基于UML的信息系統(tǒng)需求分析模型*

呂冠艷,李?yuàn)^華

(1.山西水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程系,山西 運(yùn)城044004；2.運(yùn)城學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系,山西 運(yùn)城044000)

需求分析是軟件開發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需求分析結(jié)果的好壞直接決定軟件開發(fā)的成敗[1]，如何選擇一種高效的需求分析方法，直接影響待開發(fā)軟件的質(zhì)量。本文在簡(jiǎn)要介紹UML的基礎(chǔ)上，針對(duì)常用需求分析算法存在的不足，提出了一種基于UML的信息系統(tǒng)需求分析模型，實(shí)踐表明，該模型能有效提高軟件開發(fā)的效率和待開發(fā)軟件的質(zhì)量。

1 UML概述

UML是一種編制系統(tǒng)藍(lán)圖的標(biāo)準(zhǔn)化語言，可以實(shí)現(xiàn)大型復(fù)雜系統(tǒng)各種成分描述的可視化，說明并構(gòu)造系統(tǒng)模型并建立各種所需的文檔，是一種定義良好、易于表達(dá)、功能強(qiáng)大且普遍適用的建模語言[2]。

UML對(duì)軟件工程的發(fā)展做出了杰出的貢獻(xiàn)[3]。UML支持從需求分析開始的軟件開發(fā)的全過程。UML通過三類圖形建立系統(tǒng)模型：用例(Use Case)圖、靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖(對(duì)象類圖、對(duì)象圖、組件圖、配置圖)和動(dòng)態(tài)行為圖(順序圖、協(xié)同圖、狀態(tài)圖、活動(dòng)圖)，這些圖可以從不同的抽象角度實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可視化[4]。

UML采用一整套成熟的建模技術(shù)，廣泛地適用于各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。它的各個(gè)模型可以幫助開發(fā)人員更好地理解業(yè)務(wù)流程，建立更可靠、更完善的系統(tǒng)模型。從而使用戶和開發(fā)人員對(duì)問題的描述達(dá)到相同的理解，以減少語義差異，保障分析的正確性。

2 常用需求分析方法及其不足

信息系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是實(shí)際業(yè)務(wù)系統(tǒng)的一種計(jì)算機(jī)模型，因此，信息系統(tǒng)的開發(fā)實(shí)質(zhì)上就是要建立業(yè)務(wù)模型與計(jì)算機(jī)模型系統(tǒng)之間的映射關(guān)系[5]。一個(gè)綜合性的信息系統(tǒng)要支持組織內(nèi)各級(jí)多個(gè)部門的管理，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、規(guī)模龐大。因此，要想開發(fā)出一套高效的系統(tǒng)，首先要進(jìn)行系統(tǒng)的需求分析，根據(jù)需求過程中工作性質(zhì)的不同，信息系統(tǒng)需求分析可分為問題識(shí)別、分析與綜合、編制需求分析文檔、需求評(píng)審四個(gè)階段。

但是，在實(shí)際需求分析過程中，由于信息系統(tǒng)所涉及的信息量非常龐大，以致在需求定義中常常忽略某個(gè)環(huán)節(jié)或環(huán)節(jié)間的必要聯(lián)系，從而出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量低下、開發(fā)周期漫長或遺漏關(guān)鍵功能等問題[6]。

目前比較常用的需求分析方法主要有數(shù)據(jù)流分析法、原型分析法和基于用例的分析法三種。

(1)數(shù)據(jù)流分析法(DFA)

數(shù)據(jù)流分析是建立系統(tǒng)模型的一種主要需求分析方法，它采用分解的策略，將軟件系統(tǒng)抽象為一系列的邏輯加工單元，單元接收輸入數(shù)據(jù)流，加工后使之變換成輸出數(shù)據(jù)流，從而表示出軟件系統(tǒng)的處理內(nèi)容和任務(wù)。但是隨著信息技術(shù)的發(fā)展和企業(yè)業(yè)務(wù)過程的日益龐大復(fù)雜，信息系統(tǒng)復(fù)雜多變，易出錯(cuò)，難維護(hù)。

(2)原型分析法

原型法是指在系統(tǒng)尚不完善時(shí)就呈現(xiàn)給用戶，不斷修改改善，在完善過程中逐漸了解需求，但原型法也存在如下缺陷[7]：①原型的設(shè)計(jì)和修改工作量大,增加了系統(tǒng)的開發(fā)成本；②由于用戶不關(guān)心或不理解原型的概念和實(shí)現(xiàn)，而且存在較大期望，使得與實(shí)際系統(tǒng)差別較大的原型增加了需求分析人員與用戶交流的難度[3]。

(3)基于用例(Use Case)的需求分析法

用例本質(zhì)上是用戶與系統(tǒng)之間為達(dá)到某個(gè)目的而進(jìn)行的某種形式的交互的描述。但是，以用例為中心，從用例開始的需求分析存在如下缺陷：①對(duì)于劃分Use Case的粒度大小、Use Case的分類、Use Case的提取還沒有一個(gè)特定的標(biāo)準(zhǔn)和較好的方法，完全由需求分析人員憑經(jīng)驗(yàn)來掌握，這樣很容易造成系統(tǒng)分析的失誤；②對(duì)于大規(guī)模信息系統(tǒng)，Use Case的定義、分析、審查需要花費(fèi)大量成本，而且不恰當(dāng)?shù)剡x擇Use Case往往給識(shí)別系統(tǒng)中的對(duì)象帶來困難，導(dǎo)致系統(tǒng)的對(duì)象結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，影響系統(tǒng)功能。

3 基于UML的信息系統(tǒng)需求分析模型

針對(duì)上述常用需求分析方法存在的不足，UML作為一種強(qiáng)大的圖形化建模語言，是理想的需求描述和建模分析工具，它對(duì)信息系統(tǒng)的大規(guī)模、復(fù)雜、不斷變化的用戶需求有很強(qiáng)的控制力，為解決人員交流和通信障礙提供了有力的工具[8]。

基于UML的信息系統(tǒng)需求分析模型，不從用例開始進(jìn)行需求分析，而從業(yè)務(wù)流程分析開始，從靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩個(gè)方面對(duì)系統(tǒng)的需求建模，該模型如圖1所示。

(1)相關(guān)人員培訓(xùn)：該模型涉及三類人員：領(lǐng)域?qū)＜摇⒂脩舸怼⑿枨蠓治鰡T。通常情況下，領(lǐng)域?qū)＜液陀脩舸砣鄙儆?jì)算機(jī)方面的知識(shí)，不精通需求分析及建模技術(shù)；需求分析員又缺少用戶的業(yè)務(wù)知識(shí)，不熟悉其業(yè)務(wù)流程，因此，在需求分析前，對(duì)領(lǐng)域?qū)＜液陀脩舸磉M(jìn)行UML知識(shí)的培訓(xùn)，使其了解各種視圖的含義；對(duì)需求分析員進(jìn)行業(yè)務(wù)知識(shí)的培訓(xùn)，使其對(duì)該領(lǐng)域中的一些基本知識(shí)和常用術(shù)語等有所了解[9]。

(2)初始需求的捕獲：通過調(diào)研和建立聯(lián)合分析小組等方式，了解用戶的業(yè)務(wù)流程，進(jìn)而獲取用戶對(duì)系統(tǒng)的最初需求，并用UML活動(dòng)圖對(duì)以用戶業(yè)務(wù)流程為核心的初始用戶需求進(jìn)行描述[10]。

圖1 基于UML的信息系統(tǒng)需求分析模型

(3)用例模型的創(chuàng)建：分析步驟(2)所得活動(dòng)圖中每個(gè)活動(dòng)的參與者，找出該活動(dòng)中與之相對(duì)應(yīng)的動(dòng)作，二者形成一個(gè)用例。通過確定系統(tǒng)邊界和分析活動(dòng)的轉(zhuǎn)移，刪除多余的用例，合并相同的用例，填補(bǔ)遺漏的用例；采用活動(dòng)圖的泳道技術(shù)對(duì)用例進(jìn)行集成，形成一個(gè)完整的用例模型。

(4)動(dòng)態(tài)模型、靜態(tài)模型的創(chuàng)建：分析步驟(2)所得活動(dòng)圖中每個(gè)活動(dòng)所涉及到的對(duì)象及對(duì)象之間的關(guān)系，根據(jù)活動(dòng)的改變而引起對(duì)象狀態(tài)的變化和對(duì)象的交互，創(chuàng)建相應(yīng)的對(duì)象圖、狀態(tài)圖和交互圖(順序圖、協(xié)作圖)；應(yīng)用順序圖對(duì)步驟 (2)所得活動(dòng)圖中的每個(gè)活動(dòng)進(jìn)行分析，發(fā)掘新的需求，完善描述初始用戶需求的活動(dòng)圖；通過順序圖對(duì)步驟(3)所得用例模型中的每個(gè)用例進(jìn)行處理，創(chuàng)建相應(yīng)的類圖。

4 基于UML的信息系統(tǒng)需求分析模型的應(yīng)用

基于UML的信息系統(tǒng)需求分析模型對(duì)MIS系統(tǒng)的開發(fā)具有較好的適應(yīng)性，結(jié)合具體實(shí)踐，本節(jié)以運(yùn)動(dòng)會(huì)信息管理系統(tǒng)的開發(fā)為例，說明該模型在MIS系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用[11]。

(1)捕獲初始需求：通過大量調(diào)研，給出該系統(tǒng)的初始需求描述：運(yùn)動(dòng)會(huì)信息管理系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)員報(bào)名、各類人數(shù)統(tǒng)計(jì)、競(jìng)賽日程設(shè)定、初秩序冊(cè)生成、檢錄和成績處理、新秩序冊(cè)生成、團(tuán)體分統(tǒng)計(jì)、破紀(jì)錄人數(shù)統(tǒng)計(jì)等功能。該系統(tǒng)的活動(dòng)圖模型如圖2所示。

(2)創(chuàng)建用例模型：通過對(duì)圖2中每個(gè)活動(dòng)的參與者的分析，所獲得運(yùn)動(dòng)會(huì)信息管理系統(tǒng)的完整用例模型如圖3所示。

(3)創(chuàng)建動(dòng)態(tài)模型、靜態(tài)模型：通過對(duì)圖2中“比賽成績處理”活動(dòng)所涉及到的對(duì)象、對(duì)象之間的關(guān)系分析，獲取的比賽成績處理順序圖如圖4所示，其他活動(dòng)順序圖的獲取與此類似。

基于UML的需求分析模型以簡(jiǎn)單的圖形建模語言UML為基礎(chǔ)，為人員交流提供了統(tǒng)一的平臺(tái)，消除了語言理解分歧；該模型涵蓋了領(lǐng)域知識(shí)學(xué)習(xí)、建模方法培訓(xùn)、系統(tǒng)需求分析構(gòu)造等環(huán)節(jié)，并從實(shí)施的角度考慮了角色構(gòu)成及其職責(zé)分配，使各類人員能夠更好地交流與合作，為得到完善的需求分析打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通過MIS的開發(fā)實(shí)踐表明，該模型不但能縮短軟件開發(fā)的周期，而且減少了軟件開發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)，有效提高了開發(fā)軟件的質(zhì)量。

圖2 運(yùn)動(dòng)會(huì)信息管理系統(tǒng)活動(dòng)圖

圖3 運(yùn)動(dòng)會(huì)信息管理系統(tǒng)用例圖

圖4 比賽成績處理順序圖

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