結(jié)構(gòu)化思維在軟件需求分析和描述中的應(yīng)用

文/葛晨 李洋

結(jié)構(gòu)化思維在軟件需求分析和描述中的應(yīng)用

文/葛晨 李洋

將結(jié)構(gòu)化思維方法面向整體、循序漸進(jìn)、逐步求精的認(rèn)知結(jié)構(gòu)與軟件需求分析和描述相結(jié)合，分層次由上至下、逐步細(xì)化地對(duì)軟件需求進(jìn)行描述，定義軟件需求類型和需求元素，構(gòu)建軟件需求結(jié)構(gòu)化的層次結(jié)構(gòu)和模型，建立需求分析的模板，支持軟件需求的分析和編寫(xiě)，并結(jié)合顯示軟件的需求分析和描述過(guò)程進(jìn)行了應(yīng)用實(shí)踐，驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)化思維與軟件需求分析相結(jié)合開(kāi)展軟件需求分析的有效性。

需求分析 結(jié)構(gòu)化思維 需求描述層次結(jié)構(gòu) 顯示

1 引言

各種應(yīng)用軟件改變了人們感知外界、使用工具等日常生活的方式，軟件研發(fā)既有成功的項(xiàng)目，也不乏因需求分析不充分而未正確傳遞需求而出現(xiàn)返工最終超出預(yù)算的案例。在過(guò)去十年中越來(lái)越多的人認(rèn)識(shí)到軟件需求分析是整個(gè)軟件研發(fā)過(guò)程中最關(guān)鍵的一個(gè)過(guò)程，針對(duì)軟件需求分析開(kāi)展了諸多研究與探索。

軟件需求分析是面向整體地啟發(fā)性思維過(guò)程，從問(wèn)題的多個(gè)層次、多個(gè)因素和角度共同完成對(duì)用于需求的分析。結(jié)構(gòu)化思維能站在整體的角度，遵循啟發(fā)性的原則，把復(fù)雜問(wèn)題的求解過(guò)程分層次分類進(jìn)行，由上至下，逐步細(xì)化，結(jié)構(gòu)化思維符合軟件需求分析的思維模式。

本文分析目前軟件需求分析和描述的相關(guān)研究，針對(duì)現(xiàn)有軟件需求分析過(guò)程中的不足，將結(jié)構(gòu)化思維方法與軟件需求分析相結(jié)合，按照分層分類的原則定義軟件需求的需求類型，結(jié)合不同類型的需求特點(diǎn)定義能夠描述該類需求的需求元素，建立軟件需求結(jié)構(gòu)化的層次結(jié)構(gòu)和模型，建立需求的分析模板，支持需求分析和編寫(xiě)，使需求有效向下游研發(fā)過(guò)程中傳遞。

圖1：軟件需求組成的結(jié)構(gòu)化分析

圖2：需求的三層結(jié)構(gòu)

圖3：軟件需求實(shí)體關(guān)系模型

2 需求分析和結(jié)構(gòu)化思維應(yīng)用研究的現(xiàn)狀

在軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)中，軟件需求分析是軟件開(kāi)發(fā)周期非常重要的一步，針對(duì)軟件需求分析從需求分析、需求表達(dá)等方面開(kāi)展了相關(guān)研究。文獻(xiàn)[1]闡述了“訪談式”階段、“誘導(dǎo)式”階段、“確認(rèn)式”階段的軟件需求分析三步法，改進(jìn)需求捕獲和確認(rèn)過(guò)程；文獻(xiàn)[3]結(jié)合面向?qū)ο蠛兔嫦虮倔w的技術(shù)，通過(guò)對(duì)象和對(duì)象之間的關(guān)系描述需求，通過(guò)形式化語(yǔ)言表達(dá)需求；文獻(xiàn)[4]將形式化方法應(yīng)用于軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程的早期階段。

結(jié)構(gòu)化思維能站在整體角度，遵循啟發(fā)性的原則分解問(wèn)題，循序漸進(jìn)、逐步求精，全面完整地對(duì)問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)思考和解決，在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。文獻(xiàn)[5]將結(jié)構(gòu)化思維應(yīng)用到課程教學(xué)中，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分析，建立結(jié)構(gòu)化的基本知識(shí)結(jié)構(gòu)；文獻(xiàn)[6]將結(jié)構(gòu)化方法應(yīng)用于管理制度的制定過(guò)程中，建立了模塊化、易維護(hù)、可拓展制度。知識(shí)的梳理、制度的制定與需求分析過(guò)程類似，都是面向整體、自上向下分析分解、逐步求精的解決問(wèn)題的方式，能夠?qū)⒔Y(jié)構(gòu)化思維應(yīng)用于需求分析過(guò)程中。

針對(duì)需求分析和需求描述已開(kāi)展了相關(guān)的研究，取得了一定的進(jìn)展，但仍需將軟件需求分析和具體需求描述進(jìn)一步結(jié)合，形成一個(gè)完整的支持需求分析的方法。本文將結(jié)構(gòu)化思維應(yīng)用于需求分析過(guò)程，形成從需求分析到需求描述的過(guò)程方法，支持軟件需求分析。

3 軟件需求分析中的結(jié)構(gòu)化思維

結(jié)合結(jié)構(gòu)化思維的面向整體、自上向下分類分析、逐步求精的思想，針對(duì)軟件需求自上向下整理軟件需求類型和需求元素，建立結(jié)構(gòu)化需求結(jié)構(gòu)和模型，形成管理軟件需求的模板，用于軟件需求分析。

3.1 軟件需求信息結(jié)構(gòu)化分析

軟件需求包括不同類型的不同數(shù)量的軟件需求。軟件需求一般包括功能需求、性能需求等，功能需求又可以分為用于要求的功能需求和派生出來(lái)的可靠性、安全性、保密性等需求。功能需求還可以根據(jù)需求類型的差異進(jìn)一步分類，如控制需求、顯示需求等，不同需求具有不同的特點(diǎn)，各類需求共同構(gòu)成軟件需求的完整內(nèi)容。

各類軟件需求可通過(guò)不同類型的不同數(shù)量的需求元素來(lái)定義。每類需求關(guān)注的需求元素存在差異，如時(shí)間性能需求關(guān)注運(yùn)行周期、時(shí)間余量等，空間性能需求關(guān)注存儲(chǔ)空間、存儲(chǔ)余量，控制需求關(guān)注觸發(fā)條件、輸入?yún)?shù)、處理過(guò)程、輸出參數(shù)等，顯示需求關(guān)注圖形的位置、顏色、尺寸、線型、線框、組成的符號(hào)、字體、字號(hào)等。

因此，軟件需求最終由各種類型需求的需求元素組成，需求元素是軟件需求的基本單元。如圖1所示，每行表示需求元素組成一類需求的一條需求，橫截面的立方體表示一類需求的集合，整個(gè)空間表示由多類需求共同構(gòu)成的整個(gè)軟件的完整需求。

3.2 層次結(jié)構(gòu)和模型的建立

根據(jù)上述結(jié)構(gòu)化分析，可以建立如圖 2所示的三層軟件需求，第1層為軟件需求，第2層為軟件的各種需求類型，第3層為軟件需求元素，即軟件需求由不同類型的軟件需求組成，每類軟件需求由各自類型的需求元素描述。

軟件需求與需求類型的實(shí)例是1對(duì)多的關(guān)系，即每個(gè)軟件的軟件需求可以包含多個(gè)類型的多個(gè)軟件需求實(shí)例，每個(gè)需求實(shí)例可以關(guān)聯(lián)各自的多種需求元素，需求實(shí)例和各自的需求元素是1對(duì)多的關(guān)系，如圖 3所示的實(shí)體關(guān)系模型。

3.3 基于層次結(jié)構(gòu)和模型的需求管理

圖4：顯示軟件需求分析模板

圖5：顯示軟件需求分析

基于建立的層次結(jié)構(gòu)和實(shí)體關(guān)系模型，能夠建立存儲(chǔ)和管理軟件需求的模板。表格是能夠表達(dá)結(jié)構(gòu)化思維的有效工具，同時(shí)能夠反映表格內(nèi)各屬性元素的關(guān)系，圖形符號(hào)和顯示畫(huà)面是顯示軟件的典型需求，本文結(jié)合顯示軟件的需求分析，總結(jié)了顯示軟件的圖形符號(hào)和顯示畫(huà)面的兩類需求，并定義了描述需求的元素，建立了顯示軟件的圖形符號(hào)和顯示畫(huà)面的需求分析表格如圖 4所示，在進(jìn)行顯示軟件需求分析時(shí)按模板填寫(xiě)需求元素，完成顯示軟件圖形符號(hào)和顯示畫(huà)面的需求分析。

4 結(jié)構(gòu)化軟件需求分析的應(yīng)用

在本文的研究中以顯示軟件中典型的顯示畫(huà)面和圖形符號(hào)的需求分析為例，應(yīng)用顯示軟件需求分析模板，進(jìn)行結(jié)構(gòu)化需求分析的應(yīng)用驗(yàn)證。根據(jù)總結(jié)分析形成的顯示圖符需求分析表格和顯示畫(huà)面需求分析表格的模板，對(duì)姿態(tài)畫(huà)面、地平儀進(jìn)行需求分析，結(jié)果如圖 5所示，得到了顯示畫(huà)面和地平儀顯示需求的需求元素，通過(guò)需求元素完成需求的描述，向下游設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和測(cè)試傳遞信息。

5 結(jié)論

本文將結(jié)構(gòu)化思維模式應(yīng)用于軟件需求分析，結(jié)合結(jié)構(gòu)化思維面向整體、自上向下分類分析、逐步求精的思想，建立了包括軟件需求、需求類型、需求元素的三層需求結(jié)構(gòu)，并建立了各層對(duì)象的實(shí)體關(guān)系模型，基于層次結(jié)構(gòu)和模型建立了存儲(chǔ)和管理需求的需求分析模板，并通過(guò)顯示軟件的典型需求進(jìn)行了初步應(yīng)用驗(yàn)證，支持軟件需求的分析和描述。結(jié)合結(jié)構(gòu)化的軟件需求分析方法，進(jìn)一步歸納各類軟件的需求類型和需求元素，能夠用于更多軟件的需求分析。

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作者單位中國(guó)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所 江西省景德鎮(zhèn)市333001

葛晨（1985-），男，黑龍江省佳木斯市人。碩士學(xué)位?，F(xiàn)為中國(guó)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所工程師。主要研究方向?yàn)闄C(jī)載嵌入式軟件研發(fā)。李洋（1991-），女，吉林省吉林市人。碩士學(xué)位?，F(xiàn)為中國(guó)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所工程師。主要研究方向?yàn)闄C(jī)載嵌入式軟件研發(fā)。