軟件工程的哲學(xué)思考

摘 要：近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)高素質(zhì)的軟件人才的需求越來(lái)越旺盛，軟件人才的培養(yǎng)變的尤為重要。同時(shí)，出現(xiàn)了許多先進(jìn)的軟件人才培養(yǎng)模式和方法，有力地推動(dòng)了軟件工程學(xué)科的發(fā)展。本文嘗試用哲學(xué)的觀點(diǎn)和原理來(lái)理解軟件工程中的基本技術(shù)和方法，通過(guò)對(duì)軟件工程中幾個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)的哲學(xué)分析，使枯燥的軟件工程理論變得通俗易懂、深入淺出。提出了一種以哲學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)理解軟件工程的新思想。

關(guān)鍵詞：軟件工程；哲學(xué)；人才培養(yǎng)模式

中圖分類號(hào)：TP311.52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 引言（Introduction）

軟件工程，英文名Software Engineering，是一門(mén)研究用工程化方法構(gòu)建和維護(hù)有效的、實(shí)用的和高質(zhì)量的軟件的學(xué)科[1]。軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平，決定了一個(gè)國(guó)家的信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平及其在國(guó)際市場(chǎng)上的綜合競(jìng)爭(zhēng)力。目前，我國(guó)軟件高級(jí)人才的短缺已經(jīng)成為制約我國(guó)軟件產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的一個(gè)瓶頸。在中國(guó)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)軟件人才的需求每年高達(dá)80萬(wàn)人，而高校計(jì)算機(jī)畢業(yè)生中的軟件工程人才還很缺乏，尤其是高素質(zhì)的軟件工程人才的極度短缺。盡快培養(yǎng)起適合信息產(chǎn)業(yè)所需要的高素質(zhì)軟件工程人才，已經(jīng)成為信息化工作中的重中之重。

哲學(xué)，社會(huì)意識(shí)形態(tài)之一，是關(guān)于世界觀的學(xué)說(shuō)[2]。是理論化、系統(tǒng)化的世界觀，是自然知識(shí)、社會(huì)知識(shí)、思維知識(shí)的概括和總結(jié)，是世界觀和方法論的統(tǒng)一。是社會(huì)意識(shí)的具體存在和表現(xiàn)形式，是以追求世界的本源、本質(zhì)、共性或絕對(duì)、終極的形而上者為形式，以確立哲學(xué)世界觀和方法論為內(nèi)容的社會(huì)科學(xué)。愛(ài)因斯坦這樣談?wù)撜軐W(xué)：如果把哲學(xué)理解為在最普遍和最廣泛的形式中對(duì)知識(shí)的追求，那么，哲學(xué)顯然就可以被認(rèn)為是全部科學(xué)之母。馬克思也說(shuō)過(guò)：真正的哲學(xué)是時(shí)代精神的精華。

馬克思主義哲學(xué)與具體科學(xué)是一般與個(gè)別的關(guān)系，二者之間存在著既相互區(qū)別又相互聯(lián)系的辯證統(tǒng)一關(guān)系。它們之間的區(qū)別表現(xiàn)在：具體科學(xué)以世界某一特殊領(lǐng)域的具體規(guī)律為自己的研究對(duì)象，因而其理論具有個(gè)別性和特殊性；馬克思主義哲學(xué)以包括自然、社會(huì)和人類思維在內(nèi)的整個(gè)世界的最一般規(guī)律作為自己的研究對(duì)象，因而其理論具有一般性和普遍性。它們之間的聯(lián)系表現(xiàn)在：一方面，馬克思主義哲學(xué)以具體科學(xué)為基礎(chǔ)，沒(méi)有具體科學(xué)的發(fā)展，馬克思主義哲學(xué)既不可能產(chǎn)生，也不可能發(fā)展；另一方面，具體科學(xué)以馬克思主義哲學(xué)為指導(dǎo)，馬克思主義哲學(xué)為具體科學(xué)的研究提供正確的世界觀和方法論。

2 分層DFD體現(xiàn)了抽象和分解的關(guān)系（Hierarchical

DFD embodies the relation between abstraction

and decomposition）

抽象和分解是兩種相互區(qū)別又相互聯(lián)系的思維方式。所謂分解，就是面向高層對(duì)其按某種方式從思維、邏輯或功能上進(jìn)行分解，使其一分為幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立的模塊。所謂抽象，是面向底層，隱藏低層的各種差異和復(fù)雜實(shí)現(xiàn)，向高層提供一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)或接口。在生活中，這種分解與抽象的概念也革新了我們的思維習(xí)慣。面對(duì)一個(gè)問(wèn)題，我們現(xiàn)在的習(xí)慣是，把它化成一個(gè)個(gè)小的整體，再分而治之，再歸納總結(jié)，找出其中的共性。或者先從一個(gè)基本內(nèi)核做起，再層層抽象擴(kuò)展，最終達(dá)到自己的目標(biāo)。

抽象是指忽略一個(gè)問(wèn)題中與當(dāng)前目標(biāo)無(wú)關(guān)的那些方面，以便更充分地關(guān)注與當(dāng)前目標(biāo)有關(guān)的方面。在求解一個(gè)復(fù)雜問(wèn)題時(shí)，可以有許多抽象級(jí)別。例如，欲用計(jì)算機(jī)解決一個(gè)復(fù)雜的應(yīng)用問(wèn)題，開(kāi)發(fā)人員首先將該應(yīng)用問(wèn)題抽象成一個(gè)計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)。在這個(gè)抽象層次上，可以忽略應(yīng)用問(wèn)題內(nèi)部的復(fù)雜性，只關(guān)注整個(gè)軟件系統(tǒng)與外界的聯(lián)系，即軟件系統(tǒng)的輸入和輸出。然后，將這個(gè)大而復(fù)雜的問(wèn)題分解成若干個(gè)較小的問(wèn)題（如子系統(tǒng)或功能），每個(gè)較小的問(wèn)題又可分解成若干個(gè)更小的問(wèn)題（如功能或子系統(tǒng)）。如此自頂向下一層一層地分解下去，直到每個(gè)最底層的問(wèn)題都足夠簡(jiǎn)單為止。這樣，一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題也就迎刃而解了。自頂向下逐層分解充分體現(xiàn)了分解和抽象的原則。隨著分解層數(shù)的增加，抽象級(jí)別也越來(lái)越低，即越接近問(wèn)題的解。自頂向下的過(guò)程是分解的過(guò)程，自底向上的過(guò)程是抽象的過(guò)程。

功能建模的思想就是用抽象模型的概念，按照軟件內(nèi)部數(shù)據(jù)傳遞、變換的關(guān)系，自頂向下逐層分解，直到找到滿足功能要求的所有可實(shí)現(xiàn)的軟件為止[3]。功能模型用數(shù)據(jù)流圖來(lái)描述。對(duì)于稍微復(fù)雜一些的實(shí)際問(wèn)題，在數(shù)據(jù)流圖上常常出現(xiàn)十幾個(gè)甚至幾十個(gè)加工，這樣的數(shù)據(jù)流圖看起來(lái)不直觀，不易理解，分層的數(shù)據(jù)流圖能很好地解決這一問(wèn)題。按照系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行逐步分解，并以分層的數(shù)據(jù)流圖反映這種結(jié)構(gòu)關(guān)系，能清楚地表達(dá)和容易理解整個(gè)系統(tǒng)。圖1為數(shù)據(jù)流圖的分層示意圖。對(duì)頂層數(shù)據(jù)流圖中所表示的系統(tǒng)進(jìn)行功能分解得到一層數(shù)據(jù)流圖，對(duì)一層數(shù)據(jù)流圖中的功能進(jìn)一步分解得到二層數(shù)據(jù)流圖，以此類推。

3 分級(jí)表示的CMMI與量變質(zhì)變規(guī)律（The

hierarchical representation of CMMI and the

quantitative and qualitative rhythms）

世界上任何事物都是質(zhì)與量的矛盾統(tǒng)一體，而一切事物又總是處于不斷的運(yùn)動(dòng)、變化和發(fā)展的狀態(tài)中。因此，事物的發(fā)展、變化必然呈現(xiàn)出量變和質(zhì)變兩種狀態(tài)[4]。量變轉(zhuǎn)化為質(zhì)變，質(zhì)變又引起新的量變，如此循環(huán)往復(fù)以至無(wú)窮，把事物推向前進(jìn)，這就是事物發(fā)展的一般過(guò)程。

所謂量變就是事物量的規(guī)定性的變化。包括事物在數(shù)量上的增減以及各個(gè)組成成分在空間排列次序上的變化、程度的加強(qiáng)或削弱、結(jié)構(gòu)的復(fù)雜或簡(jiǎn)單、個(gè)別屬性的變化等等。凡是沒(méi)有引起事物根本性質(zhì)改變的一切變化都是量變。量變和質(zhì)變是對(duì)立的范疇，量變就是非質(zhì)變。所謂質(zhì)變就是事物質(zhì)的規(guī)定性的變化，是事物根本性質(zhì)的變化，是漸進(jìn)過(guò)程的中斷，是由一種質(zhì)態(tài)向另一種質(zhì)態(tài)的轉(zhuǎn)化。

量變和質(zhì)變的辯證關(guān)系：①任何事物的變化總是在一定質(zhì)的基礎(chǔ)上先從量變開(kāi)始的。②量變積累到一定程度必然引起質(zhì)變。量變是質(zhì)變的必要準(zhǔn)備，質(zhì)變是量變的必然結(jié)果。③質(zhì)變又會(huì)引起新的量變。一方面，質(zhì)變體現(xiàn)著量變的結(jié)果；另一方面，質(zhì)變又為新的量變開(kāi)辟道路。④量變可以轉(zhuǎn)化為質(zhì)變，質(zhì)變又可以轉(zhuǎn)化為量變。如此循環(huán)往復(fù)，以至無(wú)窮，體現(xiàn)著事物的永恒的變化和發(fā)展。

分級(jí)表示的成熟度等級(jí)（Maturity Level，ML）給出了軟件組織按規(guī)定的過(guò)程改進(jìn)如何從成熟度低的等級(jí)逐步向更高的等級(jí)發(fā)展[5]，共有五個(gè)組織成熟度等級(jí)，這些等級(jí)如圖2所示。五個(gè)等級(jí)均規(guī)定了所包含的過(guò)程域（Process Area，PA）。

分級(jí)表示為實(shí)施過(guò)程改進(jìn)的組織規(guī)定了既定的軟件能力成熟度提升的路徑，即從初始級(jí)開(kāi)始逐級(jí)提升。而每個(gè)等級(jí)均規(guī)定了相關(guān)的一組過(guò)程域，如圖3所示。圖中除第一級(jí)以外，每個(gè)等級(jí)上給出了每一組過(guò)程域名稱的英文字縮寫(xiě)。

軟件組織按CMMI分級(jí)表示規(guī)定的成熟度等級(jí)，逐級(jí)攀登就能從低級(jí)到高級(jí)一步步地成熟起來(lái)。每一個(gè)等級(jí)都要經(jīng)歷量變到質(zhì)變的過(guò)程，每個(gè)等級(jí)包含多個(gè)過(guò)程域，每完成一個(gè)過(guò)程域都是量變的積累，完成一個(gè)等級(jí)的所有過(guò)程域就達(dá)到了質(zhì)變的臨界點(diǎn)。軟件組織的軟件開(kāi)發(fā)能力就躍升了一個(gè)級(jí)別，又在一個(gè)新的高度開(kāi)始了量變的積累。

事物的發(fā)展是從低級(jí)到高級(jí)、簡(jiǎn)單到復(fù)雜的新陳代謝的過(guò)程；是由低層次的平衡逐步上升為高層次的平衡的過(guò)程。事物的運(yùn)動(dòng)平衡有低層次的平衡和高層次的平衡之分，實(shí)現(xiàn)由低層次的平衡組合向高層次的平衡組合轉(zhuǎn)化過(guò)程就是事物的發(fā)展過(guò)程。在這個(gè)轉(zhuǎn)化過(guò)程中，事物先由低層次的平衡→不平衡（某一方面進(jìn)步了、或某一部分突破了）→高一層次的平衡（其余方面的遞進(jìn)的相互跟上）→再到不平衡→……更高層次的平衡。

4 黑盒測(cè)試中的因果圖方法與原因和結(jié)果的辯證

關(guān)系（Causality diagram in black box testing and

the dialectical relationship between the cause and

the effect）

原因和結(jié)果是揭示事物的前后相繼、彼此制約的關(guān)系范疇?？陀^世界到處都存在著引起與被引起的普遍關(guān)系，唯物辯證法把這種引起與被引起的關(guān)系，稱為因果關(guān)系或因果聯(lián)系。其中，引起某一種現(xiàn)象的現(xiàn)象叫做原因，而被某種現(xiàn)象所引起的現(xiàn)象叫做結(jié)果。

原因和結(jié)果之間的關(guān)系是既對(duì)立又統(tǒng)一的關(guān)系[6]。首先，原因和結(jié)果是對(duì)立的。在具體的因果聯(lián)系中，原因就是原因，結(jié)果就是結(jié)果，二者不能混淆和顛倒。這是原因和結(jié)果區(qū)別的確定性。其次，原因和結(jié)果又是統(tǒng)一的，表現(xiàn)在：第一，原因和結(jié)果是相互依存的。第二，原因和結(jié)果在一定條件下相互轉(zhuǎn)化。第三，原因和結(jié)果是相互作用的。

任何事物都處于因果聯(lián)系之中，原因和結(jié)果既嚴(yán)格區(qū)別，又密切聯(lián)系；因果聯(lián)系具有普遍性、客觀性。這就要求我們?cè)谡J(rèn)識(shí)事物時(shí)，既要看到它的產(chǎn)生是有客觀原因的，又要看到它還會(huì)引起一定的結(jié)果。承認(rèn)因果聯(lián)系的普遍性和客觀性，是人們正確認(rèn)識(shí)事物，進(jìn)行科學(xué)研究的前提；正確把握事物的因果聯(lián)系，才能提高人們實(shí)踐活動(dòng)的自覺(jué)性和預(yù)見(jiàn)性。只有找出某一事物或現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，才能認(rèn)識(shí)其本質(zhì)和規(guī)律，提出解決問(wèn)題的有效方法。

因果圖方法是一種幫助人們系統(tǒng)地選擇一組高效測(cè)試用例的方法，它既考慮了輸入條件的組合關(guān)系，又考慮了輸出條件對(duì)輸入條件的依賴關(guān)系，即因果關(guān)系，其測(cè)試用例發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的效率比較高[7]。

用因果圖設(shè)計(jì)測(cè)試用例的步驟：

（1）分割功能說(shuō)明書(shū)。

將輸入條件分成若干組，然后分別對(duì)每個(gè)組使用因果圖，這樣可減少輸入條件組合的數(shù)目。

（2）識(shí)別“原因”和“結(jié)果”，并加以編號(hào)。

“原因”是指輸入條件或輸入條件的等價(jià)類；“結(jié)果”是指輸出條件或系統(tǒng)變換。每個(gè)原因和結(jié)果都對(duì)應(yīng)于因果圖中的一個(gè)結(jié)點(diǎn)，當(dāng)原因或結(jié)果成立（或出現(xiàn)）時(shí)，相應(yīng)的結(jié)點(diǎn)的值為1，否則為0。

（3）根據(jù)功能說(shuō)明中規(guī)定的原因與結(jié)果之間的關(guān)系畫(huà)出因果圖。

圖中左邊的結(jié)點(diǎn)表示原因，右邊的結(jié)點(diǎn)表示結(jié)果。畫(huà)因果圖時(shí)原因在左，結(jié)果在右，由上向下排列，并根據(jù)功能說(shuō)明中規(guī)定的原因和結(jié)果之間的關(guān)系，用上述符號(hào)連接起來(lái)。必要時(shí)還可以引入一些中間結(jié)點(diǎn)。

（4）根據(jù)功能說(shuō)明在因果圖中加上約束條件。

由于原因②與③，④與⑤不能同時(shí)發(fā)生，分別加上約束條件E。

（5）根據(jù)因果圖畫(huà)出判定表。

列出滿足約束條件的所有原因組合，寫(xiě)出每種原因組合下的結(jié)果（如有的話）。

（6）為判定表的每一列設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)試用例。

圖4為飲料自動(dòng)售貨機(jī)因果圖，表1為節(jié)點(diǎn)含義，表2：由因果圖畫(huà)出的判定表。圖中陰影部分表示不可能出現(xiàn)的原因條件組合，此外當(dāng)原因②、③、④、⑤均為0時(shí)，表示既沒(méi)有投硬幣也沒(méi)有押按鈕，此時(shí)表示售貨機(jī)處于無(wú)人使用狀態(tài)，因此也不必為它們?cè)O(shè)計(jì)測(cè)試用例。

5 項(xiàng)目管理的本質(zhì)與聯(lián)系的普遍性原理（The

essence of project management and the general

principle of contact）

所謂聯(lián)系，就是事物之間以及事物內(nèi)部諸要素之間的相互影響、相互制約和相互作用。聯(lián)系是普遍的。世界上一切事物都與周?chē)渌挛镉兄@樣或那樣的聯(lián)系[8]。世界是一個(gè)普遍聯(lián)系的有機(jī)整體，是一幅由種種聯(lián)系交織起來(lái)的豐富多彩的畫(huà)面，其中沒(méi)有一個(gè)事物是孤立存在的。聯(lián)系的普遍性原理要求我們要用聯(lián)系的觀點(diǎn)看問(wèn)題，既要看到事物之間的聯(lián)系，又要看到事物內(nèi)部諸要素之間的聯(lián)系。

項(xiàng)目管理的目標(biāo)，就是以最小的代價(jià)（成本和資源）最大限度地滿足軟件用戶或客戶的需求和期望，也就是協(xié)調(diào)好質(zhì)量、任務(wù)、成本和進(jìn)度等要素相互之間的沖突，獲取平衡。概況地說(shuō)，項(xiàng)目管理的本質(zhì)，就是在保證質(zhì)量的前提下，尋求任務(wù)、時(shí)間和成本三者之間的最佳平衡[9]，如圖5所示。

項(xiàng)目三要素：任務(wù)、時(shí)間和成本之間是相互影響、相互制約和相互作用的關(guān)系。在一個(gè)項(xiàng)目中，一般說(shuō)任務(wù)、時(shí)間和成本中的某項(xiàng)是確定的，其他兩項(xiàng)是可變的。這樣，我們就可控制不變項(xiàng)，對(duì)可變項(xiàng)采取措施，保證項(xiàng)目達(dá)到預(yù)期效果。例如，產(chǎn)品質(zhì)量是不變的，要有足夠的時(shí)間和成本投入去保證產(chǎn)品的質(zhì)量。但同時(shí)市場(chǎng)決定產(chǎn)品，時(shí)間受到嚴(yán)格限制，這時(shí)，如果要保證產(chǎn)品的功能得到完整的實(shí)現(xiàn)，就必須有足夠的成本投入（人力資源、硬件資源等）。如果成本也受到限制，就不得不減少功能，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的主要功能。

6 結(jié)論（Conclusion）

軟件工程知識(shí)中蘊(yùn)涵了豐富的哲學(xué)思想，讓學(xué)生掌握這些哲學(xué)思想，對(duì)學(xué)生深刻理解并靈活運(yùn)用軟件工程知識(shí)，激發(fā)學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力，意義重大[10]。本文采擷了軟件工程理論中一些簡(jiǎn)單的現(xiàn)象進(jìn)行哲學(xué)分析，旨在幫助大家進(jìn)一步理解軟件工程理論的思想精髓。其實(shí)軟件工程中許多現(xiàn)象都和哲學(xué)思想相關(guān)，如：軟件設(shè)計(jì)方法的改變中體現(xiàn)了唯物辯證法中發(fā)展的觀點(diǎn)。大型軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中資金、開(kāi)發(fā)時(shí)間、開(kāi)發(fā)人員之間的辯證聯(lián)系。需求設(shè)計(jì)和具體編碼是原因和結(jié)果的辯證關(guān)系。軟件維護(hù)過(guò)程中體現(xiàn)矛盾的斗爭(zhēng)性。軟件功能和底層代碼之間是現(xiàn)象和本質(zhì)的關(guān)系等等。這些都將是下一步研究的重點(diǎn)目標(biāo)。從哲學(xué)的角度講，人們更希望用軟件工程理論來(lái)改造世界而不僅僅是認(rèn)識(shí)世界。

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作者簡(jiǎn)介：

王中華（1976-），男，碩士，講師.研究領(lǐng)域：Petri網(wǎng)理論及

應(yīng)用，軟件工程.

汪文彬（1969-），男，碩士，副教授.研究領(lǐng)域：算法分析.