數(shù)據(jù)庫(kù)原理與應(yīng)用

第三章

需求分析基本任務(wù)：準(zhǔn)確地回答“系統(tǒng)必須做什么？”（軟件范圍）對(duì)系統(tǒng)提出完整、準(zhǔn)確、清晰、具體的要求。在這個(gè)階段結(jié)束時(shí)交出的文檔是需求規(guī)格說(shuō)明書（技術(shù)合同）。3.1

需求分析的任務(wù)1、確定對(duì)系統(tǒng)的綜合需求系統(tǒng)功能要求：劃分出系統(tǒng)必須完成的所有功能；系統(tǒng)性能要求：聯(lián)機(jī)響應(yīng)時(shí)間、系統(tǒng)需要的存儲(chǔ)容量、重新啟動(dòng)、安全性等；可靠性和可用性要求：可用性與可靠性密切相關(guān)，它量化了用戶可以使用系統(tǒng)的程度。出錯(cuò)處理需求：這類需求說(shuō)明系統(tǒng)對(duì)環(huán)境錯(cuò)誤應(yīng)該怎樣響應(yīng)。接口需求：描述應(yīng)用系統(tǒng)與它的環(huán)境通信的格式，常見的接口需求有：用戶接口需求；硬件接口需求；軟件接口需求；通信接口需求。約束：包括設(shè)計(jì)約束或?qū)崿F(xiàn)約束描述在設(shè)計(jì)或?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)應(yīng)遵守的限制條件。逆向需求：說(shuō)明軟件不應(yīng)該做什么。將來(lái)可能提出的要求：為系統(tǒng)的擴(kuò)充和修改作準(zhǔn)備。2、分析系統(tǒng)的數(shù)據(jù)要求系統(tǒng)需要哪些數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)之間有什么聯(lián)系，數(shù)據(jù)由哪些數(shù)據(jù)元素組成。DFD（數(shù)據(jù)流圖）、DD（數(shù)據(jù)字典）、E-R圖（實(shí)體-聯(lián)系）、數(shù)據(jù)的組成層次結(jié)構(gòu)3、導(dǎo)出系統(tǒng)的邏輯模型數(shù)據(jù)流程圖、數(shù)據(jù)字典、主要算法。4、修正系統(tǒng)開發(fā)計(jì)劃5、開發(fā)原型系統(tǒng)（樣機(jī)）主要目的：使用戶通過(guò)實(shí)踐獲得關(guān)于未來(lái)的系統(tǒng)的更直接更具體的概念，更準(zhǔn)確地提出和確定他們的要求。主要理由：由于人的認(rèn)識(shí)能力的局限，不能預(yù)先指定所有的要求；在用戶和系統(tǒng)分析員之間存在固有的通信鴻溝；用戶需要一個(gè)“活”的系統(tǒng)模型，以便獲得實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)；在開發(fā)過(guò)程中重復(fù)和反復(fù)是必要的和不可避免的；目前有快速建立原型系統(tǒng)的工具可供選用。主要問(wèn)題：增加了軟件成本。3.2

分析過(guò)程1、沿?cái)?shù)據(jù)流程圖回溯從“輸出端”到“輸入端”回溯，分析數(shù)據(jù)元素。2、用戶復(fù)查借助已有的數(shù)據(jù)流程圖，幫助復(fù)查，再次完善數(shù)據(jù)流程圖。3、細(xì)化數(shù)據(jù)流程圖4、修正開發(fā)計(jì)劃5、書寫文檔需求規(guī)格說(shuō)明：系統(tǒng)的概貌、功能要求、運(yùn)行要求、將來(lái)可能的要求。數(shù)據(jù)流圖（DFD）、數(shù)據(jù)字典（DD）、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（用圖形工具

的層次圖、Warnier圖表示）、處理邏輯說(shuō)明（IPO圖、結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言、判定樹表）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（數(shù)據(jù)庫(kù)、普通文件）用戶系統(tǒng)描述：初步的用戶手冊(cè)初步測(cè)試計(jì)劃修正的開發(fā)計(jì)劃：修正后的成本估計(jì)、資源使用計(jì)劃、進(jìn)度計(jì)劃等。6、技術(shù)審查和管理復(fù)審。3.3概念模型和規(guī)范化（數(shù)據(jù)庫(kù)概要設(shè)計(jì)）1、概念模型最常用的表示概念性數(shù)據(jù)模型的方法：實(shí)體—聯(lián)系方法(Entity-Relationship

Approach)，簡(jiǎn)稱E-R模型。E-R模型包含三個(gè)基本成分：“實(shí)體”、“聯(lián)系”、“屬性”(1)實(shí)體：是客觀世界中存在的、且可相互區(qū)分的事物。它可以是人或物，也可以是具體事物或抽象事物。例如：教師、學(xué)生、課程是實(shí)體。實(shí)體用矩形框表示，如：聯(lián)系：客觀世界中的事物彼此之間有聯(lián)系，描述實(shí)體與實(shí)體之間的關(guān)系。聯(lián)系有三種：1：1（一對(duì)一聯(lián)系）例如：實(shí)體“校長(zhǎng)”與“大學(xué)”之間的聯(lián)系為“1：1”1：N（一對(duì)多聯(lián)系）例如：實(shí)體“學(xué)校”與“院系”之間的聯(lián)系為“1:N”M：N（多對(duì)多聯(lián)系）例如：實(shí)體“學(xué)生”與“課程”之間的聯(lián)系為“M:N”聯(lián)系用菱形框表示。屬性：屬性是實(shí)體或聯(lián)系所具有的性質(zhì)。通常一個(gè)實(shí)體或聯(lián)系由若干屬性來(lái)刻畫。2、范式（Normal

Forms)關(guān)系規(guī)范化的目的：消除數(shù)據(jù)冗余，避免插入異常和刪除異常。幾個(gè)重要概念：函數(shù)依賴(Functional

Dependency)完全函數(shù)依賴(Full

Functional

Dependency)

部分函數(shù)依賴(Partial

Functional

Dependency)傳遞函數(shù)依賴(Transitive

Functional

Dependency)候選關(guān)鍵字(Candidate

Key)主關(guān)鍵字(Prime

Key)主屬性(Prime

Attribute)非主屬性(Nonprime

Attribute)關(guān)系規(guī)范化(Normalization):第一范式（1NF）：不存在重復(fù)組和組項(xiàng)；第二范式（2NF）：不存在非主屬性對(duì)候選關(guān)鍵字的部分函數(shù)依賴；第三范式（3NF）：不存在非主屬性對(duì)候選關(guān)鍵字的傳遞函數(shù)依賴。一般分解到第三范式即可。范式級(jí)別越高，存儲(chǔ)同樣的數(shù)據(jù)就需要分解成更多張表，存儲(chǔ)過(guò)程越復(fù)雜，查詢速度將下降（表的連接的開銷增大）。3.4數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示的圖形工具一、表示數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的圖形工具1、層次方框圖層次方框圖用樹形結(jié)構(gòu)的一系列多層次的矩形框描繪數(shù)據(jù)的層次結(jié)構(gòu)。頂層，完整的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；中間層，數(shù)據(jù)的子集劃分；最底層，數(shù)據(jù)的實(shí)際數(shù)據(jù)元素（不能再分解的元素，如編號(hào)、數(shù)量等“硬”數(shù)據(jù)）軟件產(chǎn)品系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件操作系統(tǒng)編譯程序軟件工具編輯程序測(cè)試驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)輔助工具2、Warnier圖（法國(guó)科學(xué)家沃尼提出）描繪信息的層次結(jié)構(gòu)（一棵平置的樹）；能表達(dá)信息的邏輯關(guān)系（它可表示指出一類信息或一個(gè)信息量是重復(fù)出現(xiàn)的,也可以表示特定信息在某一類信息中是有條件地出現(xiàn)的）；可由Warnier圖導(dǎo)出程序結(jié)構(gòu)（

Warnier程序設(shè)計(jì)方法）。應(yīng)用軟件軟件工具操作系統(tǒng)（P1）編譯程序（P2）系統(tǒng)軟件編輯程序（P1）軟件產(chǎn)品測(cè)試驅(qū)動(dòng)程序（P1）設(shè)計(jì)輔助工具（P1）二、表示數(shù)據(jù)處理的圖形工具（需求分析中的算法描述工具）3、IPO（輸入/處理/輸出）圖作用：描述DFD中的處理邏輯（方便地描述輸入數(shù)據(jù)、對(duì)數(shù)據(jù)的處理和輸出數(shù)據(jù)之間的關(guān)系）?；拘问剑涸谧筮叺目蛑辛谐鲇嘘P(guān)的輸入數(shù)據(jù)，在中間的框內(nèi)列出主要的處理，在右邊的框內(nèi)列出產(chǎn)生的輸出數(shù)據(jù)。舊的主文件事務(wù)文件1、校驗(yàn)主記錄2、校驗(yàn)事務(wù)記錄3、更新事務(wù)記錄有效的主記錄有效的事務(wù)記錄更新后主文件輸入輸出處理3.4需求分析文檔主要內(nèi)容：需求規(guī)格說(shuō)明書需求規(guī)格說(shuō)明書：是需求分析階段產(chǎn)生的一份重要文檔,它以一種一致的、無(wú)二義的方式準(zhǔn)確表達(dá)用戶的需求。作用：作為軟件開發(fā)機(jī)構(gòu)與用戶之間一份事實(shí)上的技術(shù)合同書；作為軟件開發(fā)機(jī)構(gòu)下一步進(jìn)行設(shè)計(jì)和編碼的基礎(chǔ)；作為測(cè)試和驗(yàn)收目標(biāo)系統(tǒng)的依據(jù)。另外兩份文檔：1、初步測(cè)試計(jì)劃：包括對(duì)未來(lái)系統(tǒng)中的哪些功能和性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，以及達(dá)到何種要求。在后階段的軟件開發(fā)中，對(duì)這個(gè)測(cè)試計(jì)劃要不斷地修正和完善，并成相應(yīng)階段文檔的一部分。作用：早期考慮測(cè)試問(wèn)題，能以較小的代價(jià)檢測(cè)出需求規(guī)格說(shuō)明書中存在的不可避免的錯(cuò)誤；作為后階段測(cè)試文檔形成的指導(dǎo)性文件。2、用戶系統(tǒng)描述：從用戶使用系統(tǒng)的角度描述系統(tǒng)的功能和性能，用戶使用系統(tǒng)的主要步驟和方法，以及系統(tǒng)用戶的責(zé)任。初步的用戶手冊(cè)。作用：使用戶從使用角度檢查和審核目標(biāo)系統(tǒng)，容易判斷這個(gè)系統(tǒng)是否滿足他們的需要；使系統(tǒng)分析員從用戶的角度考慮軟件系統(tǒng)，進(jìn)一步驗(yàn)證軟件需求；有了這份文檔，審查和復(fù)審時(shí)容易發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)分析員和用戶之間不一致和誤解的地方，有利于理解和溝通。3.6

驗(yàn)證軟件需求1、驗(yàn)證對(duì)象：需求規(guī)格說(shuō)明書（Software

RequirementsSpecification)2、從哪些方面驗(yàn)證一致性：SRS中陳述的需求沒(méi)有與以前的文檔發(fā)生沖突；SRS中陳述的各個(gè)需求之間沒(méi)有發(fā)生沖突。完整性：未來(lái)系統(tǒng)所做的任何事情都包含在SRS的陳述中（包含用戶要求的所有功能或性能）；SRS中沒(méi)有被標(biāo)識(shí)為“待定”的內(nèi)容。現(xiàn)實(shí)性：用現(xiàn)有的硬軟件技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)。有效性：SRS中陳述的每個(gè)需求都是可驗(yàn)證的，即當(dāng)且僅當(dāng)存在一個(gè)有限代價(jià)的過(guò)程（人工或機(jī)器）可以檢查構(gòu)造的軟件產(chǎn)品是否符合用戶的需求。3、驗(yàn)證方法人工審查：需求規(guī)格說(shuō)明書是用自然語(yǔ)言書寫的；用軟件工具驗(yàn)證：需求規(guī)格說(shuō)明書是用形式化的需求陳述語(yǔ)言（RSL）書寫的。1977年密執(zhí)安大學(xué)開發(fā)了PSL/PSA（問(wèn)題陳述語(yǔ)言/問(wèn)題陳述分析程序）系統(tǒng)：·用描述符描述信息系統(tǒng)；·創(chuàng)建一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)保存描述符；·對(duì)描述符施加增刪改操作；·產(chǎn)生格式化的文檔。（3）開發(fā)原型系統(tǒng)什么是原型系統(tǒng)？某產(chǎn)品的模擬系統(tǒng)，反映產(chǎn)品的主要特性。主要目的：使用戶通過(guò)實(shí)踐獲得關(guān)于未來(lái)的系統(tǒng)的更直接更具體的概念，更準(zhǔn)確地提出和確定他們的要求。主要優(yōu)點(diǎn)：有利于明確需求：用戶在原型系統(tǒng)上獲得實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，可與分析員一起進(jìn)一步明確需求；有利于溝通：在用戶和系統(tǒng)分析員之間存在固有的通信鴻溝；有利于用戶培訓(xùn)：是一個(gè)較早為用戶學(xué)習(xí)培訓(xùn)的工具；可由原型系統(tǒng)演化為是終系統(tǒng)；主要策略：廢棄型：探索、實(shí)踐；演化型：演化為最終產(chǎn)品。主要問(wèn)題：增加了軟件成本。使用工具：第四代語(yǔ)言和超高級(jí)語(yǔ)言1GL：機(jī)器語(yǔ)言（支持?jǐn)?shù)字和字符的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型）2GL：匯編語(yǔ)言（同上）3GL：算法語(yǔ)言（支持記錄和文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型）4GL：支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)類型，可以向用戶提供數(shù)據(jù)庫(kù)的建立、修改、操作等命令。第四代語(yǔ)言的特點(diǎn)：1、與用戶是友好的；2、非計(jì)算機(jī)專門人員也可方便地使用；3、編程語(yǔ)言數(shù)量只有第三代語(yǔ)言的確良/10；4、非過(guò)程化編程；5、有自動(dòng)工具：數(shù)據(jù)庫(kù)創(chuàng)建工具、報(bào)表生成器、屏幕設(shè)計(jì)工具、SQL語(yǔ)言自動(dòng)生成、菜單生成器、決策支持工具等；6、容易進(jìn)行結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)；7、所寫的程序容易理解和修改。樣例：系統(tǒng)需求規(guī)格說(shuō)明書（Software

Requirements

Specification)1、引言編寫目的說(shuō)明編寫本需求分析規(guī)格說(shuō)明書的目的.背景說(shuō)明給出待開發(fā)的軟件產(chǎn)品的名稱;說(shuō)明本項(xiàng)目的提出者,開發(fā)者和用戶;說(shuō)明該軟件產(chǎn)品將做什么,如有必要,說(shuō)明不做什么.術(shù)語(yǔ)定義列出本文檔中所用的專門術(shù)語(yǔ)的定義,和外文首字母組詞的原詞組.參考資料列出本文檔所引用的全部資料,包括標(biāo)題、版本號(hào)、出版日期、出版單位等.2、概述功能概述敘述待開發(fā)軟件產(chǎn)品將完成的主要功能,并且用系統(tǒng)流程圖來(lái)表示各功能及其相互之間的關(guān)系.約束敘述對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響的限制條件,如硬件限制、與其它應(yīng)用的接口、安全保密等.系統(tǒng)需求規(guī)格說(shuō)明書（Software

Requirements

Specification)3、數(shù)據(jù)流圖與數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)流圖數(shù)據(jù)流圖1畫出該數(shù)據(jù)流圖(2)加工說(shuō)明編號(hào)加工名輸入流輸出流

(e)加工邏輯數(shù)據(jù)流圖2……數(shù)據(jù)字典文件說(shuō)明說(shuō)明文件的成分及其組織方式.數(shù)據(jù)項(xiàng)說(shuō)明系統(tǒng)需求規(guī)格說(shuō)明書（Software

Requirements

Specification)3.2.2數(shù)據(jù)項(xiàng)說(shuō)明以表格的形式說(shuō)明每一數(shù)據(jù)項(xiàng),格式如下表所示:4、接口用戶接口說(shuō)明人機(jī)界面的需求,包括

(1)屏幕格式;報(bào)表的頁(yè)面打印格式及內(nèi)容;(3)可用的功能鍵及鼠標(biāo).硬件接口說(shuō)明該軟件產(chǎn)品與硬件之間各接口的邏輯特點(diǎn)及運(yùn)行該軟件的硬件設(shè)備特征.軟件接口說(shuō)明該軟件產(chǎn)品與其它軟件之間接口,對(duì)每個(gè)需要的軟件產(chǎn)品應(yīng)提供:

(1)名稱規(guī)格說(shuō)明(3)版本號(hào)名稱類型含義度量單位有效范圍精度系統(tǒng)需求規(guī)格說(shuō)明書（Software

Requirements

Specification)5、性能需求精度逐項(xiàng)說(shuō)明對(duì)各項(xiàng)輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)達(dá)到的精度，包括傳輸中的精度要求.時(shí)間特征定量地說(shuō)明本軟件的時(shí)間特征，如響應(yīng)時(shí)間、更新處理時(shí)間、數(shù)據(jù)傳輸和轉(zhuǎn)換時(shí)間、計(jì)算時(shí)間等.靈活性說(shuō)明本軟件所具有的靈活性，即當(dāng)用戶需求（如對(duì)操作方式、運(yùn)行環(huán)境、結(jié)果精度、時(shí)間特征等要求）有些變化時(shí)，本軟件的適應(yīng)能力.6、屬性可使用性規(guī)定某些需求,如檢查點(diǎn)、恢復(fù)方法和重啟動(dòng)性，以確保軟件可使用性.保密性規(guī)定保護(hù)軟件的要素.可維護(hù)性規(guī)定確保軟件是可維護(hù)的需求.可移值性規(guī)定用戶程序、用