第11章面向問題域的

需求分析方法

目錄問題域的劃分問題框架11-211-311-411-511-6PDOA方法的分析步驟問題框架實(shí)例間的關(guān)系及其組合需求測試11-1問題域11-1問題域問題域的定義所謂問題域是指與問題相關(guān)的部分現(xiàn)實(shí)世界。問題域和問題相互依存，問題處于一定的問題域之中，脫離了問題域，問題就無法存在。問題域也是與特定的問題相關(guān)的現(xiàn)實(shí)世界,脫離特定的問題考慮純粹的問題域沒有任何意義。如圖所示，上面的三種描述橫跨兩種類型的域:需求分析文檔全部包含在問題域中，與機(jī)器域無關(guān);程序作用在機(jī)器域中，與問題域無關(guān);而規(guī)格說明文檔描述問題域與機(jī)器域之間的接口。這三類描述除所處的域類型、關(guān)注的內(nèi)容不同外，相互之間也存在一定的關(guān)系,即需求規(guī)格說明文檔可以看作是把需求分析文檔轉(zhuǎn)換為接口處的描述,程序則是使計(jì)算機(jī)按需求規(guī)格說明文檔中所描述的那樣運(yùn)行。11-1問題域11-2問題域的劃分對于復(fù)雜問題的分析，一般的做法是采用“分而治之”的策略。人們一般采用層次式功能分解的方法。1.確定系統(tǒng)所需的各項(xiàng)功能；2.若某些（或個(gè)）功能對應(yīng)于一個(gè)足夠小的具體實(shí)現(xiàn)單元，則由該實(shí)現(xiàn)單元直接實(shí)現(xiàn)這些（或個(gè)）功能；3.否則，把功能分解為一系列子功能，并重復(fù)步驟2和3，直到所有子功能可分別對應(yīng)一個(gè)足夠小的具體實(shí)現(xiàn)單元。11-2問題域的劃分層次式分解方法的不足把高層功能分解成子功能的方式可能有多種，但沒有任何方法可以提前告知這些分解方式中哪一個(gè)好或哪一個(gè)差，直到進(jìn)入實(shí)現(xiàn)階段時(shí)才可評價(jià)所采用的分解方式是否恰當(dāng)，而此時(shí)分解活動(dòng)早已結(jié)束。

分治策略并行劃分：將每個(gè)子問題看成是整個(gè)問題的一個(gè)投影，通過不同角度的投影，將整個(gè)問題分解為一系列相互關(guān)聯(lián)的子問題。其中子問題的需求是整個(gè)需求的一個(gè)投影，它的接口也是整個(gè)問題接口的一個(gè)投影。同時(shí)，在劃分子問題的過程中，以已知解決方案的問題或以已知解決方案的相似問題為導(dǎo)向，來對未知解決方案的整個(gè)待求解問題進(jìn)行恰當(dāng)?shù)姆治龊蛣澐?。M.Jackson提出的并行劃分11-2問題域的劃分11-3問題框架軟件開發(fā)的五類問題需求式行為問題、命令式行為問題、信息顯示問題、工件問題和變換問題。M.Jackson對每類基本問題的基本性質(zhì)、所涉及問題域的類型、每類問題所涉及的問題域、用戶需求和機(jī)器域之間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、應(yīng)滿足的關(guān)系及其性質(zhì)等進(jìn)行了研究,提出了這五類基本問題對應(yīng)的五個(gè)不同的基本問題框架，并將這些問題框架用于對每種類型的基本問題進(jìn)行描述和需求建模,同時(shí)對每個(gè)基本問題框架的可能變體進(jìn)行了研究。11-3問題框架問題框架是一種模式，它捕獲并定義了常見的簡單子問題的類型。問題框架的作用類似于設(shè)計(jì)模式,只是前者用于問題的分析和描述,后者用于解決方案的設(shè)計(jì)。11-4問題框架的類型對軟件系統(tǒng)進(jìn)行了各種分類,試圖為同類型軟件的開發(fā)提供有益的指南或方法。常見的分類方式如:按系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件分類，進(jìn)一步將后者劃分為商業(yè)軟件和工程軟件兩類。按批處理系統(tǒng)/脫機(jī)系統(tǒng)、交互系統(tǒng)和實(shí)時(shí)系統(tǒng)等分類。按以數(shù)據(jù)處理為主的系統(tǒng)、交互為主的系統(tǒng)和算法為主的系統(tǒng)等分類。問題框架可根據(jù)問題域特征、接口特征和需求特征定義一個(gè)直觀的、可標(biāo)識的問題類。對于上面所提及的五類基本問題，可以用五個(gè)不同的基本問題框架分別進(jìn)行描述。在形式上，一個(gè)問題框架類似于一個(gè)問題圖。與問題圖稍微不同的是,問題框架中對每個(gè)域1的類型與共享現(xiàn)象的類型都進(jìn)行了描述。問題框架不對應(yīng)具體問題,其中的組成元素也不具有任何實(shí)際的意義。具體應(yīng)用一個(gè)問題框架于某個(gè)實(shí)際問題稱為實(shí)例化該問題框架,實(shí)例化后的結(jié)果稱為問題框架實(shí)例。11-4問題框架的類型軟件系統(tǒng)的分類需求式的行文問題框架的直觀思想：存在客觀世界的某個(gè)部分，其行為要受到控制，以使得它滿足特定的條件。問題是要建立一個(gè)機(jī)器，該機(jī)器施加所需要的控制。

11-4問題框架的類型需求式行為問題框架

在需求式行為問題中,實(shí)際受控制的域也可能并不直接與控制機(jī)器相連,而是通過其他的連接域進(jìn)行橋接，這是需求式行為問題框架的一種變體。如下圖所示:命令式的行為問題框架的直觀思想：存在客觀世界的某個(gè)部分，其行為要依據(jù)操作者發(fā)出的命令來控制。問題是要建立一個(gè)機(jī)器，該機(jī)器接受操作者的命令并施加相應(yīng)控制。其問題框架如圖11-5所示。

11-4問題框架的類型命令式行為問題框架信息顯示問題框架的直觀思想：存在客觀世界的某個(gè)部分，關(guān)于其狀態(tài)和行為的特定信息被連續(xù)的需要。問題是要建立一個(gè)機(jī)器，該機(jī)器從客觀世界中獲得相關(guān)信息，并按所要求的格式呈現(xiàn)在所要求的地方。其問題框架如圖11-6所示。

11-4問題框架的類型信息顯示問題框架除帶連接域的變體外,信息顯示問題框架還有兩種常見的變體。第一種變體引進(jìn)一個(gè)模型域,并將信息顯示問題框架用兩個(gè)子框架表示,其中第一個(gè)子框架對現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行建模，生成一個(gè)反映現(xiàn)實(shí)世界的模型域;

第二個(gè)子框架基于該模型域顯示需求中所要求的信息，如圖所示：信息顯示問題框架的其他兩種變體11-4問題框架的類型第二種變體是引進(jìn)一個(gè)操作者域,機(jī)器根據(jù)操作者所發(fā)出的請求顯示現(xiàn)實(shí)世界中的相關(guān)信息，如下圖所示。11-4問題框架的類型信息顯示問題框架的其他兩種變體工件問題框架工作問題框架的直觀思想：需要一個(gè)工具，讓用戶創(chuàng)建并編輯特定類型的計(jì)算機(jī)可處理的文本或圖形對象或簡單結(jié)構(gòu)，以便它們隨后能被拷貝、打印、分析或按其它方式使用。問題是要建立一個(gè)機(jī)器，該機(jī)器可以充當(dāng)這個(gè)工具。其問題框架如圖11-9所示。11-4問題框架的類型變換問題框架變換問題框架的直觀思想是：存在一些計(jì)算機(jī)可讀的輸入文件，其數(shù)據(jù)必須變換，以給出所需要的特定輸出文件。輸出數(shù)據(jù)必須遵守特定的格式,按照特定的規(guī)則從輸入數(shù)據(jù)中導(dǎo)出。問題是要建立一個(gè)機(jī)器，該機(jī)器從輸入中產(chǎn)生所需要的輸出。其問題框架如圖10-10所示。11-4問題框架的類型11-5PDOA方法的分析步驟PDOA方法的特點(diǎn)將關(guān)注的重點(diǎn)定位在問題及其相關(guān)的問題域上，通過對問題及其問題域進(jìn)行合理的分類，為分析人員提供解決具體問題的相關(guān)指南。同時(shí)從問題域的角度出發(fā)，使用戶能參與整個(gè)需求過程，有利于更直觀和真實(shí)地反映問題域的信息和用戶的需求。PDOA方法的基本過程1.搜集需求信息，界定和描述問題及問題域。2.劃分問題域并開發(fā)相關(guān)問題框架。3.根據(jù)問題框架的類型進(jìn)一步描述問題域的相關(guān)特性。11-5PDOA方法的分析步驟11-5PDOA方法的分析步驟11-5-1問題及問題域的界定與描述傳統(tǒng)的系統(tǒng)分析一般采用上下文圖的形式界定并描述問題及其問題域。上下文圖相當(dāng)于結(jié)構(gòu)化分析方法中的第0層數(shù)據(jù)流圖。它由一個(gè)代表解系統(tǒng)的圓圈、一些對解系統(tǒng)外部可見且與解系統(tǒng)直接相連的域以及相關(guān)的信息流組成。域用矩形框表示，可以是某個(gè)特定的物理實(shí)體、與解系統(tǒng)交互的人，也可以是其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等。采用上下文圖界定問題域的方式實(shí)際上就是對那些解系統(tǒng)外部可見且直接與之相關(guān)的域進(jìn)行標(biāo)識。上下文圖界定并描述整個(gè)問題及其問題域存在的不足：1）只描述了與解系統(tǒng)直接相連的域，而沒有描述與解系統(tǒng)間接相連的其它域，這導(dǎo)致一些對于理解用戶需求、甚至與用戶需求直接關(guān)聯(lián)的域可能會(huì)因此被忽略掉。2）只描述了系統(tǒng)外部可見的域，而沒有描述在系統(tǒng)運(yùn)行后才生成的域；3）只描述了域與解系統(tǒng)之間的關(guān)系，而沒有描述域與域之間的關(guān)系；4）沒有對問題進(jìn)行任何具體的描述。11-5PDOA方法的分析步驟11-5-1問題及問題域的界定與描述以校園通為例，整個(gè)待解決的問題實(shí)際上是開發(fā)一套運(yùn)行在主機(jī)上的軟件系統(tǒng)，使之滿足實(shí)例陳述中所提到的各種要求。通過對該實(shí)例進(jìn)行初步分析，可生成如圖11-11所示的上下文圖。問題圖M.Jackson等認(rèn)為問題及其問題域的界定和描述必須以問題為中心，而不是以解系統(tǒng)為中心，并提出了采用問題圖的形式來界定和描述問題及其問題域。問題圖形式上是由機(jī)器、問題域和需求以及它們之間的關(guān)系組成。描述域與域間關(guān)系的現(xiàn)象描述域與域間關(guān)系的現(xiàn)象可分為事件、實(shí)體、值、狀態(tài)、真值和角色等六種類型。前三種為個(gè)體，后三種為個(gè)體間的關(guān)系。個(gè)體是可以命名且可以區(qū)別于其他個(gè)體的事物；關(guān)系則是一組個(gè)體間的關(guān)聯(lián),它由一定數(shù)量的元組構(gòu)成。在問題圖中，機(jī)器與各個(gè)域之間的共享現(xiàn)象用于描述規(guī)格說明，稱為規(guī)格說明現(xiàn)象。需求與各個(gè)域之間的共享現(xiàn)象用于描述用戶需求,稱為需求現(xiàn)象。PDOA方法的分析步驟11-5校園通的問題圖在校園通系統(tǒng)中，除圖11-11中所標(biāo)識的五個(gè)域外，可以發(fā)現(xiàn)還有其他的一些域和該問題密切相關(guān)。有些和系統(tǒng)間接相連，如學(xué)生域、IC卡域、家長域、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)域、家長手機(jī)域、電話域等;有些則位于系統(tǒng)內(nèi)部，由系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行時(shí)創(chuàng)建,如考勤報(bào)表域、學(xué)生在校表現(xiàn)域、學(xué)生請假記錄域、原始刷卡記錄域等。通過對問題所涉及的域以及域與域、域與機(jī)器、域與需求之間的關(guān)系進(jìn)行深入分析，對校園通可作出如圖11-12所示的問題圖。PDOA方法的分析步驟11-5因?qū)嶋H問題及其問題域的類型和結(jié)構(gòu)各不相同，難以找出一個(gè)通用、精確的方法來劃分所有類型的問題及其問題域，主要依靠系統(tǒng)分析員的經(jīng)驗(yàn)。通常的做法是通過與各基本問題框架及其變體進(jìn)行隨機(jī)匹配，以隨意的方式對相關(guān)問題及其問題域進(jìn)行劃分：(1)由內(nèi)到外的劃分。(2)由外到內(nèi)的劃分。(3)基于節(jié)奏的劃分。此外，還存在其他一些啟發(fā)式的劃分方法，如基于語氣的劃分、基于組合框架的劃分等，讀者可參閱相關(guān)的文獻(xiàn)。

11-5PDOA方法的分析步驟11-5-2基于問題框架的問題域劃分基于各種基本問題框架及其變體，以及前面介紹的劃分方法，對于“校園通問題圖”，可劃分出如下一系列的問題框架實(shí)例。首先，家長可通過電話查詢學(xué)生的各類在校表現(xiàn)，經(jīng)過分析，它可與信息顯示問題框架匹配，如圖11-13所示。校園通問題圖-問題框架實(shí)例11-5PDOA方法的分析步驟圖11-13可看作是圖11-12所示校園通問題的一個(gè)投影，例如圖11-13中的機(jī)器“學(xué)生在校表現(xiàn)查詢器”是圖11-12的機(jī)器“校園通系統(tǒng)”的投影，共享現(xiàn)象d是圖11-12中共享現(xiàn)象n的投影等。故此處通過與信息顯示問題框架的匹配，實(shí)際上達(dá)到了對圖11-12所示的問題進(jìn)行一次劃分的目的。其次，通過與命令式行為問題框架匹配，不難發(fā)現(xiàn)其中存在兩個(gè)命令式行為子問題。第一個(gè)子問題是系統(tǒng)依據(jù)教師的操作命令給學(xué)生家長發(fā)送短信或取消暫未發(fā)出的短信。第二個(gè)子問題是系統(tǒng)依據(jù)學(xué)生的刷卡情況給學(xué)生家長發(fā)送短信，分別如圖11-14a和圖11-14b所示。校園通問題圖-問題框架實(shí)例11-5PDOA方法的分析步驟考勤規(guī)則、學(xué)生請假記錄、學(xué)生在校表現(xiàn)、原始刷卡記錄等均為詞法域，通過與工件問題框架匹配，可找出如下四個(gè)工件子問題:管理員創(chuàng)建并編輯學(xué)校的考勤規(guī)則;教師創(chuàng)建并編輯學(xué)生的請假記錄﹔教師創(chuàng)建并編輯學(xué)生的在校表現(xiàn)信息﹔系統(tǒng)依據(jù)學(xué)生的刷卡情況創(chuàng)建原始刷卡記錄。分別如圖11-15、圖11-16、圖11-17和圖11-18所示，其中圖11-18是帶連接域的工件問題框架實(shí)例。校園通問題圖-問題框架實(shí)例11-5PDOA方法的分析步驟最后，系統(tǒng)根據(jù)考勤規(guī)則，對學(xué)生的原始刷卡記錄和學(xué)生的請假記錄進(jìn)行匯總，變換生成考勤報(bào)表，剛好與變換問題框架匹配，如圖11-19所示。至此，通過與各基本問題框架及其變體的匹配，將圖11-12所示的校園通問題圖劃分成了圖11-13~圖11-19所示的各具體問題框架實(shí)例，從而實(shí)現(xiàn)了對校園通問題及其問題域的有效劃分。校園通問題圖-問題框架實(shí)例11-5PDOA方法的分析步驟11-6問題框架實(shí)例間的關(guān)系及其組合各問題框架實(shí)例間的關(guān)系由這種并行的劃分所決定。兩個(gè)并行的問題框架實(shí)例可能相互獨(dú)立、互不相關(guān)，也可能相互之間具有一定的關(guān)聯(lián)。對于問題框架實(shí)例的關(guān)聯(lián)，可從靜態(tài)形式和動(dòng)態(tài)交互兩個(gè)方面討論。形式方面:一個(gè)問題框架實(shí)例對應(yīng)一個(gè)問題圖，因而兩個(gè)問題框架實(shí)例在形式上相互關(guān)聯(lián)是指它們所對應(yīng)的問題圖之間相互關(guān)聯(lián)。兩個(gè)問題框架實(shí)例形式上相關(guān)的另一種情況是一個(gè)問題框架實(shí)例所包含的需求，或者說它所對應(yīng)的子問題應(yīng)滿足的需求是另一個(gè)問題框架實(shí)例中的域。交互方面：兩個(gè)問題框架實(shí)例相關(guān)本質(zhì)上是指它們的機(jī)器與機(jī)器之間存在由并行的劃分所引發(fā)的并發(fā)關(guān)系，這類似于兩個(gè)并發(fā)進(jìn)程間的關(guān)系。綜上可見，形式上兩個(gè)問題框架實(shí)例間的關(guān)系可分為三種類型：無關(guān)、具有公共的域、一個(gè)問題框架實(shí)例的需求是另一個(gè)問題框架實(shí)例中的域。

11-6-1問題框架實(shí)例間的關(guān)系11-6問題框架實(shí)例間的關(guān)系及其組合問題框架實(shí)例的組合與基于問題框架劃分問題及其問題域相輔相成，主要考慮在組合各個(gè)獨(dú)立的問題框架實(shí)例時(shí)，如何使不同的問題框架實(shí)例在整體上保持協(xié)調(diào)，從而使它們能與原來的整個(gè)問題及其問題域保持一致。

如果兩個(gè)問題框架實(shí)例在形式上無關(guān)，則它們之間的組合僅是簡單意義上的相加，不存在任何問題需進(jìn)行處理。若一個(gè)需求式行為問題框架實(shí)例與一個(gè)變換問題框架實(shí)例在形式上不存在任何重疊部分,