【教学课件】第3章软件需求分析基础.ppt

第三章 软件需求分析基础,主要内容,需求分析的概念和原则 传统的软件需求分析基础,3.1 需求分析的概念和原则,需求分析的基本任务是准确地回答“系统必须做什么？”这一核心问题。需求分析是发现、求精、建模和规约的过程。这一过程包括：详细精化最初由系统分析员建立在软件项目计划中确定的软件范围，创建所需数据流、控制流以及操作行为的模型，在此基础上选择解决方案。,问题定义阶段,在需求分析之前，需要描述和定义问题。问题定义阶段必须回答的关键问题是“要解决的问题是什么”。通过对系统的实际用户和使用部门负责人的访问调查，最后得出一份双方都满意的文档。问题定义阶段是软件生存周期中最简短的阶段，一般只需要一天甚至更少的时间。,可行性研究阶段,这个阶段要回答的关键问题是“对于上一个阶段所确定的问题有行得通的解决办法吗？”系统分析员需要进行一次大大压缩和简化了的系统分析和设计的过程。如果系统分析员通过可行性研究之后，得出该工程项目不值得做的结论时，应该及时中止投资该工程项目，可以避免更大的浪费。,3.1.1 需求分析,需求分析是一种软件工程活动，使得系统分析员能够刻划出软件的功能和性能、指明软件和其他系统元素的接口、并建立软件必须满足的约束。需求分析是软件设计师进行软件分解的基础，需求分析建造了软件处理的数据模型、功能模型和行为模型。需求分析为软件设计师提供了可被翻译成数据、体系结构、界面和过程设计的模型，最后，需求规约为软件设计师和客户提供了软件建造完后，进行质量评估的依据。,1.软件需求的概念和分类,比较权威的需求的定义来自于IEEE软件工程标准词汇表中的定义：l用户解决问题或达到目标所需要的条件。l系统或系统部件要满足合同、标准、规范或其他正式规定的文档所要具有的条件。l反映上面两条的文档说明。,IEEE公布的需求定义分别从用户和软件工程师的角度阐述了什么是需求，需求一方面反映了系统的外部行为，另一方面反映了系统的内部特性，反映的方式是需求文档。比较通俗的需求定义如下：需求是指明系统必须实现什么的规格说明，它描述了系统的行为、特性或属性，是在开发过程中对系统的约束。,需求的类别,功能需求：指定系统必须提供的服务，通过需求分析应该划分出系统必须完成的所有功能；性能需求：指定系统必须满足的定时约束或容量约束；可靠性和可用性需求：定量地指定系统的可靠性与可用性；,出错处理需求：说明系统对环境错误应该怎样响应；接口需求：描述应用系统与其环境通信的格式；约束：描述了应用系统应遵守的限制条件；,逆向需求：说明软件系统不应该做什么。理论上有无限多个逆向需求，我们应该仅选取能澄清真实需求且可消除发生误解的那些逆向需求；将来可能提出的要求：应该明确地列出那些虽然不属于当前系统开发范畴，但是据分析将来很可能会提出来的要求。,2.需求分析的任务,需求分析的任务是借助于当前系统的物理模型导出目标系统的逻辑模型，解决目标系统“做什么”的问题。所要做的工作是深入描述软件的功能和性能，确定软件设计的限制和软件同其他系统元素的接口细节，定义软件的其他有效性需求。必须全面理解用户的各项要求，但只能接受合理的要求。要将软件的需求准确地表达出来，形成软件需求说明书。,需求分析的任务,获得当前系统的物理模型：首先，分析、理解当前系统是如何运行的，并用一个具体的模型来反映自己对当前系统的理解。抽象出当前系统的逻辑模型：在理解当前系统“怎样做”的基础上，取出非本质因素，抽取出“做什么”的本质。,建立目标系统的逻辑模型：分析目标系统与当前系统逻辑上的差别，明确目标系统要“做什么”，从而从当前系统的逻辑模型中，导出目标系统的逻辑模型。对目标系统逻辑模型进行补充：具体内容如用户界面、启动和结束、出错处理、系统输入输出、系统性能、其他限制等等。,3需求分析的主要工作,软件需求分析可被划分成5个工作阶段：问题分析；问题评估和方案综合；建模；规约；复审。例1.汽车零件的主要供应商需要一个库存控制系统，系统分析员发现与当前的手工系统相关的问题包括：（1）不能快速地获得部件的状况；（2）更新卡片文件需要2至或3天的工作量；（3）由于没有办法查找相关厂商的部件信息，而使得对同一厂商同一货品多次再订货，等等。一旦问题被标识出来，系统分析员将确定新系统该产生什么信息，以及将提供什么信息。,例2.客户希望得到指明什么零件从库存中取出、以及还剩余多少相似零件的日报表。客户指明一旦当该零件离开仓库时库存管理员就该记载每个零件的标号。通过对当前问题和希望的信息（输入和输出）进行的评估，系统分析员开始综合一个或多个解决方案。为了便于开始，必须详细地定义系统的数据、处理功能和行为。,例3.在例1与例2的基础上，一些可以进一步思考内容是，一旦已经建立这些信息，就该考虑针对实现的基本体系结构，那么客户/服务器方法似乎是合适的，但是它确实属于软件计划的范围吗？似乎需要一个数据库管理系统，但是，该数据库系统真的是用户需要的吗？继续这种评估和综合的过程，直至分析员和客户均确信针对后面的开发步骤软件确实已被适当地刻划了。,在整个评估和综合过程中，分析员的主要焦点是“做什么”，而不是“怎么做”。在问题评估和综合解决方案的活动中，系统分析员创建系统模型，以便可以更好地理解数据流和控制流、处理功能和操作行为以及信息内容。,4.系统分析员的主要能力,在整个系统分析活动中，系统分析员起着关键的作用，其本人应该具备突出的能力，如：能掌握抽象概念，能对其进行分类，能从中综合出解的能力；能从冲突或者混淆中吸取恰当事实的能力；能弄清用户环境的能力；能为用户系统恰当配置软硬件的能力能较好地用书面和口头形式进行沟通的能力有“从树木见森林”的能力。,3.1.2 需求获取,软件需求分析中需要很好的的相互沟通，沟通总是要在两方或多方间进行。客户和系统分析员之间最常用的交流方式，是通过预备会议或访谈进行的。获取用户需求的主要方法是调查研究。做好准备制定调研计划准备调研资料访谈用户写调研报告评审,系统分析员所问的第一组问题可以关注客户、整体目标和收益。接下来的下一组问题使得系统分析员能够对问题做更好的理解，使得客户能够表达其关于解决方案的感觉，最后一组问题关注于会议的效果。,FAST方法,也可以采用一种面向团队的需求收集方法，该方法被应用在分析和规约的早期阶段，被称为便利的应用规约技术，即FAST技术。该方法鼓励建立客户和系统分析员之间的合作，由他们共同工作来标识问题、提出解决方案的要素、商议不同的方法以及刻画出初步的解决方案需求。,FAST方法的基本原则,在中立的地点举行会议，由系统分析员和客户出席。建立准备和参与会议的规则。建议一个足够正式的议程，以便可以对所有重要的、而又是足够非正式的问题进行自由交流。,有一个“协调者”控制会议过程。使用一种“定义机制”记录有关信息。会议的目标是标识问题、提出解决方案的要素、商议不同的方法以及在有利于完成目标的氛围中，刻画出初步的解决方案需求。,分析原则,在过去20年，研究者已经开发出一些实用分析方法及相应的建模符号，每种分析方法有独特的观点，然而，所有分析方法都遵循以下操作原则：必须表示可理解的问题信息域。必须定义软件将完成的功能。必须表示软件的行为。必须划分描述信息、功能和行为的模型，从而能以层次的方式揭示细节。分析过程应该从要素信息移向细节实现。,除了上面提到的操作性分析原则，Davis提出了一组针对需求工程的指导性原则：在开始建立分析模型前，先充分理解问题。开发原型，使得用户能够了解如何进行人机交互。记录每个需求的起源及原因。使用多个需求视图。建立数据、功能和行为模型，为软件工程师提供三种不同的视图。给需求赋予优先级。努力删除歧义性。,1.信息域,所有的应用软件均可称为数据处理系统。信息流表示了数据和控制在系统中流动时的变化方式，输入对象被变换为中间信息，这些信息被进一步变换为输出。沿着这个变换路径，可能从现存的数据存储中引入附加的信息。数据的变换是程序必须完成的功能或子功能，在两个变换（功能）间流动的数据和控制定义了每个功能的接口。信息结构表示了各种数据和控制项的内部组织，,2.建模,我们创建模型，以获得对将要建造的实际实体有更好的理解。要对软件变换的信息、对变换发生的功能（和子功能）、以及对变换发生时的系统行为进行建模。在软件需求分析阶段，我们创建系统模型，这些模型着重于描述系统必须做什么而不是如何去做。我们常使用图形符号创建模型。,功能模型：记录软件的变换信息，为了达到此目标必须至少完成三个常见功能：输入、处理和输出。行为模型：一个计算机程序总是存在于某个状态，仅当某事件发生时才被改变。行为模型创建了软件状态的表示，以及导致软件状态变化的事件表示。,需求分析阶段创建模型的作用,模型帮助分析员理解系统的信息、功能和行为，因此，使得需求分析任务更容易实现。模型变成了复审的焦点，因此，也成为确定规约的完整性、一致性和精确性的重要依据。模型变成了设计的基础，为设计者提供了软件要素的表示视图，该表示可被转化到实现中去。,3.划分,实际的问题经常太大而且复杂难于进行整体理解，我们往往将这样的问题划分为易于理解的子问题，并建立各子问题间的接口，以便完成整个功能。第四条操作性分析原则建议划分软件的信息、功能和行为域。,3.1.4 需求规格说明,软件需求规格说明是分析任务的最终产物，美国国家标准局、IEEE以及美国防部门均已提出了软件需求规约（以及其他软件工程文档）的候选格式。软件需求规格说明必须正确地定义所有的软件需求；除了设计上的特殊限制之外，软件需求规格说明中一般不描述任何设计、验证或项目管理的细节。,需求必须描述的基本问题,功能所设计的软件要做什么；性能软件功能在执行过程中的速度、可使用性、响应时间、各种软件功能的恢复时间、吞吐能力、精度、频率等等；强加给实现的设计限制在效果、实现的语言、数据库完整性、资源限制、操作环境等等方面所要求的标准；属性可移植性、正确性、可维护性及安全性等方面的考虑因素；外部接口与人、硬件、其他软件和其他硬件的相互关系。,软件需求规格说明的大纲,1 前言 1.1 目的 1.2 范围 1.3 定义、缩写词、略语 1.4 参考资料2 项目概述 2.1 产品描述 2.2 产品功能2.3 用户特点 2.4 一般约束2.5 假设和依据,3 具体需求 3.1 功能需求 3.1.1 功能需求13.1.1.1 引言3.1.1.2 输入3.1.1.3 加工3.1.1.4 输出 3.1.2 功能需求2 3.1.n 功能需求n,3.2 外部接口需求 3.2.1 用户接口 3.2.2 硬件接口3.2.3 软件接口3.2.4 通信接口3.3 性能需求 3.4 设计约束 3.4.1 其他标准的约束 3.4.2 硬件的限制,3.5 属性3.5.1 安全性3.5.2 可维护性 3.6 其他需求 3.6.1 数据库 3.6.2 操作 3.6.3 场合适应性 附录索引,3.1.5 评审,需求审查是需求分析阶段工作的最后一步，是由软件软件工程师和客户一起进行并完成的。目的是发现软件需求规格说明中的错误、二义性和遗漏的需求。复审首先在宏观的级别上进行，复审者试图保证软件需求规格说明是完整的、一致的、精确的。然后复审会更详细，关注软件需求规格说明中的措词。,3.2传统的软件需求分析基础,结构化的分析方法是最经典的需求分析方法。适用于数据处理类型软件的需求分析。它提供的工具包括：数据流图、数据字典、结构化英语、判定表和判定树。系统的分析模型必须达到三个主要目标：（1）描述客户的需要；（2）建立创建软件设计的基础；（3）定义在软件完成后可以被确认的一组需求。,模型的核心是数据字典一个包含了软件使用或生产的所有数据对象描述的中心库。实体-关系图描述数据对象间的关系，实体-关系图是用来进行数据建模活动的。,数据流图有两个目的：指明数据在系统中移动时如何被变换；描述对数据流进行变换的功能（和子功能）。它可以用于信息域的分析，作为功能建模的基础。状态转换图指明系统将如何动作。为此，状态转换图表示了系统的各种行为模式（称为“状态”），以及在状态间进行变迁的方式，状态转换图是行为建模的基础。,数据流图,任何软件系统（或计算机系统）从根本上来说，都是对数据进行加工或变换的工具。,1.组成符号,例4.下面以教材购销系统中的教材销售为例，说明如何画数据流图。从用户调查中了解到某高校向学生销售教材的手续是：先由系办公室的张秘书开购书证明，学生凭证明找教材科的王会计开购书发票，向李出纳员交付书款，然后到书库找赵保管员领书。现欲将上述手工操作改为计算机处理，试画出教材销售过程的数据流图。,首先找出数据的源点和终点，即找出数据源与数据汇，由此确定系统的边界。,由于是由学生开始购书，最后由学生领书，因此数据的源点和终点都是“学生”。,第二步找出加工，需要从描述中抽象出系统要完成的工作。,学生须凭购书证明得到购书发票，然后交付书款，得到领书凭证，最后领书。其间能由计算机完成的工作是审查学生的购书凭证并开出发票，按发票开出领书单，由此我们得到2个加工（审查并开发票，并领书单）。,第三步要找出数据流。,学生向系统提交购书单，学生从系统得到领书单，在加工之间要传输发票信息，这样我们得到3个数据流。同时还要注意在“审查并开发票”加工中排除了无效的书单，它也因作为一个数据流，因此最后得到4个数据流：购书单，发票，领书单，无效书单。,我们还要补充数据存储。数据存储一般不能通过系统描述确定，而要在设计数据流图时按照需要添加。实际上在审查购书单和开出发票之前，至少要查阅两个文件：各班学生用书表，教材存量表。把这两个文件加进上图中，并给加工添上编号，就得到计算机售书系统的完整的数据流图。,2.命名,数据流图中每个成分的命名是否恰当，直接影响数据流图的可理解性。给这些成分起名字时应该仔细推敲。下面讲述在命名时应注意的问题：为数据流（或数据存储）命名 名字应代表整个数据流（或数据存储）的内容，而不是仅仅反映它的某些成分。,注意合适的命名，尽量用现实存在的表格、单据。不要使用空洞的、缺乏具体含义的名字（如“数据”、“信息”、“输入”之类）。不要把控制流作为数据流。,为处理命名通常先为数据流命名，再为与之相关联的处理命名 名字应该反映整个处理的功能，而不是它的一部分功能。名字最好有一个具体的及物动词加上一个具体的宾语组成。应该尽量避免使用“加工”、“处理”等空洞笼统的动词作名字。,通常名字中仅包括一个动词，如果必须用两个动词才能描述整个处理的功能，则把这个处理再分解成两个处理可能跟恰当些。如果在为某个处理命名时遇到了困难，则很可能是分解不恰当造成的，应该考虑重新分解。,数据的源点和终点并不需要在系统中实现，它们只是系统的外围环境（可能是人员、计算机外部设备或传感器等）。通常为数据的源点和终点命名是采用它们在问题中习惯使用的名字，如“学生”，“管理员”。,3.分层数据流图,对任何一层数据流图来说，我们称它的上层图为父图，在它下一层的图则称为子图。在多层数据流图中，顶层流图仅包含一个加工，它代表将被开发系统。它的输入流是该系统的输入数据，输出流是系统所输出数据。底层流图是指其加工不需再做分解的数据流图，它处在最底层。中间层流图则表示对其上层父图的细化。它的每一加工可能继续细化，形成子图。,4数据流图实例,建立数据流模型的基本步骤概括地说，就是自外向内、自顶向下、逐层细化、完善求精。例5.建立一个简化的商业自动化系统。其中：售货员负责录入销售的商品（商品名，编号，单价，数量），有时要根据特定情况对销售的商品进行修改或删除。收款员负责收取现金，并将多交的付款退还用户。销售经理需要随时查询整个部门的销售情况（时间，商品编号，销售金额），并在每日结束时，统计各类商品的销售金额。,首先：建立系统环境，确定系统边界，画出顶层DFD。,其中：1 数据流为：销售的商品，日销售额等 2 数据源点为：营业员，经理，收款员 3 数据终点为：经理，收款员 4 加工名为：要建立的系统名字,然后自顶向下，逐层分解。,A、按人或部门的功能要求，将加工“打碎”，形成：,录入、修改或删除商品信息,录入、修改 现金额,并计算余额,查询商品销售情况 计算日销售额,1,2,3,注：需给每一加工编号,B、”分派”数据流，形成：,录入、修改或删除商品信息,2录入、修改 现金额,并计算余额,查询商品销售情况 计算日销售额,销售的商品,现金额,现金余额,查询要求,销售情况,日销售额,1,3,其中：要根据特定的加工要求进行分派；保持与顶层数据流的一致；可以不引入数据源和数据终点。,C、引入文件，使之形成一个有机整体系统,录入、修改或删除商品信息,录入、修改 现金额,并计算余额,查询商品销售情况 计算日销售额,销售的商品,现金额,现金余额,查询要求,销售情况,日销售额,销售文件,1,2,3,注：到一个文件，既有输入流，又有输出流，则可简化为，并可不给出标识。至此，体现精化，形成0层数据流图。,继续A、B、C：自顶向下，逐层分解。例如：加工3,查询商品销售情况 计算日销售额,查询要求,销售情况,日销售额,销售文件,3,可分解为：,3.1判定要求,查询要求,3.2统计销售情况,3.3计算日销售额,销售文件,查询要求2,查询要求1,销售情况,日销售额,5.注意事项,画数据流图不是画流程图。数据流图只描述“做什么”，不描述“怎么做”和做的顺序，而流程图表述对数据进行加工的次序和细节。父图和子图的平衡。正常情况下，父图和子图的输入数据和输出数据应分别保持一致，称为父子平衡。局部文件。随着数据流图的分解，在下层数据流图中允许出现父图中没有的文件。,要遵守加工编号规则。顶层加工不编号；第二层的加工编为1，2，n号；第三层编为1.1，1.2，n.1，n.2，等号，依此类推。分解的深度与层次。逐层分解时，要求加工分解到足够简单，易于理解为止，这一加工也就是我们常说的基本加工。,分解的层次多少是合适的，这应当根据问题的复杂程度来确定。可以参考以下一些经验性的原则。一个加工的分解，最多不要超出7个子加工。分解在逻辑上应合理、自然，不能硬性分割。在保证数据流得以理解的前提下，尽量少分解层次。分解要均匀。即在一张数据流图中，尽量少出现有些加工已是基本加工，有些还要分解好几层的情况。,3.2.2 数据字典,数据字典的作用，就是描述软件中的每个数据和加工的具体含义，以保持数据在系统中的一致性。有了数据流图和数据字典才算是较完整地描述了一个系统。数据流图和数据字典是需求规格说明书的主要组成部分。数据字典要对数据流图中出现的所有名字（数据流、加工、数据存储）进行定义。,在数据字典中，描述数据元素之间的关系时，可以使用自然语言也可采用以下符号：=等价于（或定义为）+与|或（从方括号内由“|”号隔开的分量中选择一个）重复（）选择 常常使用上限和下限符号，以进一步注释表示重复的括号。例如：和1A5都表示A重复5次。,数据流条目,学生=学号+姓名+性别+系+年级+选修课程选修课程=课程号+课名+学时+学分+课表课表=星期几+第几节+教室年级=1|2|3|4=1.4,文件条目,列出数据存储的组成数据项及文件的组织方式航班目录文件=航班号+起点+终点+时间组织：按航班号次序排列,加工条目,只列出基本加工的小说明描述加工逻辑，也包括与加工有关的其他信息用结构化自然语言描述,1、数据流:销售的商品=商品名+商品编号+单价+数量+日期现金额=余额=非负实数查询要求=商品编号|日期查询要求1=商品编号查询要求2=日期销售情况=商品名+商品编号+金额日销售额=类名+现金额2、数据存贮:销售文件=销售的商品,3、数据项给出加工小说明可以使用判定表、判定树判断表 条件类别 条件组合 操作 操作执行 例如：考试总分=620=620 620 单科成绩 有满分 有不及格 有满分 发升级通知书 y y n 发留级通知书 n n y 发重修通知书 n y n,实体关系图（E-R图）,实体关系图中包含3种相互关联的信息：数据对象、数据对象的属性及数据对象彼此间相互连接的关系。是一种面向问题的数据模型，是按照用户的观点对数据建立的模型。它描述了从用户角度看到的数据，它反映了用户的现实环境，而且与软件系统中的实现方法无关。,1.数据对象、属性与关系,数据对象是软件必须理解的复合信息的抽象。数据对象彼此间是有关联的。属性定义了数据对象的特征。它可用来：为数据对象的实例命名；描述这个实例；建立对另一个数据对象的另一个实例的引用。数据对象彼此之间相互连接的方式称为联系，也称为关系。,联系可分为以下3种类型,一对一联系（11）一个部门有一个经理，而每个经理只在一个部门任职，则部门与经理的联系是一对一的。一对多联系（1N）每位教师可以教多门课程，但是每门课程只能由一位教师来教，则某校教师与课程之间存在一对多的联系。多对多联系（MN）一个学生可以学多门课程，而每门课程可以有多个学生来学，则学生与课程间的联系是多对多的。,2.实体关系图实例,例12.在教学管理中，一个教师可以教授零门、一门或多门课程，每位学生也需要学习几门课程。用E-R图描述。,状态转换图,状态转换图（简称为状态图）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。此外，状态图还指明了作为特定事件的结果，系统将做哪些动作（例如，处理数据）。,1.组成部分及其符号表示,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。在状态图中定义的状态主要有：初态（即初始状态）、终态（即最终状态）和中间状态。在一张状态图中只能有一个初态，而终态则可以有0至多个。,状态图既可以表示系统循环运行过程，也可以表示系统单程生命期。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系统状态转变的外界事件的抽象。状态图中两个状态之间带箭头的连线称为状态转换，箭头指明了转换方向。,当有多个进程申请占用CPU运行的时，有关CPU分配的进程的状况，可以用以下状态迁移图表示。,CPU分配的状态迁移表,2.状态转换图实例,画出电话系统的状态图。没有人打电话时电话，电话处于闲置状态；有人拿起听筒，则进入拨号音状态，到达这个状态后，电话的行为是响起拨号音并计时；这时如果拿起听筒的人改变主意不想打了，他把听筒放下（挂断），电话重又回到闲置状态；如果拿起听筒很长时间不拨号（超时），则进入超时状态；。,