軟件工程學(xué)：需求分析第三章

1、第三章 軟件需求分析3.1需求分析的基本任務(wù) 準(zhǔn)確地定義未來系統(tǒng)的目標(biāo)，確定為了滿足用戶的需求系統(tǒng)必須做什么。用 規(guī)范的形式準(zhǔn)確地表達(dá)用戶的需求。3.2 需求工程概述 需求工程是指應(yīng)用已證實有效的技術(shù)、方法進(jìn)行需求分析，確定客戶需求，幫助分析人員理解問題并定義目標(biāo)系統(tǒng)的所有外部特征的一門學(xué)科。 需求工程的活動：需求獲取需求建模形成需求規(guī)格（規(guī)約）需求驗證需求管理需求工程的層次分解示意圖 需求工程 需求工程 需求管理 需求獲取需求提煉需求描述 需求驗證需求獲取:通過與用戶的交流，對現(xiàn)有系統(tǒng)的觀察及對任務(wù)進(jìn)行分析，從而開發(fā)、捕獲和修訂用戶的需求。它通過合適的工具和記號系統(tǒng)地描述待開發(fā)系統(tǒng)及其行為特

2、征和相關(guān)約束，形成需求文檔，并對用戶不斷變化的需求演進(jìn)給予支持。 需求提煉：分析建模(導(dǎo)出軟件邏輯模型)為最終用戶所看到的系統(tǒng)建立一個概念模型，作為對需求的抽象描述，并盡可能多的捕獲現(xiàn)實世界的語義 需求描述：生成需求模型的精確的形式化的描述，作為用戶和開發(fā)者之間的一個協(xié)約； 需求驗證:以需求規(guī)格說明為輸入，通過符號執(zhí)行、模擬或快速原型等途徑，分析需求規(guī)格的正確性和可行性； 需求管理：支持系統(tǒng)的需求演進(jìn)，如需求變化和可跟蹤性問題。 (1) 確定對系統(tǒng)的綜合需求功能需求性能需求可靠性和可用性需求出錯處理需求接口需求約束 逆向需求將來可能提出的需求數(shù)據(jù)需求3.3 需求分析的任務(wù)功能需求 系統(tǒng)必須做什

3、么？性能需求 軟件開發(fā)的技術(shù)性指標(biāo)例如： 存儲容量限制 執(zhí)行速度、響應(yīng)時間 吞吐量可靠性和可用性需求 機場雷達(dá)系統(tǒng)在一個月內(nèi)不能出現(xiàn)2次以上故障。在任何時候主機或者備份機上的機場雷達(dá)系統(tǒng)應(yīng)該至少有一個是可用的，而且在一個月內(nèi)在任何一臺計算機上該系統(tǒng)不可用的時間不能超過總時間的2%。出錯處理需求 說明系統(tǒng)對環(huán)境錯誤應(yīng)該怎樣響應(yīng)，或者當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)自己犯錯誤時應(yīng)該如何行動。例如：如果系統(tǒng)接收到另一個系統(tǒng)發(fā)送的違反協(xié)議格式的消息，應(yīng)該做什么？接口需求 描述應(yīng)用系統(tǒng)與他的環(huán)境通信的格式。用戶接口需求，硬件接口需求，軟件接口需求，通信接口需求。例如：把商品從貨源地運送到目的地所需要的成本，應(yīng)該一直在“成本”

4、框里顯示。向運輸公司傳送“需要運輸?shù)纳唐贰毙畔r，格式要和“商品目錄”中商品的格式一致。約束 設(shè)計或者實現(xiàn)系統(tǒng)時應(yīng)該遵循的限制條件。 精度、工具約束、應(yīng)該使用的標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)該采用的硬件平臺。逆向需求 系統(tǒng)不該做什么？應(yīng)力分析程序無需分析橋梁倒塌數(shù)據(jù)。將來可能提出的需求 將來可能提出的需求，目的是為了系統(tǒng)擴(kuò)充和修改作準(zhǔn)備。（2）系統(tǒng)的數(shù)據(jù)要求 建立數(shù)據(jù)模型 用圖形工具輔助描繪數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)范化（3）導(dǎo)出系統(tǒng)的邏輯模型（4）修正系統(tǒng)開發(fā)計劃3.4 需求獲取的方法訪談面向數(shù)據(jù)流自頂向下求精簡易的應(yīng)用規(guī)格說明技術(shù)快速建立軟件模型（1）訪談?wù)降?、非正式的訪談（調(diào)查表法）情景分析技術(shù)某出版社系統(tǒng)調(diào)查表

5、編號提出問題1您在哪個部門工作？2出版業(yè)務(wù)流程是什么？3您每日都處理那些文件、數(shù)據(jù)、報表？4工作中手工處理特別麻煩的事情是什么？5工作中手工處理什么問題解決不了？影響效率的問題有哪些？6您認(rèn)為提高工作效率，節(jié)省工作時間，減輕工作強度可采取哪些辦法？某出版社系統(tǒng)調(diào)查表編號提出問題7您的部門需要成本核算和統(tǒng)計的內(nèi)容有哪些？8您的部門采用計算機管理工作情況如何？9如何改進(jìn)業(yè)務(wù)流程使之更合理？10哪些問題是目前傳統(tǒng)手工方法根本無法解決的？11出版社計算機管理信息系統(tǒng)需要解決什么問題？（2）面向數(shù)據(jù)流自頂向下求精目標(biāo)是把數(shù)據(jù)流和數(shù)據(jù)存儲定義到元素級。沿數(shù)據(jù)流圖從輸出端往輸入端回溯，應(yīng)該能夠確定每個數(shù)據(jù)元

6、素的來源，與此同時也初步確定了有關(guān)的算法。通常把分析過程中得到的有關(guān)數(shù)據(jù)元素信息記錄在數(shù)據(jù)字典中，把對算法的簡明描述記錄在IPO圖中。（3）簡易的應(yīng)用規(guī)格技術(shù)（FAST) 面向團(tuán)隊的需求獲取方法。提倡用戶與開發(fā)者密切合作，共同標(biāo)識主題，提出解決方案，商討不同方案并且指定基本需求。初步訪談，寫出產(chǎn)品需求，產(chǎn)品需求要求列出對象及其服務(wù)，約束條件，性能標(biāo)準(zhǔn)討論列表，并且組合列表分組制定小型規(guī)格說明并且討論每個小組制定一整套確認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)討論，起草完整的軟件需求規(guī)格說明書。假定一個為消費者產(chǎn)品公司工作的FAST團(tuán)隊已經(jīng)提交了下面的產(chǎn)品描述：我們的研究表明：家庭安全系統(tǒng)的市場正以每年40%的比率增長，我們

7、希望進(jìn)入該市場，試圖建造基于微處理器的家庭安全系統(tǒng)，該系統(tǒng)將保護(hù)/識別一系列不希望的“情況”，如非法進(jìn)入、火警、水災(zāi)或者其他，該產(chǎn)品，暫時稱為SafeHome,將使用合適的傳感器來檢測每種情況，可由房主編程，并且當(dāng)情況被檢測到時，自動地給監(jiān)控機構(gòu)撥電話。FAST團(tuán)隊的每個人開發(fā)上面描述的列表：SafeHome可能包括：若干煙霧檢測器、若干門窗傳感器、若干運動檢測器、一個警報器、一個事件（某個傳感器被激活）、一個控制面板、一個顯示器、一組電話號碼、一次電話撥號等等。服務(wù)列表可能包括：設(shè)置警報器、監(jiān)控傳感器、電話撥號、控制面板編程以及讀顯示器。規(guī)約可能包括：系統(tǒng)制造成本低于500元，用戶界面友好，

8、必須能和標(biāo)準(zhǔn)電話線連接性能標(biāo)準(zhǔn)：傳感器事件必須能在一秒之內(nèi)識別，應(yīng)該采用事件優(yōu)先級模式。會議開始時，就討論每個人的列表，然后創(chuàng)建一個組合列表。創(chuàng)建后，團(tuán)隊分為小團(tuán)隊，每個子團(tuán)隊試圖為每個列表中的一個或者多個項開發(fā)小規(guī)約。例如對控制面板的小規(guī)約可能是：安裝在墻上大小大約為9英寸5英寸包含標(biāo)準(zhǔn)的12鍵鍵盤和特殊鍵包含LCD顯示，形為草圖所示所有的客戶交互通過鍵發(fā)生被用于啟動或關(guān)閉系統(tǒng)軟件提供交互指南，回顯等被連接到傳感器小規(guī)約經(jīng)過討論細(xì)化后，提交，形成一個意見一致的確認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)列表，然后撰寫完整的規(guī)約草案的任務(wù)。SafeHomede控制面板與用戶交互SAFEHOMEARMED POWER0112345

9、6789*0#OFF AWAY STAYMAX TEST BYPASSINSTANT CODE CHIMEREADYpanicalarmcheckfireawaystayinstantbypassnot readyUse-case 當(dāng)需求被收集后，軟件工程師（分析員）可以創(chuàng)建一組標(biāo)識一串待構(gòu)造系統(tǒng)的使用場景。這些場景經(jīng)常被稱為use-case，它提供了系統(tǒng)將如何被使用的描述。標(biāo)識參與者系統(tǒng)運行時人員（設(shè)備）所扮演的角色，是任何與系統(tǒng)或者產(chǎn)品通信的事物，對系統(tǒng)而言，它是外部的。參與者和用戶：一個參與者是一個角色，用戶可以扮演不同角色。舉例例如：一個機床操作員（一個用戶），他和包含了一組機器人和數(shù)

10、控機床的生產(chǎn)車間的控制計算機交互。評審后，發(fā)現(xiàn)控制計算機的軟件需要四種不同的交互模式（角色）：編程模式、測試模式、監(jiān)控模式和糾錯模式。因此，四個參與者可以：編程員，測試員，監(jiān)控員，糾錯員。某些情況下，機床操作員可以扮演所有這些角色，另一些情況下，不同的人員扮演不同的參與者。開發(fā)use-case參與者主要完成的任務(wù)或功能？參與者主要獲取、生產(chǎn)或者改變什么系統(tǒng)信息？該參與者是否必須通知系統(tǒng)關(guān)于外部環(huán)境的變化？該參與者是否希望被通知未預(yù)期的變化？SafeHome三個參與者：房主（用戶），傳感器（附屬于系統(tǒng)的設(shè)備）,監(jiān)控和響應(yīng)子系統(tǒng)（監(jiān)控SafeHome的中央站）。房主和產(chǎn)品的交互輸入密碼以允許所有其

11、他交互查詢安全區(qū)的狀態(tài)查詢傳感器的狀態(tài)在緊急情況下按下緊急按鈕激活/關(guān)閉安全系統(tǒng)一個關(guān)于“系統(tǒng)激活”的use-case：房主觀察SafeHome控制面板，以確定是否系統(tǒng)已準(zhǔn)備好接收輸入。如果系統(tǒng)未準(zhǔn)備好，房主必須關(guān)上窗戶門，以便ready指示燈亮（not ready亮意味著某傳感器是開著的，即某個門或者窗戶是開著的）。一個關(guān)于“系統(tǒng)激活”的use-case：房主使用鍵盤輸入4位密碼。將密碼與存儲在系統(tǒng)的有效密碼進(jìn)行比較，如果密碼不正確，控制面板將鳴叫一聲并復(fù)位自己等待再次輸入。如果密碼正確，控制面板等待下一步的動作。一個關(guān)于“系統(tǒng)激活”的use-case房主選擇鍵入“away”或者“stay”

12、，前者激活所有傳感器，后者只激活外部傳感器當(dāng)處于激活狀態(tài)時，房主可以觀察到一個紅色警報燈。FAST活動的結(jié)果：SafeHome軟件使房主能夠在安裝時配置安全系統(tǒng)、監(jiān)控所有和安全系統(tǒng)連接的傳感器以及通過包含在SafeHome控制面板（control panel）中的鍵盤和功能鍵與房主交互。在安裝過程中，控制面板被用于“編程”和配置系統(tǒng)，每個傳感器被賦予一個編號和類型，主人密碼被編程以啟動和關(guān)閉系統(tǒng)，而且當(dāng)傳感器事件發(fā)生時輸入電話號碼撥號。當(dāng)傳感器事件被識別出時，軟件激活附于系統(tǒng)上的可發(fā)聲的警報，在一定的延遲時間內(nèi)（由房主在配置系統(tǒng)指定）后，軟件撥出監(jiān)控服務(wù)的電話號碼并提供關(guān)于位置的信息，報告被檢

13、測到的事件的性質(zhì)，電話號碼每20秒重?fù)芤淮危敝岭娫捊油?。所有和SafeHome的交互由用戶交互子系統(tǒng)管理，該子系統(tǒng)讀入鍵盤和功能鍵的輸入，在LCD顯示屏上顯示提示消息和系統(tǒng)狀態(tài)。（4）快速建立軟件原型原型化方法的基本思想是花費少量代價建立一個可運行的系統(tǒng)，使用戶及早獲得學(xué)習(xí)的機會，原型化方法又稱速成原型法（Rapid Prototyping），構(gòu)建原型的要點是實現(xiàn)用戶看得見的功能，省略目標(biāo)系統(tǒng)的隱含功能。由于軟件項目的特點和運行原型的目的不同，分為兩種類型：軟件原型的分類2、追加（add on）型也稱快速建立漸進(jìn)原型RCP法（Rapid Cyclic Prototyping）采用循環(huán)漸進(jìn)的開

14、發(fā)方式，對系統(tǒng)模型作連續(xù)精化，即先構(gòu)造一個功能簡單而且質(zhì)量要求不高的模型系統(tǒng)，將系統(tǒng)需要具備的性質(zhì)逐步添加上去，通過不斷地擴(kuò)充修改，逐步追加新的要求，直至所有性質(zhì)全部滿足，此時的原型模型也就是最終的產(chǎn)品。1、廢棄（throw away）型也稱為快速建立需求規(guī)格原型RSP法（Rapid Specific Prototyping），先構(gòu)造一個功能簡單而且質(zhì)量要求不高的模型系統(tǒng)，針對這個模型系統(tǒng)反復(fù)進(jìn)行分析修改，讓用戶學(xué)習(xí)。待需求說明書一旦確定，原型將被廢棄，后階段的工作仍按照瀑布模型開發(fā)。快速分析 快速確定軟件系統(tǒng)的基本要求，確定原型所要體現(xiàn)的特性（總體結(jié)構(gòu)，功能，性能、界面等）。2.構(gòu)造原型 根

15、據(jù)基本規(guī)格說明，忽略細(xì)節(jié)，只考慮主要特性，快速構(gòu)造一個可運行的系統(tǒng)。3.運行和評價原型用戶試用原型并與開發(fā)者之間頻繁交流，發(fā)現(xiàn)問題，目的是驗證原型的正確性。4.修正與改進(jìn) 對原型進(jìn)行修改，增刪。運 行評價 構(gòu)造快速分析或修改快速原型開發(fā)模型快速原型法的工作模型如圖所示，按以下步驟循環(huán)執(zhí)行。原型化模型構(gòu)造原型運行/評價原型原型完成否要細(xì)部說明否嚴(yán)格說明細(xì)部效果滿意否整理原型提供文檔修正改進(jìn)原型YYNN快速分析，確定初步規(guī)格說明YN快速原型化開發(fā)過程 快速建立系統(tǒng)原型進(jìn)行系統(tǒng)的分析和構(gòu)造有如下優(yōu)點： 1、增進(jìn)軟件開發(fā)人員和用戶對系統(tǒng)需求的理解。便于將用戶模糊的功能需求明確化。2、為用戶提供了一種強

16、有力的學(xué)習(xí)手段。3、易于確定系統(tǒng)的性能，是理解和確認(rèn)軟件需求規(guī)格說明的工具。4、按照RCP 法建立的原型即為最終的產(chǎn)品。 細(xì)化的原型化模型建立原型使用的方法和工具第四代技術(shù)可重用的軟件構(gòu)件形式化規(guī)格說明和原型環(huán)境3.4 分析建模模型是對對象系統(tǒng)的形式化的特征抽象，概括性或近似地表示；構(gòu)造模型的過程是一個抽象、分析的過程。分析階段主要建立三種模型：數(shù)據(jù)模型，功能模型，行為模型。對象系統(tǒng)模型系統(tǒng)抽象（映射）模型應(yīng)用模型構(gòu)造的過程當(dāng)前系統(tǒng)模型化目標(biāo)系統(tǒng)物理模型具體化物理模型抽象化邏輯模型實例化邏輯模型做什么導(dǎo)出理解需求 表達(dá)需求 邏輯模型 物理模型 (本質(zhì)模型、概念模型) (實施模型、技術(shù)模型)現(xiàn)行

17、系統(tǒng)目標(biāo)系統(tǒng)描述重要的業(yè)務(wù)功能，無論系統(tǒng)是如何實施的。描述現(xiàn)實系統(tǒng)是如何在物理上實現(xiàn)的。描述新系統(tǒng)的主要業(yè)務(wù)功能和用戶新的需求，無論系統(tǒng)應(yīng)如何實施。描述新系統(tǒng)是如何實施的（包括技術(shù)）。分析階段中常用的模型（邏輯模型）數(shù)據(jù)流圖（DFD）實體聯(lián)系圖（ ERD ）類圖用例圖順序圖狀態(tài)圖協(xié)作圖數(shù)據(jù)字典 需求建模實例：用例圖舉例（UML）簽定一份保險單客戶保險銷售人員銷售統(tǒng)計客戶統(tǒng)計 需求建模實例：描述客房狀態(tài)的狀態(tài)圖取消預(yù)定入住已預(yù)訂空閑占用維修維修完成退房換房入住換房事件創(chuàng)建客人姓名地址身份證號碼護(hù)照號碼預(yù)訂入住住宿編號付款方式退房客房狀態(tài)日期人數(shù)設(shè)置狀態(tài) 客房服務(wù)日期數(shù)量設(shè)置讀取服務(wù)類別名稱價格設(shè)

18、置 10.*10.*0.*0.11.*10.*1*需求建模實例： UML類圖實例 需求建模實例：接電話的順序圖 （UML）受話者交換機遠(yuǎn)程交換機受話者拿起話筒聽通話聲撥號碼.鈴響信號鈴響鈴響停止信號拿起話筒鈴響停止10 deabcb-a1e-d5c-b10路徑需求建模實例：UML協(xié)作圖舉例計算機隊列打印服務(wù)器打印機打印文件 打印機忙保存打印文件打印機空閑打印文件 經(jīng)過初步的需求分析，得到系統(tǒng)功能要求：1、監(jiān)視病員的病癥（血壓、體溫、脈搏等）。2、定時更新病歷。3、病員出現(xiàn)異常情況時報警。4、隨機地產(chǎn)生某一病員的病情報告。實例：醫(yī)院病房監(jiān)護(hù)系統(tǒng)產(chǎn)生病情報告監(jiān)視病情更新病歷系統(tǒng)功能要求： 1、監(jiān)視

19、病員的病癥（血壓、體溫、脈搏等） 2、定時更新病歷 3、病員出現(xiàn)異常情況時報警。 4、隨機地產(chǎn)生某一病員的病情報告。頂層：病員護(hù)士護(hù)士病員監(jiān)護(hù)系統(tǒng)病員日志病癥信號要求報告病癥報告報警第一層：病員護(hù)士護(hù)士/醫(yī)生中央監(jiān)視病員日志病癥信號要求報告病癥報告報警局部監(jiān)視生成報告病員極限更新日志病員數(shù)據(jù)格式化病員數(shù)據(jù)生理信號極限值1324日志數(shù)據(jù)日志數(shù)據(jù)醫(yī)院病房監(jiān)護(hù)系統(tǒng)頂層DFD圖第二層：加工“中央監(jiān)視”分解計算超過極限值否病員數(shù)據(jù)超過極限值報警開解信號產(chǎn)生報警信息病員極限格式化病員數(shù)據(jù)體溫血壓、體溫脈搏生理信號極限值時間脈搏血壓日期時鐘格式化病員數(shù)據(jù)3.13.23.33.4醫(yī)院病房監(jiān)護(hù)系統(tǒng)二層DFD圖計

20、算超過極限值否病員數(shù)據(jù)超過極限值報警開解信號產(chǎn)生報警信息病員極限格式化病員數(shù)據(jù)體溫血壓、體溫、脈搏生理信號極限值時間脈搏血壓日期時鐘格式化病員數(shù)據(jù)3.13.23.33.4第二層：加工“中央監(jiān)視”分解醫(yī)院病房監(jiān)護(hù)系統(tǒng)分層DFD圖第一層格式化病員數(shù)據(jù)生理信號極限值病員護(hù)士護(hù)士/醫(yī)生中央監(jiān)視病員日志病癥信號要求報告病癥報告報警局部監(jiān)視生成報告病員極限更新日志病員數(shù)據(jù)1324日志數(shù)據(jù)需求陳述：SafeHome軟件使房主能夠在安裝時配置安全系統(tǒng)、監(jiān)控所有和安全系統(tǒng)連接的傳感器以及通過包含在SafeHome控制面板（control panel）中的鍵盤和功能鍵與房主交互。在安裝過程中，控制面板被用于“編程

21、”和配置系統(tǒng)，每個傳感器被賦予一個編號和類型，主人密碼被編程以啟動和關(guān)閉系統(tǒng)，而且當(dāng)傳感器事件發(fā)生時輸入電話號碼撥號。當(dāng)傳感器事件被識別出時，軟件激活附于系統(tǒng)上的可發(fā)聲的警報，在一定的延遲時間內(nèi)（由房主在配置系統(tǒng)指定）后，軟件撥出監(jiān)控服務(wù)的電話號碼并提供關(guān)于位置的信息，報告被檢測到的事件的性質(zhì)，電話號碼每20秒重?fù)芤淮?，直至電話接通。所有和SafeHome的交互由用戶交互子系統(tǒng)管理，該子系統(tǒng)讀入鍵盤和功能鍵的輸入，在LCD顯示屏上顯示提示消息和系統(tǒng)狀態(tài)。SafeHome系統(tǒng)配置系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)用戶交互系統(tǒng)水平分解軟件系統(tǒng)配置系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)用戶交互系統(tǒng)傳感器事件處理激活警報讀傳感器識別傳感器事件激活/不激活傳感器激活發(fā)聲警報撥號SafeHome的第0層 SafeHomede軟件系統(tǒng)用戶命令和數(shù)據(jù)顯示信息控制面板傳感器傳感器狀態(tài)警鈴電話線警告類型電話號碼撥音控制面板顯示SafeHomede的第1層控制面板與用戶交互控制面板密碼電話號碼撥音傳感器狀態(tài)顯示信息配置請求用戶命令和數(shù)據(jù)配置系統(tǒng)警鈴電話線傳感器配置信息顯示信息和狀態(tài)監(jiān)控傳感器激活不激活系統(tǒng)傳感器信息密碼處理警告類型檢驗id信息開始停止?fàn)顟B(tài)信息監(jiān)控傳感器的第2層電話號碼撥音傳感器狀態(tài)配置數(shù)