信息系統(tǒng)分析與設(shè)計 陳禹課件 第十章 原型法的概念與方法

第十章

原型法的概念與方法

本章內(nèi)容10.1原型法的提出

10.2原型法的基本思想10.3原型法的工作步驟10.4原型法的關(guān)鍵成功因素10.5原型法與生命周期法的比較小結(jié)10.1原型法的提出

20世紀(jì)60年代末至70年代初，出現(xiàn)了“軟件危機”，為了對軟件開發(fā)項目進行有效管理，信息系統(tǒng)開發(fā)生命周期法誕生了。由于開發(fā)過程規(guī)范、層次清晰，系統(tǒng)開發(fā)生命周期法得到廣泛應(yīng)用。但這種方法的應(yīng)用前提是需要在早期就確定用戶的需求，而不允許修改，這對于很多應(yīng)用系統(tǒng)（如商業(yè)信息系統(tǒng)）來說是不現(xiàn)實的。用戶需求定義方面的錯誤是信息系統(tǒng)開發(fā)中出現(xiàn)的后果最嚴(yán)重的錯誤。在此背景下，提出了原型法。

10.1.1原型法的提出背景

產(chǎn)生“軟件危機”的原因在于：用戶需求不明確，缺乏正確的理論指導(dǎo)，軟件規(guī)模越來越大且復(fù)雜度也越來越高。另一方面是需求與技術(shù)差異較大引起的。10.1.1原型法的提出背景10.1原型法的提出

管理需求（現(xiàn)實世界）４ＧＬ操作系統(tǒng)現(xiàn)在編程匯編語言高級語言／關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)７０年代編程那么如何解決“軟件危機”呢？人們越來越重視軟件開發(fā)方法的研究，通過多年的研究和努力，軟件開發(fā)方法走向兩個方面：一方面是著重研究與機器本身相關(guān)的軟件開發(fā)工具，即高級語言及軟件開發(fā)環(huán)境；另一方面，著重研究軟件設(shè)計和規(guī)格說明等。10.1.1原型法的提出背景10.1原型法的提出

10.1.1

原型法的提出背景這時系統(tǒng)開發(fā)生命周期應(yīng)運而生。生命周期法具有明顯的優(yōu)點。它采用系統(tǒng)觀點和系統(tǒng)工程方法，自頂向下進行分析與設(shè)計并自下而上進行實施。開發(fā)過程階段清楚，任務(wù)明確，并有標(biāo)準(zhǔn)的圖、表、說明等組成各階段的文檔資料。生命周期法引入了用戶觀點，適用于大型信息系統(tǒng)的開發(fā)，將邏輯設(shè)計與物理設(shè)計分開。但是，生命周期法的應(yīng)用前提是嚴(yán)格的需求定義方法和策略。需求定義方法是一種嚴(yán)格的、預(yù)先定義的方法。從理論上講，一個負(fù)責(zé)分析設(shè)計的項目小組應(yīng)完全徹底地預(yù)先指出對應(yīng)用來說是合理的業(yè)務(wù)需求，并期待用戶進行審查、評價和認(rèn)可，并在此基礎(chǔ)上順利開展工作。10.1.1原型法的提出背景這種嚴(yán)謹(jǐn)?shù)男枨蠖x方法是在一定假設(shè)的前提下形成的，它們是：所有的需求能被預(yù)先定義項目參加者之間能夠清晰而準(zhǔn)確地通信靜態(tài)描述／圖形模型對應(yīng)用系統(tǒng)的反映是充分的

上面假設(shè)的共同特點是：它們都是被動的通信工具和靜止的通信工具，不能表演，因而要求用戶根據(jù)一些靜態(tài)的信息和靜止的畫面來認(rèn)可系統(tǒng)則似乎近于苛求。10.1.1原型法的提出背景嚴(yán)格需求定義的合理性在許多情況下并不滿足，特別是在管理領(lǐng)域，管理需求不斷變化、管理需求難以獲取，因此建立在脆弱基礎(chǔ)上的開發(fā)策略在實施中一旦導(dǎo)致系統(tǒng)的失敗就絕非意外之事。為了更好地處理由于缺乏支持嚴(yán)格方法的假設(shè)而給項目帶來的風(fēng)險，需要探求一種變通的方法。解決需求定義不斷變化問題一種思路是在獲得一組基本的需求后，快速地加以“實現(xiàn)”。隨著用戶或開發(fā)人員對系統(tǒng)理解的加深而不斷地對這些需求進行補充和細(xì)化。系統(tǒng)的定義是在逐步發(fā)展的過程中進行的，而不是一開始就預(yù)見一切，這就是原型法。10.1.2原型法（prototyping）1.原型法定義原型法是指在獲取一組基本的需求定義后，利用高級軟件工具可視化的開發(fā)環(huán)境，快速地建立一個目標(biāo)系統(tǒng)的最初版本，并把它交給用戶試用、補充和修改，再進行新的版本開發(fā)。反復(fù)進行這個過程，直到得出系統(tǒng)的“精確解”，即用戶滿意為止。經(jīng)過這樣一個反復(fù)補充和修改過程，應(yīng)用系統(tǒng)“最初版本”就逐步演變?yōu)橄到y(tǒng)“最終版本”。原型法就是不斷地運行系統(tǒng)“原型”來進行啟發(fā)、揭示、判斷、修改和完善的系統(tǒng)開發(fā)方法。10.1.2原型法（prototyping）2.原型(prototype)原型(prototype)即樣品、模型的意思。把系統(tǒng)主要功能和接口通過快速開發(fā)制作為“軟件樣機”，以可視化的形式展現(xiàn)給用戶，及時征求用戶意見，從而明確無誤地確定用戶需求。同時，原型也可用于征求內(nèi)部意見，作為分析和設(shè)計的接口之一，可方便于溝通。對原型的基本要求包括：體現(xiàn)主要的功能；提供基本的界面風(fēng)格；展示比較模糊的部分以便于確認(rèn)或進一步明確；原型最好是可運行的，至少在各主要功能模塊之間能夠建立相互連接。10.1.2原型法（prototyping）3.原型分類可以分為三類：（1）淘汰式(disposable)：（2）演化式(evolutionary)：（3）增量式(incremental)：10.1.2原型法（prototyping）4.部分原型在信息系統(tǒng)設(shè)計的過程中，常用的各種不同形式的部分原型有：（1）對話原型（2）數(shù)據(jù)輸入原型（3）報表系統(tǒng)原型（4）數(shù)據(jù)系統(tǒng)原型（5）計算和邏輯原型（6）應(yīng)用程序包原型（7）概念原型本章內(nèi)容10.1原型法的提出

10.2原型法的基本思想

10.3原型法的工作步驟10.4原型法的關(guān)鍵成功因素10.5原型法與生命周期法的比較小結(jié)10.2原型法的基本思想原型法是確定需求策略，是對用戶需求進行抽取、描述和求精。它快速地、選代地建立最終系統(tǒng)工作模型，對問題定義采用啟發(fā)的方式，由用戶作出響應(yīng)。實際上是一種動態(tài)定義技術(shù)。原型法被認(rèn)為，對于大多數(shù)企業(yè)的業(yè)務(wù)處理來說，需求定義幾乎總能通過建立目標(biāo)系統(tǒng)的工作模型來很好地完成，而且這種方法和嚴(yán)格定義方法比較起來，成功可能性更大。10.2.1原型定義方法原型法為預(yù)先定義技術(shù)提供了一種很好的選擇和補充。人們對物理模型的理解要比對邏輯模型的理解來得準(zhǔn)確。原型法就是在人們這種天性的基礎(chǔ)上建立起來的，它考慮到用戶有時也難免有判斷錯誤，不可能在系統(tǒng)開發(fā)過程中，提出更多、更好的要求。原型法以一種與預(yù)先定義完全不同的觀點來看待定義問題。10.2.1原型定義方法與預(yù)先定義技術(shù)完全不同，原型法開發(fā)策略的假設(shè)(hypothesis)是：

1.并非所有的需求在系統(tǒng)開發(fā)以前都能準(zhǔn)確地說明

2.有快速的系統(tǒng)建造工具

3.項目參加者之間通常都存在通信上的障礙

4.需要實際的、可供用戶參與的系統(tǒng)模型(systemmodal)5.需求一旦確定，就可以遵從嚴(yán)格的方法。

6.大量反復(fù)是不可避免的、必要的，應(yīng)該加以鼓勵10.2.2原型法模型

原型法的模型如圖所示10.2.2原型法模型軟件原型它具有以下特征：

1)它是一個可實際運行的系統(tǒng)

2)它沒有固定的生存期。

3)從需求分析到最終產(chǎn)品都可作原型，即可為不同目標(biāo)作原型。

4)它必須快速、廉價。

5)它是迭代過程的集成部分，即每次經(jīng)用戶評價后修改、運行，不斷重復(fù)雙方認(rèn)可。本章內(nèi)容10.1原型法的提出

10.2原型法的基本思想10.3原型法的工作步驟

10.4原型法的關(guān)鍵成功因素10.5原型法與生命周期法的比較小結(jié)10.3.1原型法中的兩個角色

1）用戶(user)

用戶是信息應(yīng)用系統(tǒng)的使用者，能從管理信息系統(tǒng)中尋求幫助，能勝任他的職能領(lǐng)域工作。

2）系統(tǒng)設(shè)計者(systemdesigner)

系統(tǒng)專業(yè)人員是系統(tǒng)的設(shè)計者，他能夠使用各種有效的開發(fā)工具、能知道系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源、在信息系統(tǒng)的設(shè)計中已建立第四代語言。10.3原型法的工作步驟10.3.2原型法的工作步驟利用原型法進行信息系統(tǒng)的設(shè)計過程中，分四步進行：

1、快速分析，弄清用戶的基本信息需求(Plan)2、構(gòu)造原型，開發(fā)初始原型系統(tǒng)(Implement)3、用戶和開發(fā)人員使用并評價原型(Measure)4、修改和完善原型系統(tǒng)(Learn)10.3.2原型法的工作步驟1、快速分析，弄清用戶的基本信息需求（Plan）在分析者和用戶的緊密配合下，快速確定軟件系統(tǒng)的基本要求。根據(jù)原型所要體現(xiàn)的特性（或界面形式、或處理功能、或總體結(jié)構(gòu)、或模擬性能等），描述基本規(guī)格說明，以滿足開發(fā)原型的需要?？焖俜治龅年P(guān)鍵是要注意選取分析和描述的內(nèi)容，圍繞使用原型的目標(biāo)，集中力量，確定局部的需求說明，從而盡快開始構(gòu)造原型。10.3.2原型法的工作步驟1、快速分析，弄清用戶的基本信息需求（Plan）本步驟的目標(biāo):

討論構(gòu)造原型的過程；寫出一簡明的骨架式說明性報告，反映用戶的信息需求方面的基本看法和要求；列出數(shù)據(jù)元素和它們之間的關(guān)系；確定所需數(shù)據(jù)的可用性；概括出業(yè)務(wù)原型的任務(wù)并估計其成本；考慮業(yè)務(wù)原型的可能使用。本步驟的中心是：用戶和設(shè)計者定義基本的信息需求。討論的焦點是數(shù)據(jù)的提取、過程模擬。10.3.2原型法的工作步驟2、構(gòu)造原型，開發(fā)初始原型系統(tǒng)。(Implement)

根據(jù)基本規(guī)格說明，盡快實現(xiàn)一個可運行的系統(tǒng)。為此需要強有力的軟件工具的支持。并忽略最終系統(tǒng)在某些細(xì)節(jié)上的要求，例如安全性、健壯性、異常處理等。主要考慮原型系統(tǒng)應(yīng)充分反映的待評價的特性，暫時忽略一切次要的內(nèi)容。例如，如果構(gòu)造原型的目的是確定系統(tǒng)輸入界面的形式，可以利用輸入界面自動生成工具，由界面形式的描述和數(shù)據(jù)域的定義立即生成簡單的輸入模塊，而暫時不考慮參數(shù)檢查、值域檢查和后處理工作，從而盡快地把原型提供給用戶使用。。10.3.2原型法的工作步驟2、構(gòu)造原型，開發(fā)初始原型系統(tǒng)。(Implement)

初始原型的質(zhì)量對于原型生存期的后續(xù)步驟的成敗是至關(guān)重要的。如果它有明顯的缺陷，會帶給用戶一種不好的思路；如果為追求完整而做得太大，就不容易修改。這時，會增加修改的工作量。因此，要有一個好的初始原型。

本步驟的目標(biāo)是：建立一個能運行的交互式應(yīng)用系統(tǒng)來滿足用戶的基本信息需求。10.3.2原型法的工作步驟2、構(gòu)造原型，開發(fā)初始原型系統(tǒng)。(Implement)本步驟的原則是：(1)建立模型的速度是關(guān)鍵因素，而不是運行效率。(2)初始原型必須滿足用戶的基本需求。(3)初始原型不求完善，它只響應(yīng)用戶基本已知需求。(4)用戶使用原型必須要很舒適。(5)用戶－系統(tǒng)接口必須盡可能簡單，使用戶在用初始原型工作時不致于受到阻礙。10.3.2原型法的工作步驟3、用戶和開發(fā)人員使用并評價原型。(Measure)

這階段是頻繁通信，發(fā)現(xiàn)問題，消除誤解的重要階段。其目的是驗證原型的正確程度，進而開發(fā)新的并修改原有的需求。它必須通過所有相關(guān)人員的檢查、評價和測試。

由于原型忽略了許多內(nèi)容，它集中反映了要評價的特性，外觀看起來可能會有些殘缺不全。用戶要在開發(fā)者的指導(dǎo)下試用原型，在試用的過程中考核評價原型的特性，分析其運行結(jié)果是否滿足規(guī)格說明的要求，以及規(guī)格說明的描述是否滿足用戶的愿望。糾正過去交互中的誤解和分析中的錯誤，增補新的要求，并為滿足環(huán)境變化或用戶的新設(shè)想而引起系統(tǒng)需求的變動而提出全面的修改意見。10.3.2原型法的工作步驟3、用戶和開發(fā)人員使用并評價原型。(Measure)在演示/評價/修改的迭代初期,主要目的是：（1）原型通過用戶驗收，讓用戶能獲得有關(guān)系統(tǒng)的親身經(jīng)驗，必須使之更好地理解實際的信息需求和最能滿足這些需要的系統(tǒng)種類；（2）總體檢查，找出隱含的錯誤；（3）在操作原型時，使用戶感到熟悉和舒適。在迭代的后期，要達(dá)到的主要目的是：（1）應(yīng)發(fā)現(xiàn)丟失和不正確的功能；（2）測試思路和提出建議；（3）改善系統(tǒng)界面。10.3.2原型法的工作步驟3、用戶和開發(fā)人員使用并評價原型。(Measure)

本步驟中的原則是：

對實際系統(tǒng)的親身經(jīng)驗?zāi)墚a(chǎn)生對系統(tǒng)的真實理解；用戶總會找到系統(tǒng)第一個版本的問題；讓用戶確定什么時候更改是必需的，并控制總開發(fā)時間；如果用戶在一定時間里（比如說一個月）沒有和開發(fā)者聯(lián)系，那么用戶可能是對系統(tǒng)表示滿意，也可能是遇到某些麻煩，設(shè)計者應(yīng)該與用戶聯(lián)系。10.3.2原型法的工作步驟4、修改和完善原型系統(tǒng)。(Learn)

本步驟的目的：

修改原型以便糾正那些由用戶指出的不需要的或錯誤的，

根據(jù)修改意見進行修改。若原型運行的結(jié)果未能滿足規(guī)格說明中的需求，反映出對規(guī)格說明存在著不一致的理解或?qū)崿F(xiàn)方案不夠合理。若因為嚴(yán)重的理解錯誤而使正確操作的原型與用戶要求相違背時，有可能會產(chǎn)生廢品。如果發(fā)現(xiàn)是廢品應(yīng)當(dāng)立即放棄，而不能再湊合。大多數(shù)原型不合適的部分可以修改，以成為新模型的基礎(chǔ)。如果是由于規(guī)格說明不準(zhǔn)確（有多義性或者未反映用戶要求）、不完整（有遺漏）、不一致，或者需求有所變動或增加，則首先要修改并確定規(guī)格說明，然后再重新構(gòu)造或修改原型。

如果用修改原型的過程代替快速分析，就形成了原型開發(fā)的迭代過程。開發(fā)者和用戶在一次次的迭代過程中不斷將原型完善，以接近系統(tǒng)的最終要求10.3.2原型法的工作步驟4、修改和完善原型系統(tǒng)。(Learn)

執(zhí)行本步驟的原則是：

(1)裝配和修改程序模塊，而不是編寫程序。

(2)如果模塊更改很困難，則把它放棄并重新編寫模塊。

(3)不改變系統(tǒng)的作用范圍，除非業(yè)務(wù)原型的成本估計有相應(yīng)的改變。

(4)修改并把系統(tǒng)返回給用戶的速度是關(guān)鍵。

(5)如果用戶不能進行任何所需要的更改，則必須立即與用戶進行對話。

(6)用戶必須能很舒適地使用改進的原型。10.3.2原型法的工作步驟原型系統(tǒng)結(jié)果(Result)

若原型迭代周期結(jié)束，然后判斷組成原型的細(xì)部是否需要嚴(yán)格地加以說明。原型法允許對系統(tǒng)必要成分進行嚴(yán)格的詳細(xì)說明。例如將需求轉(zhuǎn)化為報表，給出統(tǒng)計數(shù)字等等。這些不能通過模型進行說明的成分，必要的話，需提供說明，并利用屏幕進行討論和確定。

對于那些不能通過原型說明的所有項目，仍需要通過文件加以說明。原型法對完成嚴(yán)格的規(guī)格說明是有幫助的。如輸入、輸出紀(jì)錄都可以通過屏幕進行統(tǒng)計和討論。嚴(yán)格說明的成分要作為原型法的模型編入詞典，以得到一個統(tǒng)一的連貫的規(guī)格說明提供給開發(fā)過程。

最后要整理原型和提供文檔。整理原型的目的是為進一步開發(fā)提供依據(jù)。原型的初期需求模型就是一個自動的文檔。原型法的工作步驟本章內(nèi)容10.1原型法的提出10.2原型法的基本思想10.3原型法的工作步驟10.4原型法的關(guān)鍵成功因素

10.5原型法與生命周期法的比較小結(jié)10.4原型法的關(guān)鍵成功因素原型法作為開發(fā)管理信息系統(tǒng)的一種方法，原型法從原理到流程都非常簡單。但正是這樣一種簡單的方法，卻備受推崇，無論從方法的角度，還是從實際應(yīng)用的角度，對原型法的討論都非常激烈，在實際應(yīng)用中也取得了巨大的成功。但原型法也有一定的局限性，對環(huán)境有這一定的要求和開發(fā)的支撐軟件，這些條件構(gòu)成了原型法的關(guān)鍵成功因素。10.4.1原型法開發(fā)系統(tǒng)的特點（1）首先原型法是一種循環(huán)往復(fù)、螺旋式(spiral)上升的工作方法，更多地遵循了人們認(rèn)識事物的規(guī)律，因而更容易被人們掌握和接受。（2）原型法強調(diào)用戶的參與，特別是對模型的描述和系統(tǒng)運行功能的檢驗，都強調(diào)了用戶的主導(dǎo)作用，這樣溝通了思想，縮短了用戶和系統(tǒng)開發(fā)者的距離。（3）原型法提倡使用工具開發(fā)，即使用與原型法相適應(yīng)的模型生成與修改、目標(biāo)的建立和運行等一系列的系統(tǒng)開發(fā)生成環(huán)境（4）原型法將系統(tǒng)調(diào)查、系統(tǒng)分析和系統(tǒng)設(shè)計合而為一，使用戶一開始就能看到系統(tǒng)開發(fā)后是一個什么樣子。

10.4.2原型法對環(huán)境的要求

1）要有一個方便靈活的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，如SqlServer、Informix、ORACLE、SYBASE等。對需要的文件和數(shù)據(jù)模型化，適應(yīng)數(shù)據(jù)的存儲和查找要求，方便數(shù)據(jù)的存取。

2）一個與數(shù)據(jù)庫（DB）對應(yīng)、方便靈活的數(shù)據(jù)字典，具有存儲所有實體的功能。

3）一套高級的軟件工具（如第四代自動生成語言4GL或開發(fā)生成環(huán)境等），用以支持結(jié)構(gòu)化程序，并且允許程序采用交互迅速地進行書寫和維護，并產(chǎn)生任意程序語言模塊。

4）一套與數(shù)據(jù)庫（DB）對應(yīng)的快速查詢語言，支持任意非過程化的組合條件查詢。

5）一個非過程化的報告/屏幕生成器，允許設(shè)計人員詳細(xì)定義報告/屏幕樣本以及生成內(nèi)部聯(lián)系。第四代自動生成語言軟件開發(fā)工具是支持原型開發(fā)的有力工具。如數(shù)據(jù)庫語言、圖形語言，決策支持語言，屏幕生成器，報表生成器，菜單生成器，項目生成器等。10.4.2原型法使用注意事項范圍和目標(biāo)。誰將負(fù)責(zé)審查原型。誰來建立原型。選擇建立原型的工具。從原型到工作系統(tǒng)。本章內(nèi)容10.1原型法的提出10.2原型法的基本思想10.3原型法的工作步驟10.4原型法的關(guān)鍵成功因素10.5原型法與生命周期法的比較

小結(jié)10.5原型法與生命周期法的比較原型法和生命周期法作為信息系統(tǒng)分析與設(shè)計的方法有著各自的優(yōu)勢和劣勢和不同的適用范圍。 他們在開發(fā)路徑、用戶參與程度、規(guī)范化、早期可測試性、對環(huán)境的適應(yīng)性、開發(fā)自動化程度、開發(fā)周期、開發(fā)技術(shù)管理和系統(tǒng)質(zhì)量方面都有所不同。 然而，原型法和生命周期法并不是信息系統(tǒng)開發(fā)建設(shè)中兩種互不相干或互為對立的開發(fā)方法，在實際工作中，這兩種方法常?；闈B透、互為補充10.5.1原型法與生命周期法的開發(fā)過程比較內(nèi)容方法原型法結(jié)構(gòu)化生命周期法開發(fā)路徑循環(huán)、迭代型嚴(yán)格、順序型用戶參與程度高低早期可測試性好差對開發(fā)環(huán)境和工具的要求高低開發(fā)周期和自動化程度短而高長而低開發(fā)技術(shù)管理較困難較容易系統(tǒng)質(zhì)量更好一般（1）開發(fā)路徑原型法的開發(fā)路徑是循環(huán)、迭代的，要經(jīng)過用戶的多次檢驗。而生命周期法的開發(fā)路徑是嚴(yán)格按順序進行，是一次性的，開發(fā)具有階段性。（2）用戶參與程度原型法的開發(fā)過程中，用戶的參與程度較高，它的設(shè)計糅合了用戶的意見和思想。在生命周期法的開發(fā)過程中用戶的參與程度較低，用戶只在需求分析的步驟中參與了系統(tǒng)的開發(fā)。（3）早期可測試性原型法的早期可測試性較好，這是由于原型法的簡便、快速的特性所決定的。生命周期法的早期可測試性較差，幾乎不能測試其整體的效果。10.5.1原型法與生命周期法的開發(fā)過程比較（4）對開發(fā)環(huán)