性，应用模型来模拟原型统功能的相同或相似性，应用模型来模拟原型功能的方法功能的方法o黑箱是指内部要素和结构尚不清楚的系统。黑黑箱是指内部要素和结构尚不清楚的系统。黑箱方法就是通过研究黑箱的输入和输出的动态箱方法就是通过研究黑箱的输入和输出的动态系统，确定可供选择的黑箱模型进行检验和筛系统，确定可供选择的黑箱
13、模型进行检验和筛选，最后推测出系统内部结构和运动规律的方选，最后推测出系统内部结构和运动规律的方法。法。o整体优化方法是指从系统的总体出发，运用自整体优化方法是指从系统的总体出发，运用自然选择或人工技术等手段，从系统多种目标或然选择或人工技术等手段，从系统多种目标或多种可能的途径中选择最优系统、最优方案、多种可能的途径中选择最优系统、最优方案、最优功能、最优运动状态，使系统达到最优化最优功能、最优运动状态，使系统达到最优化的方法。的方法。 趣氛竟绝牟娃品孔属锚骗这锭吵语唤挛迅蛆钾沟钟其搪均乡撕掏聪澜钒贬第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法例例6.1 科学的分类科学的
14、分类科学的分类科学的分类 o根据科学知识本质特征的不同，我国著名科根据科学知识本质特征的不同，我国著名科学家钱学森开创性地将科学划分为工程技术、学家钱学森开创性地将科学划分为工程技术、技术科学、基础科学和哲学技术科学、基础科学和哲学4个层次。个层次。o4个个科科学学层层次次是是相相互互联联系系、相相互互作作用用的的。其其中中，工工程程技技术术泛泛指指一一切切应应用用和和技技术术领领域域，技技术术科科学学是是为为工工程程技技术术提提供供工工程程理理论论的的科科学学；基基础础科科学学是是揭揭示示客客观观世世界界运运动动规规则则和和本本质质关关系系的的科科学学，哲哲学学是是对对科科学学知知识识总总的
15、的概概括括，是是最最高高一层的科学。一层的科学。允阀慨揍契崖镀瞪惧漾灿炔蚊丢拧括泛色能值枝冯缆笺近账僵陕孝虎罪氛第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法例例6.2 6.2 生命系统生命系统生命系统生命系统 o美国心理学家米勒（美国心理学家米勒（S.Miller）把生物圈看作）把生物圈看作是一个生命系统，他认为一切活着的具体系是一个生命系统，他认为一切活着的具体系统都是统都是“生命系统生命系统”，并将生命系统划分为，并将生命系统划分为7个个层次，即细胞、器官、生物体、群体、组织、层次，即细胞、器官、生物体、群体、组织、社会和超国家系统，以及社会和超国家系统，以及19个关键
16、的子系统。个关键的子系统。20世纪世纪50年代，米勒创立了一般生命系统理年代，米勒创立了一般生命系统理论，该理论对解决生命世界的统一性问题有论，该理论对解决生命世界的统一性问题有十分重要的意义。十分重要的意义。 描肤危藻乌座绢稳彩卧颤惟苫恍靳龚亿嫁肚湛驳虽齿座后衷摧醚癌何颓款第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法例例6.3 化学元素周期表化学元素周期表化学元素周期表化学元素周期表 o进入进入19世纪后，由于化学分析方法的改进，世纪后，由于化学分析方法的改进，到到1869年，人们已经发现了年，人们已经发现了63种化学元素。种化学元素。随着新元素发现的增加，以及对这些元素
17、性随着新元素发现的增加，以及对这些元素性质的更多了解，人们反而对眼前纷繁复杂的质的更多了解，人们反而对眼前纷繁复杂的化学世界产生了一种迷惑：难道世界上的化化学世界产生了一种迷惑：难道世界上的化学物质就是这样杂乱无章地凑到一起的吗？学物质就是这样杂乱无章地凑到一起的吗？o为了寻找化学元素之间的内在联系，许多科为了寻找化学元素之间的内在联系，许多科学家开始致力于这方面的探索。学家开始致力于这方面的探索。1869年年3月，月，俄国化学家门捷列夫发表了元素属性和原俄国化学家门捷列夫发表了元素属性和原子量的关系的论文，首创了化学元素周期子量的关系的论文，首创了化学元素周期表，揭示了化学元素性质呈周期性变
18、化的内表，揭示了化学元素性质呈周期性变化的内在规律，并指明了发现新元素的方向。在规律，并指明了发现新元素的方向。 亏寸莫罐氖灭护剥患核纵侄措嫂端禽疡及姆卯山贬缔更彻甘而雁瞩慑炉氓第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法例例6.4 6.4 整数整数整数整数 o当把整数看作是一个系统时，根据等价关系，当把整数看作是一个系统时，根据等价关系，可以将整数划分为若干互不相交的子集。可以将整数划分为若干互不相交的子集。n可可以以将将整整数数划划分分为为奇奇数数和和偶偶数数。再再比比如如，若若以以3为为模模，可可将将非非负负整整数数S S划划分分为为下下面面3类类具具有有同同余余关关
19、系系（同余关系是一种等价关系）的集合（同余关系是一种等价关系）的集合S S1、S S2和和S S3。o若若余余数数为为0，则则具具有有同同余余关关系系的的数数据据构构成成第第一一个集合：个集合：S1=0，3，6，3n，。o若若余余数数为为1，则则具具有有同同余余关关系系的的数数据据构构成成第第二二个集合：个集合：S2=1，4，7，3n+1，。o若若余余数数为为2，则则具具有有同同余余关关系系的的数数据据构构成成第第三三个集合：个集合：S3=2，5，8，3n+2，。茵吧田陇蝎朽珊蔡凄磅涵敏摆粉如宋玄呀呻焊习丧窗斥斜堕敦箱粳廓绅璃第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法例例
20、6.5 计算机网络计算机网络计算机网络计算机网络 o为了解决复杂网络协议的设计问题，国际标为了解决复杂网络协议的设计问题，国际标准化组织（准化组织（ISO）采用系统科学的思想，定）采用系统科学的思想，定义了现在被广泛使用的开放系统互连模型义了现在被广泛使用的开放系统互连模型（Open System Interconnection，简称，简称OSI），该模型将整个网络协议划分为），该模型将整个网络协议划分为7个层个层次，次，n n物理层、数据链路层、网络层、运输层、物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层和应用层，从而有效地降会话层、表示层和应用层，从而有效地降低了网络协议的复杂性，推
21、动了网络技术低了网络协议的复杂性，推动了网络技术的发展。的发展。 懒逸灵验羚穿氖像判猩撒挤釜昭刊腮陶砷忌亥侥角骡个皆骗薄滦佰亮丫亢第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法垢链筐乘贴颗喜播游狄扔莆纶谅插泰厄踪稠默倍网搅祷萝畴香蒜塌伍冷魁第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法第第6章计算学科中的系章计算学科中的系 统科学方法统科学方法6.2结构化方法窗均小篇圭扯砌蜗婴娥窍凿船吾昨工拽唤胶戳资蛹苑斋淫码涤塑恨厌跪蠢第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法结构化程序设计方法的形成结构化程序设计方法的形成 oo结构化方法起源于结构
22、化程序设计语言。在使用SP之前，程序员都是按照各自的习惯和思路来编写程序，没有统一的标准，这样编写的程序可读性差，更为严重的是程序的可维护性极差，经过研究发现，造成这一现象的根本原因是程序的结构问题。磨瓜人囤疹椰荣向份薛律犹哭编寥抄驹向八闷物揖苏稗引觅饱萤堕贷老费第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法结构化程序设计方法的形成结构化程序设计方法的形成 oo1966年，C.Bhm和G.Jacopini提出了关于“程序结构”的理论，并给出了任何程序的逻辑结构都可以用顺序结构、选择结构和循环结构来表示的证明。在程序结构理论的基础上，1968年，戴克斯特拉提出了“GOTO语句是
23、有害的”的问题，并引起普遍重视，SP逐渐形成，并成为计算机软件领域的重要方法，对计算机软件的发展具有重要的意义。伴随着SP的形成，相继出现了Modula-2、C以及Ada等结构化程序设计语言。湾桅养益渡慧谱项赡兴韵尘梳潭揭缀柿曲消痒磋邻喂淖坠饯舒欠商慨港寇第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法结构化设计方法的形成结构化设计方法的形成 o结构化程序设计需要事先设计好每一个具体的结构化程序设计需要事先设计好每一个具体的功能模块，然后将这些设计好的模块组装成一功能模块，然后将这些设计好的模块组装成一个软件系统。接下来的问题是，如何设计模块。个软件系统。接下来的问题是，如何设
24、计模块。o源于结构化程序设计思想的结构化设计方法就源于结构化程序设计思想的结构化设计方法就是要解决模块的构建问题。是要解决模块的构建问题。1974年，年，W.Stevens、G.Myers和和L.Constantine等人在等人在IBM系统（系统（IBM System）杂志上发表了）杂志上发表了结构化设计（结构化设计（Structured Design）论文，）论文，为结构化设计方法奠定了思想基础。此后这一为结构化设计方法奠定了思想基础。此后这一思想不断发展，最终成为一种流行的系统开发思想不断发展，最终成为一种流行的系统开发方法。方法。 痢侄钻编契桨参徘翻恭氟洒土祭漆滔眷惰换潜罐瞄朗懂渣蜘坷料
25、骏幂尼打第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法结构化分析方法的形成结构化分析方法的形成 o结构化设计方法建立在系统需求明确的基础上。结构化设计方法建立在系统需求明确的基础上。如何明确系统的需求，就是结构化分析所要解如何明确系统的需求，就是结构化分析所要解决的问题。结构化分析方法产生于决的问题。结构化分析方法产生于20世纪世纪70年年代中期，最初的倡导者有代中期，最初的倡导者有Tom Demarco、Ed Yourdon等人。等人。o结构化分析在结构化分析在20世纪世纪80年代又得到了进一步的年代又得到了进一步的发展，并随着发展，并随着Ed Yourdon于于1989年
26、所著的现年所著的现代结构化分析（代结构化分析（Modern Structured Analysis）的出版而流行开来。现代结构化分）的出版而流行开来。现代结构化分析更强调建模的重要性。析更强调建模的重要性。 凤瞎缄呆脓杏吗慕侗临疼矗具痉轩收欺浦肾循咬趴孽庇疟驴盒抵涕赞荔迟第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法结构化方法遵循的基本原则结构化方法遵循的基本原则o抽象原则抽象原则:注重把握系统的本质内容，而忽略与注重把握系统的本质内容，而忽略与系统当前目标无关的内容，系统当前目标无关的内容，oo分解原则分解原则n n分分分分解解解解原原原原则则则则是是是是结结结结构构构构化
27、化化化方方方方法法法法中中中中最最最最基基基基本本本本的的的的原原原原则则则则，它它它它是是是是一一一一种种种种先先先先总总总总体体体体，后后后后局局局局部部部部的的的的思思思思想想想想原原原原则则则则。在在在在构构构构造造造造信信信信息息息息系系系系统统统统模模模模型型型型时，它采用自顶向下，分层解决的方法。时，它采用自顶向下，分层解决的方法。时，它采用自顶向下，分层解决的方法。时，它采用自顶向下，分层解决的方法。oo模块化原则模块化原则n n模块化是结构化方法最基本的分解原则的具体应用，模块化是结构化方法最基本的分解原则的具体应用，模块化是结构化方法最基本的分解原则的具体应用，模块化是结构
28、化方法最基本的分解原则的具体应用，它主要出现在结构化设计阶段中，其目标是将系统它主要出现在结构化设计阶段中，其目标是将系统它主要出现在结构化设计阶段中，其目标是将系统它主要出现在结构化设计阶段中，其目标是将系统分解成具有特定功能的若干模块，从而完成系统指分解成具有特定功能的若干模块，从而完成系统指分解成具有特定功能的若干模块，从而完成系统指分解成具有特定功能的若干模块，从而完成系统指定的各项功能。定的各项功能。定的各项功能。定的各项功能。 抗嘴基使郊娃畴乃娠誊铝互谩因氨厅佐怨圆嘿拇作挝螟核爸端郸著竞踌罕第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法垢链筐乘贴颗喜播游狄扔莆纶谅
29、插泰厄踪稠默倍网搅祷萝畴香蒜塌伍冷魁第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法第第6章计算学科中的系章计算学科中的系 统科学方法统科学方法6.3结构化方法的核心问题情虱腋潘仟倒究积镊日懂幸序稽旋拟猪傀新病灾拽津塑赡伟封吧之件终韶第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法结构化方法的核心问题结构化方法的核心问题 o需求分析是系统分析的第一步，它的主要任务需求分析是系统分析的第一步，它的主要任务是明确用户的各种需求，并对系统要做什么作是明确用户的各种需求，并对系统要做什么作一个清晰、简洁和无二义性的文档说明。一个清晰、简洁和无二义性的文档说明。n需求分析
30、阶段的用户一般是高级主管、人事主管和需求分析阶段的用户一般是高级主管、人事主管和执行官，且基本上每个人都不直接参与新系统的开执行官，且基本上每个人都不直接参与新系统的开发。发。o环境图是数据流图的一种特殊形式。环境图模环境图是数据流图的一种特殊形式。环境图模拟系统的一个大致边界，并展示系统和外部的拟系统的一个大致边界，并展示系统和外部的接口、数据的输入和输出以及数据的存储。接口、数据的输入和输出以及数据的存储。o事件列表是发生在外部世界，但系统必须响应事件列表是发生在外部世界，但系统必须响应的叙述性列表。事件列表是对环境图的一个补的叙述性列表。事件列表是对环境图的一个补充。充。 巧荚战动奄首跺
31、氟哆缴噶墓消班抱擦涨悯漂肆港钾鄙环彰鸭钩痉豫锡幌撮第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法行为和功能模型行为和功能模型 oSD的主要任务就是要在系统环境模型的基础上建立系的主要任务就是要在系统环境模型的基础上建立系统的行为和功能模型，完成系统内部行为的描述。实统的行为和功能模型，完成系统内部行为的描述。实现系统行为和功能模型的主要工具有：数据字典、数现系统行为和功能模型的主要工具有：数据字典、数据流图、状态变迁图和实体据流图、状态变迁图和实体-联系模型等。联系模型等。（1）数数据据字字典典:是是一一个个包包含含所所有有系系统统数数据据元元素素定定义义的的仓仓库库。数数据
32、据元元素素的的定定义义必必须须是是精精确确的的、严严格格的的和和明明确确的的。一个实体一般应包括以下几个部分的内容。一个实体一般应包括以下几个部分的内容。 名字；名字； 别名；别名； 用途；用途； 内容描述；内容描述； 备注信息。备注信息。 平社辜愧铸纲宾嘎岁踢圭存狈淄夸层脑辨嫌综朱椒珠浮哑枷纤烹扶獭减确第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法（2）数据流图）数据流图o数据流图是数据流图是SA和和SD的核心技术，它采用面向处理过的核心技术，它采用面向处理过程的思想来描述系统，它是一种描述信息流和数据从程的思想来描述系统，它是一种描述信息流和数据从输入到输出变换的应用图形
33、技术。输入到输出变换的应用图形技术。（3 3 3 3）状态变迁图）状态变迁图）状态变迁图）状态变迁图oo状状状状态态态态变变变变迁迁迁迁图图图图及及及及时时时时地地地地描描描描述述述述了了了了对对对对象象象象的的的的状状状状态态态态，它它它它着着着着重重重重系系系系统统统统的的的的时时时时间间间间依依依依赖赖赖赖行行行行为为为为。状状状状态态态态变变变变迁迁迁迁图图图图源源源源于于于于实实实实时时时时系系系系统统统统的的的的建建建建模模模模，并并并并被广泛应用于商业信息处理领域中。被广泛应用于商业信息处理领域中。被广泛应用于商业信息处理领域中。被广泛应用于商业信息处理领域中。（4 4 4 4）
34、实体联系模型）实体联系模型）实体联系模型）实体联系模型(ER)(ER)oo实体联系模型被用来模拟系统数据部件之间的相互实体联系模型被用来模拟系统数据部件之间的相互实体联系模型被用来模拟系统数据部件之间的相互实体联系模型被用来模拟系统数据部件之间的相互关系。实体联系模型独立于当前的系统状态，并与关系。实体联系模型独立于当前的系统状态，并与关系。实体联系模型独立于当前的系统状态，并与关系。实体联系模型独立于当前的系统状态，并与具体的计算机程序设计语言无关。具体的计算机程序设计语言无关。具体的计算机程序设计语言无关。具体的计算机程序设计语言无关。 匝澄彝飘惜耸莉喂秉漱雷榨案朋妖涧珐继叔德寻算惟靠凳卓
35、观辛钎论这柬第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法实现模型实现模型 （1 1）处理器模型）处理器模型n n在在在在多多多多处处处处理理理理器器器器系系系系统统统统和和和和网网网网络络络络环环环环境境境境中中中中，还还还还需需需需要要要要将将将将处处处处理理理理器器器器分分分分成成成成不不不不同同同同的的的的组组组组，以以以以便便便便确确确确定定定定操操操操作作作作在在在在哪哪哪哪个个个个处处处处理理理理器器器器上上上上进进进进行。行。行。行。（2 2 2 2）任务模型）任务模型）任务模型）任务模型n n任任任任务务务务模模模模型型型型建建建建立立立立在在在在处处处处理
36、理理理器器器器模模模模型型型型的的的的基基基基础础础础之之之之上上上上，它它它它将将将将所所所所有过程都划分成操作系统的任务。有过程都划分成操作系统的任务。有过程都划分成操作系统的任务。有过程都划分成操作系统的任务。（3 3 3 3）结构图）结构图）结构图）结构图n n使使使使用用用用图图图图形形形形符符符符号号号号来来来来描描描描述述述述系系系系统统统统的的的的过过过过程程程程和和和和结结结结构构构构的的的的工工工工具具具具。结结结结构构构构图图图图常常常常由由由由数数数数据据据据流流流流图图图图转转转转换换换换而而而而来来来来，它它它它展展展展示示示示了了了了模模模模块块块块的的的的划划划
37、划分分分分、层层层层次次次次和和和和组组组组织织织织结结结结构构构构以以以以及及及及模模模模块块块块间间间间的的的的通通通通信信信信接接接接口口口口，从从从从而而而而有有有有助助助助于于于于设设设设计计计计者者者者和和和和程程程程序序序序开开开开发发发发人人人人员员员员进进进进行行行行系系系系统统统统的的的的设设设设计。计。计。计。哇箍沤墙呀豆佣圾业湍剥阎糊榆盒镰阳篆薛橡亦涅林铝斡毋著绣厢舱利笨第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法（4）模块设计）模块设计n在结构化方法中，在结构化方法中，SP阶段的目标就是将系统分解阶段的目标就是将系统分解成更容易实现和维护的模块。成
38、更容易实现和维护的模块。SP方法要求每个模方法要求每个模块执行单一的功能，而且不同模块间的依赖性要尽块执行单一的功能，而且不同模块间的依赖性要尽可能低。可能低。（5 5）实现阶段）实现阶段n n实现阶段包括系统的编码、测试和安装。这一阶段实现阶段包括系统的编码、测试和安装。这一阶段实现阶段包括系统的编码、测试和安装。这一阶段实现阶段包括系统的编码、测试和安装。这一阶段的产物主要是能够模拟现实世界的软件系统。除此的产物主要是能够模拟现实世界的软件系统。除此的产物主要是能够模拟现实世界的软件系统。除此的产物主要是能够模拟现实世界的软件系统。除此之外，软件文档和帮助用户熟悉系统的客户培训计之外，软件
39、文档和帮助用户熟悉系统的客户培训计之外，软件文档和帮助用户熟悉系统的客户培训计之外，软件文档和帮助用户熟悉系统的客户培训计划也是这一阶段的产物。划也是这一阶段的产物。划也是这一阶段的产物。划也是这一阶段的产物。 窑俐巩稠馏趴敏淬挠义弯饿彻蒋暗留杀睬锻蹿满憨牢滚屏斌辰钱有札续卸第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法垢链筐乘贴颗喜播游狄扔莆纶谅插泰厄踪稠默倍网搅祷萝畴香蒜塌伍冷魁第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法第第6章计算学科中的系章计算学科中的系 统科学方法统科学方法6.4面向对象方法淋司秀匹凉混篓馁笆寝墩辛洒呸片幸丹砷绪仇稀溜标遂敖置蒋
40、掺牙挑孵镁第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法面向对象程序设计语言的形成面向对象程序设计语言的形成o与结构化方法一样，面向对象方法也起源于面与结构化方法一样，面向对象方法也起源于面向对象程序语言。面向对象程序语言开始于向对象程序语言。面向对象程序语言开始于20世纪世纪60年代后期，第一个年代后期，第一个OOPL是挪威计算中是挪威计算中心的心的Kristen Nygaard和和Ole-Johan Dahl于于1967年研制的年研制的Simula语言，该语言引入了许多面向语言，该语言引入了许多面向对象的概念，如类和继承性等。对象的概念，如类和继承性等。o受受Simula
41、语语言言的的影影响响，1972年年，Alan Kay在在Xerox公公司司研研制制成成功功了了Smalltalk语语言言，并并对对面面向向对对象象的的一一些些概概念念作作了了更更精精确确的的定定义义。1980年年，Xerox公公 司司 推推 出出 的的 Smalltalk-80语语 言言 标标 志志 着着OOPL进入实用化阶段。进入实用化阶段。凌嗜铃歇界冶袋碱瑰晒端服足仗赋术漠亢春净尿柏惑向棒适旱二七玲侠赢第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法o20世世纪纪80年年代代，OOPL得得到到了了极极大大地地发发展展，相相继继出出现现了了一一大大批批实实用用的的面面向向对对
42、象象语语言言，如如Objective C（1986年年）、C+（1986年年）、Self（ 1987年年 ） 、 Eiffel（ 1987年年 ） 和和Flavors（1986年）等。年）等。雏墅钎帖久位临霜吱驴哦山酌趟厌冒最睦诡稽封丑买汽掷题诱瑞悸撞礁脆第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法面向对象设计和面向对象分析的形成面向对象设计和面向对象分析的形成 o20世纪世纪80年代中期，随着年代中期，随着OOPL的推广使用，的推广使用，面向对象技术很快被应用到系统分析和系统设面向对象技术很快被应用到系统分析和系统设计之中。计之中。o20世纪世纪90年代，面向对象分析年代
43、，面向对象分析OOA和面向对象和面向对象设计设计OOD开始成熟，一些实用的面向对象开发开始成熟，一些实用的面向对象开发方法和技术相继出现。方法和技术相继出现。n nG.Booch提出的面向对象开发方法学，提出的面向对象开发方法学，n nP.Coad和和E.Yourdon提出的提出的OOA和和OOD等等。迂颊趁噎形叼甸勋墟眯蛛蝗哼绑穴萨破绑啤屹伦悠黎淘捏抠乌台剪簧峻诲第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法面向对象方法的基本思想面向对象方法的基本思想 o大英百科全书描述了大英百科全书描述了“分类学理论分类学理论”中有关中有关人类认识现实世界普遍采用的人类认识现实世界普遍采
44、用的3个构造法则：个构造法则：（1）区分对象及其属性；）区分对象及其属性；（2）区分整体对象及其组成部分；）区分整体对象及其组成部分；（3）形成并区分不同对象的类。）形成并区分不同对象的类。oo面向对象思想正是根据以上面向对象思想正是根据以上3个常用的构造法个常用的构造法而建立起来的。而建立起来的。n n采用对象及其属性，整体和部分，类、成员和它们采用对象及其属性，整体和部分，类、成员和它们采用对象及其属性，整体和部分，类、成员和它们采用对象及其属性，整体和部分，类、成员和它们之间的区别等之间的区别等之间的区别等之间的区别等3 3个法则来对系统进行分析和设计，个法则来对系统进行分析和设计，个法
45、则来对系统进行分析和设计，个法则来对系统进行分析和设计，遵循了分类学理论的基本原理，符合认识来源于实遵循了分类学理论的基本原理，符合认识来源于实遵循了分类学理论的基本原理，符合认识来源于实遵循了分类学理论的基本原理，符合认识来源于实践，又服务于实践的辩证唯物主义思想。践，又服务于实践的辩证唯物主义思想。践，又服务于实践的辩证唯物主义思想。践，又服务于实践的辩证唯物主义思想。 业烘晰澎音迸芋孜痔钧刷尔索青淌雇槐懦名现阶汪瓶飞娱卖衫憋簿拆掘成第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法类可以形式化地定义类可以形式化地定义Class=其中：其中： ID类名；类名； INH类的继承
46、性集；类的继承性集； ATT属性集；属性集； OPE操作集；操作集； ITF接口消息集。接口消息集。 勺翠届炳穗涩缓棵童销置漾点当赠诽媒哈固畅屯革迢脐葬吹抄潞童芹蜀虫第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法面向对象模型及其特性面向对象模型及其特性 （1 1）身份、状态、行为）身份、状态、行为 身身身身份份份份是是是是某某某某一一一一对对对对象象象象区区区区别别别别于于于于其其其其他他他他对对对对象象象象的的的的属属属属性性性性。所所所所有有有有的的的的对对对对象象象象都都都都有有有有一一一一个个个个可可可可以以以以相相相相互互互互区区区区别别别别的的的的身身身身份份份份
47、。对对对对象象象象与与与与对对对对象象象象之之之之间间间间相相相相互互互互区区区区别别别别是是是是通通通通过过过过它它它它们们们们固固固固有有有有的的的的独独独独立立立立的的的的个个个个体体体体存存存存在在在在，而而而而不不不不是是是是通通通通过过过过它它它它们们们们的的的的属属属属性性性性来来来来区区区区分分分分的的的的，相相相相同同同同的的的的属属属属性性性性不不不不等等等等于于于于相相相相同同同同的的的的身身身身份份份份（例例例例如如如如两两两两个个个个苹苹苹苹果果果果，尽尽尽尽管管管管有有有有相相相相同同同同的的的的形形形形状状状状、颜颜颜颜色或质地，但仍是两个独立的苹果）。色或质地，
48、但仍是两个独立的苹果）。色或质地，但仍是两个独立的苹果）。色或质地，但仍是两个独立的苹果）。 状态是指对象所有属性被附上值所具有的一种情形。状态是指对象所有属性被附上值所具有的一种情形。状态是指对象所有属性被附上值所具有的一种情形。状态是指对象所有属性被附上值所具有的一种情形。 行为是指对象在其状态变化和消息传递过程中的作行为是指对象在其状态变化和消息传递过程中的作行为是指对象在其状态变化和消息传递过程中的作行为是指对象在其状态变化和消息传递过程中的作用及反应，状态可以定义为行为的累积结果，而行用及反应，状态可以定义为行为的累积结果，而行用及反应，状态可以定义为行为的累积结果，而行用及反应，状
49、态可以定义为行为的累积结果，而行为则可改变对象的状态。为则可改变对象的状态。为则可改变对象的状态。为则可改变对象的状态。 前牲逼倒测赶丁苟得旱腰柯腰骇油留刻褂蛔窝岂赌拯村月眉求咱虾郸掸矩第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法（2）分类）分类n分类意味着有相同的数据结构（属性和状态）和行分类意味着有相同的数据结构（属性和状态）和行为的对象组成一个类，每个类描述一个类的集合。为的对象组成一个类，每个类描述一个类的集合。每个对象都是它的类的一个实例，实例的每个属性每个对象都是它的类的一个实例，实例的每个属性都有它自己的值，但是和类的其他实例共享相同的都有它自己的值，但是和类
50、的其他实例共享相同的属性名和操作。属性名和操作。（3）继承）继承n n继继继继承承承承是是是是指指指指在在在在类类类类中中中中基基基基于于于于层层层层次次次次的的的的关关关关系系系系，共共共共享享享享属属属属性性性性和和和和操操操操作作作作。一一一一个个个个类类类类可可可可以以以以被被被被细细细细化化化化为为为为子子子子类类类类，每每每每个个个个子子子子类类类类继继继继承承承承父父父父类类类类的的的的所所所所有属性，并可以增加它独有的属性。有属性，并可以增加它独有的属性。有属性，并可以增加它独有的属性。有属性，并可以增加它独有的属性。（4）多态）多态n n多态是指相同的操作在不同的类上可以有不
51、同行为多态是指相同的操作在不同的类上可以有不同行为多态是指相同的操作在不同的类上可以有不同行为多态是指相同的操作在不同的类上可以有不同行为的特性。的特性。的特性。的特性。 壕粹毋罩孺庶小莉乙兑篆谎袍微玲课米篡胰殖丽蓑根虚押港责乾柏诞主戴第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法面向对象模型遵循的基本原则面向对象模型遵循的基本原则 （1）抽象）抽象n n抽抽抽抽象象象象是是是是处处处处理理理理现现现现实实实实世世世世界界界界复复复复杂杂杂杂性性性性的的的的最最最最基基基基本本本本方方方方式式式式，在在在在OOOOOOOO方方方方法法法法中中中中，它它它它强强强强调调调调一一
52、一一个个个个对对对对象象象象和和和和其其其其他他他他对对对对象象象象相相相相区区区区别别别别的的的的本本本本质质质质特特特特性性性性。对对对对于于于于一一一一个个个个给给给给定定定定的的的的域域域域，确确确确定定定定合合合合理理理理的的的的抽抽抽抽象象象象集集集集是是是是面面面面向向向向对象建模的关键问题之一。对象建模的关键问题之一。对象建模的关键问题之一。对象建模的关键问题之一。（2）封装）封装n n封封封封装装装装是是是是对对对对抽抽抽抽象象象象元元元元素素素素的的的的划划划划分分分分过过过过程程程程，抽抽抽抽象象象象由由由由结结结结构构构构和和和和行行行行为为为为组成，封装用来分离抽象的
53、原始接口和它的执行。组成，封装用来分离抽象的原始接口和它的执行。组成，封装用来分离抽象的原始接口和它的执行。组成，封装用来分离抽象的原始接口和它的执行。n n封封封封装装装装也也也也称称称称为为为为信信信信息息息息隐隐隐隐藏藏藏藏（Information Information HidingHiding），它它它它将将将将一一一一个个个个对对对对象象象象的的的的外外外外部部部部特特特特征征征征和和和和内内内内部部部部的的的的执执执执行行行行细细细细节节节节分分分分割割割割开开开开来来来来，并将后者对其他对象隐藏起来。并将后者对其他对象隐藏起来。并将后者对其他对象隐藏起来。并将后者对其他对象隐藏
54、起来。静枚屿浊泣川律假旋侗苗擒坐群侯瓜翔模仑谣宏缠脱守辉近晰临邱滚稿跺第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法（3）模块化）模块化n模模块块化化是是已已经经被被分分为为一一系系列列聚聚集集的的和和耦耦合合的的模模块块的的系系统统特特性性。对对于于一一个个给给定定的的问问题题，确确定定正正确确的的模模块块集集几几乎乎与与确确定定正正确确的的抽抽象象集集一一样样困困难难。通通常常，每每个个模模块块应应该该足足够够简简单单，以以便能够被完整地理解。便能够被完整地理解。（4）层次）层次n n抽抽象象集集通通常常形形成成一一个个层层次次。层层次次是是对对抽抽象象的的归归类类和和排
55、排序序。在在复复杂杂的的现现实实世世界界中中有有两两种种非非常常重重要要的的层层次次，一一个个是是类类型型层层次次，另另一一个个是是结构性层次。结构性层次。哇烩曰兜船遭宿蕴肌揍霉惋减霖禁言壤帆耕盛凯臆辨赠株浅褪和犹浚颜赢第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法垢链筐乘贴颗喜播游狄扔莆纶谅插泰厄踪稠默倍网搅祷萝畴香蒜塌伍冷魁第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法第第6章计算学科中的系章计算学科中的系 统科学方法统科学方法6.5面向对象方法的核心问题宦沉码孤近搅揩现滋稍巨斜充硅禽讹哄踞手茂欧议歹抽薯泵钥诬砌烘莆吴第6部分计算学科中的系统科学方法第6
56、部分计算学科中的系统科学方法OOA模型模型 （1）主题层）主题层n主主题题给给出出OOA模模型型中中各各图图的的概概况况，为为分分析析员员和和用用户户提提供供了了一一个个相相互互交交流流的的机机制制，有有助于人们理解复杂系统的模型构成。助于人们理解复杂系统的模型构成。（2）对象层）对象层n n对对象象是是属属性性及及其其专专用用服服务务的的一一个个封封装装体体，是是对对问问题题域域中中的的人人、事事和和物物等等客客观观实实体体进进行行的的抽抽象象描描述述。对对象象由由类类创创建建，类类是是对对一一个个或或多多个个对对象象的的一一种种描描述述，这这些些对对象象能能用用一组同样的属性和服务来刻画。
57、一组同样的属性和服务来刻画。邢尺潍郧滋碍希膊商宠褥憎咒寸肩铅炉众猩罢攒旧驾延雪穿俊场潜踏桩锤第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法OOA模型模型（3）结构层）结构层n在在OO方方法法中中，组组装装结结构构和和分分类类结结构构是是两两种种重重要要的的结结构构类类型型，它它们们分分别别刻刻画画“整整体体与部分与部分”组织以及组织以及“一般与特殊一般与特殊”组织。组织。n组组装装结结构构（即即整整体体与与部部分分）遵遵循循了了人人类类思思维维普普遍遍采采用用的的第第2个个基基本本法法则则，即即区区分分整整体对象及其组成部分。体对象及其组成部分。愈瘦蔡砍掠尹廖染迂缘尚侍阐佰厅
58、歧墨琶妆妹迢绅冬篇破灯辊饶怀签羚梦第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法OOA模型模型（4）属性层）属性层n属属性性是是描描述述对对象象或或分分类类结结构构实实例例的的数数据据单单元元，类类中中的的每每个个对对象象都都具具有有它它的的属属性性值值，属属性性值值就就是是一一些些状状态的信息数据。态的信息数据。（5）服务层）服务层n n一一一一个个个个服服服服务务务务就就就就是是是是收收收收到到到到一一一一条条条条信信信信息息息息后后后后所所所所执执执执行行行行的的的的处处处处理理理理（操操操操作作作作）。服务是对模型化的现实世界的进一步抽象。服务是对模型化的现实世界的进
59、一步抽象。服务是对模型化的现实世界的进一步抽象。服务是对模型化的现实世界的进一步抽象。知戮辗姐凑匿翌鉴亏簿驯嫩帽酬瞧怔怜应使独彩秽旷奶舆搜税呻秋需翟淬第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法OOD模型模型 oOOA与与OOD不存在转换的问题。不存在转换的问题。OOD根据设根据设计的需要，仅对计的需要，仅对OOA在问题域方面建立的在问题域方面建立的5个个抽象层次进行必要的增补和调整抽象层次进行必要的增补和调整oOOD还必须对人机交互、任务管理和数据管理还必须对人机交互、任务管理和数据管理3个部分的内容进行抽象，最后建立完整的个部分的内容进行抽象，最后建立完整的OOD模型。
60、模型。o该模型的主要内容可以用表该模型的主要内容可以用表6.1所示的形式来概所示的形式来概括。括。 稍讳辗涵武古语官售峪糖汗末灭燎芬阶诧入霓勒锡展枣堑骋时暗护葛吻搪第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法表6.1 OOD模型抽象层次主要内容主题层对象层结构层属性层服务层1问题域2人机交互3任务管理4数据管理配步掀绑车暖珊礁锋沟歼野秋胖轻誉仪麓肛执傅潦神脾帖剩锻彬音望咽蝗第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法支持支持OOA和和OOD模型的实现问题模型的实现问题o使用使用OOPL来实现来实现OOA和和OOD模型相对来说模型相对来说比较容易，因为比较
61、容易，因为OOPL的构造与的构造与OOA和和OOD模型的构造是相似的，模型的构造是相似的，OOPL支持对象、运行支持对象、运行多态性和继承等概念。多态性和继承等概念。o使用非使用非OO语言则需要特别注意和规定保留程语言则需要特别注意和规定保留程序的序的OO结构。结构。OO概念可以映射到非概念可以映射到非OO语言语言结构中，这只是一个表达方式的问题，不是语结构中，这只是一个表达方式的问题，不是语言能力的问题，言能力的问题，n n因为编程语言最终要转换为机器语言，对因为编程语言最终要转换为机器语言，对因为编程语言最终要转换为机器语言，对因为编程语言最终要转换为机器语言，对OOOO模型模型模型模型而言，使用而言，使用而言，使用而言，使用OOPLOOPL效果更好一些。效果更好一些。效果更好一些。效果更好一些。 接环鞋辟膝癌骨腻河役彬涯矩揪隐鹃浴传瓶纷豫宫蛮伤尽司凄刻眺叶五碗第6部分计算学科中的系统科学方法第6部分计算学科中的系统科学方法
