软工导论知识框架（二）结构化的需求分析

本章节涉及很多重要图表的制作，如ER图、数据流图、状态转换图、数据字典的书写等，对初学者来说比较生僻，本贴只介绍基础的轮廓，后面会有单独的帖子详解各图表如何绘制。

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 一.结构化的软件开发方法：结构化的分析、设计、实现

二.需求分析的重要性：

1.开发软件系统最困难的部分就是准确说明开发什么，最困难的概念性工作是编写出详细需求，包括所有面向用户、面向机器和其它软件系统的接口。此工作一旦做错，将会给系统带来极大损害，并且以后对它修改也极为困难。

2.结构化的分析方法，又被称为面向数据流的分析方法。

三.核心思想

• 分解化简问题
• 将物理与逻辑表示分开 （先考虑逻辑问题，最后再考虑加上物理的实现细节）
• 进行数据与逻辑抽象

 四.分析步骤

1.发现需求

发现需求方法（试图在较短的时间内获取软件系统大部分的需求）：

• 与用户交谈，向用户提问题；
• 参观用户的工作流程，观察用户的操作；
• 向用户群体发调查问卷——向更多的用户群体获取需求；
• 与同行、专家交谈，听取他们的意见；
• 分析已经存在的同类软件产品，提取需求；
• 从行业标准、规则中提取需求；
• 从Internet上搜查相关资料等。

2.求精 ：对初步需求反复求精多次细化。

3.建模 ：建立模型，用图形符号和组织规则书面描述事物。（避免文字表达的二义性）

结构化软件开发方法所要求的3种开发模型。

• 数据模型：实体关系图and数据对象描述
• 功能模型：数据流图and处理规格说明
• 行为模型：状态转换图and控制规格说明

数据字典：系统的相关数据，结构化分析方法的核心， 描述软件使用和产生的所有数据对象。

数据模型：

E-R图（实体联系图）表达 描述数据对象间关系 图中数据对象属性用“数据对象描述”表达。

功能模型（描述功能）：

DFD（数据流图）表达 描绘数据在软件中移动、变换及相应功能 图中功能用“处理规格说明”表达。

行为模型（系统中有哪些状态）：

状态转换图 ：描绘系统状态和在不同状态间转换方式。 图中软件控制附加信息用“控制规格说明”表达。

4.规格说明 ：书写软件需求规格说明，作为分析阶段最终成果。（非常重要的文档！）

5.复审

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五.数据模型

1.组成：数据对象、数据对象间关系、属性

• 数据对象：软件必须理解的复合信息表示，复合信息是具有一系列不同性质或属性的事物。（可以理解为一种包含多种属性的结构体变量），例如：事务（报表）、地点（仓库）、角色（教师、学生）单位（会计科）、行为（打电话）等
• 属性： 定义数据对象性质。 例如，数据对象学生的属性可为学号、姓名、班级等。（结构体变量所包含的多种属性）
• 关系： 对象彼此间相互连接方式，也称联系。例如，教师和学生间存在“教”的联系。

        关系分三类，1：1 、 1:N 、 M:N。

2.表达方式：实体-关系图

 E－R图用简单符号表达分析员对问题域理解，作为用户与分析员有效交流工具。

 （注意：属性同样可以属于实体与实体之间的关系，比如上图中的“成绩”。）

E-R图如果建设良好，可以直接转化为数据库中的表结构~（在搭建数据库时，实体和关系各需要对应一张表）

六.功能模型

1.数据流图仅仅用来描述系统中的功能模型——只考虑信息在系统中，流动和处理的情况。

2.数据流图（DFD）描绘系统逻辑模型，图中没具体的物理元素，只描绘信息在系统中流动处理情况，是非常好通信工具和软件设计出发点。

3.符号：

• 正方形（或立方体）：表示数据的源点或终点（数据最开始从哪里来，要到哪里去）。（人员、部门、计算机外部设备或传感器装置）
• 圆角矩形（圆形）：代表变换数据的处理。（一系列程序、单个程序或程序一个模块；人工处理过程。）
• 开口矩形（两条平行横线）：代表数据存储（文件、文件一部分、数据库元素或记录一部分，可存在磁盘、磁带、磁鼓、主存、微缩胶片任何介质上。）
• 箭头：表示数据流，即特定数据的流动方向。（在处理之间有向流动的数据项或数据集合。）

相关附加符号：

4.绘制方法：

• 从问题描述提取数据流图四种成分：先考虑源点和终点，再考虑处理，最后考虑数据流和数据存储
• 着手画数据流图的基本系统模型。（通常不会绘制较为完整的数据流图）
• 把基本系统模型细化，描绘系统主要功能。
• 主要功能进一步细化。
• 结束、进一步分解涉及如何具体实现功能时，不应再分解。（当内容细化到How而不是what时，就立刻停止进一步细化）

 5.分层数据流图：为表达数据加工情况，需采用层次结构数据流图。

• 顶层数据流图包含一个加工项；
• 底层流图指加工项不再分解的数据流图；
• 中间层流图只在顶层和底层之间，对其上层父图的细化。

 

6.注意事项：

A. 编号的设置 ：子图的编号是父图相应的处理逻辑的编号。 子图中处理逻辑编号由子图号、小数点与局部号组成。

B. 父图与子图的平衡 ：子图详细地描述父图中处理逻辑 子图的输入、输出数据流应同父图处理逻辑的输入、输出数据流相一致。（无论怎么细化都要和父图输入输出保持一致）。  

C. 局部数据存贮：在子图中出现的数据存贮，可以不出现在父图中，画父图时只需画出处理逻辑之间的联系，不必画出各个处理逻辑内部的细节。  

7.命名规则：

数据流（数据存储）命名 ：

（1）用名词，区别于控制流。

（2）代表整个数据流（数据存储）内容，不仅仅反映某些成分。

（3）不用缺乏具体含义名字，如“数据”、“信息”。

处理命名：

（1）用动宾词组，避免使用“加工”、“处理”等笼统动词。

（2）应反映整个处理的功能，不是一部分功能。

（3）通常仅包括一个动词，否则分解。

数据源点／终点命名：

不属于数据流图的核心内容，可能是人员、计算机外部设备或传感器装置。采用它们在问题域中习惯使用的名字（如“采购员”、“仓库管理员’等）。

8.用途（用户和系统分析员进行交流的良好工具）：

• 作为交流信息的工具
• 作为分析和设计的工具

用数据流图辅助物理系统设计时，可在数据流图上画出许多组自动化边界，每组自动化边界可能意味着不同的物理系统。

（数据流图的绘制对初学者很困难，后期会出总结各种图形的绘制，此处先不作为重点展开讲解）

七.行为模型——状态转换图：

软件的行为模型：状态、事件，行为。

• 状态：被观察到的系统行为模式。

• 事件：引起状态转换的外界事件抽象。

       箭头表示，箭头上标事件名。后跟〔条件〕，表状态转换条件。

• 行为：进入某状态所作动作。

       状态框内do:行为名。

八.数据字典：对系统使用的所有数据元素定义的集合，半形式化方法表达。

数据字典对四类元素定义：数据流，数据元素，数据存储，处理

1.数据流的描述：

• 数据流名
• 说明：简要介绍作用即它产生的原因和结果。
• 数据流来源：即该数据流来自何方。
• 数据流去向：去向何处。
• 数据流组成：数据结构。
• 每个数据量流通量：数据量、流通量。

2.数据元素的描述：

• 数据元素名
• 类型:数字（离散值、连续值），文字（编码类型）
• 长度
• 取值范围
• 相关的数据元素及数据结构

3.数据存储的描述：

• 数据存储名
• 简述：存放的是什么数据。
• 输入数据
• 输出数据
• 数据文件组成:数据结构。
• 存储方式:顺序，直接，关键码。
• 存取频率

4.数据处理：

• 处理名:
• 处理编号:反映该处理的层次
• 简要描述:加工逻辑及功能简述
• 输入数据流:
• 输出数据流:
• 加工逻辑： 简述加工程序、加工顺序 … …

5.定义数据的方法：对数据自顶向下分解，由数据元素组成数据的方式来定义。

• 顺序： 以确定次序连接两个或多个数据元素；
• 选择： 从两个或多个可能元素中选一个；
• 重复： 把指定数据元素重复零次或多次；
• 可选： 一个数据元素可有可无的。

如下是一个例题 ：