基于UML進行軟件需求分析的研究

黃藍會

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基于UML進行軟件需求分析的研究

黃藍會

摘 要：軟件需求分析的好壞關系軟件設計成本的高低，基于UML進行軟件建模除了方便軟件開發人員與用戶溝通，還可以導出軟件系統的邏輯業務功能。從寶雞文理學院游泳館系統這個真實案例入手，基于UML建模技術分析了用例圖、類圖、活動圖的使用方法。

關鍵詞：軟件需求分析；統一建模語言；建模

0　引言

隨著計算機技術的快速發展，計算機軟件已經遍布了多個行業，電子商務、工業控制、金融證券、電力通信等領域紛紛引入了計算機軟件來幫助其辦公，另一方面，一些高尖端的技術領域，如航空航天、國防軍事等領域，對軟件的質量提出了很高的要求[1]。

軟件開發的創造性工作主要體現在分析和開發階段，且分析階段的工作占到了整個開發工作量的40%左右，如果分析工作做的不好，可能會影響軟件質量，甚至使系統無法運行[2]。開發人員與用戶在開發之初對于系統需求分析的重要性認識不清，雙方交流溝通容易發生誤解，致使他們對軟件系統用來做什么理解不準確、不完整，影響軟件開發效益[3]。

Standish集團公司的研究報告稱，分別為在美國，每年用于軟件開發的費用在一千多億美元以上，其中，大型公司開發一個軟件項目的評價成本在232.2萬美元，中等大小的公司為133.1萬美元，小型公司則為43.4萬美元。調查顯示，31%的項目在完成之前被取消，52.7%的項目實際所花的成本為預算成本的 189%[4]。根據該公司的另一項分析，項目失敗或者嚴重超支的8個最重要原因有5個都與需求有關：需求不完整、缺乏用戶的參與、客戶期望不實際、需求和需求規格說明書的變更和提供許多不必要的功能[5]。

1　軟件需求建模方法

軟件需求分析就是要確定軟件必須實現的功能，通過對解決的問題進行詳細分析，弄清問題的要求[6]。軟件計劃開始后首先進行需求獲取，可以通過開會討論、實地調查、場景分析等多個手段獲取用戶的需求信息，然后提煉、分析和審查已收集上來的需求信息，找出真正有用的和遺漏的，剔除存在錯誤、含糊或者沖突的，最后進行需求建模，需求建模主要是利用某種建模方法建立系統的邏輯模型，幫助開發人員檢測軟件需求的一致性、完整性、二義性等問題。

目前比較成熟的需求建模方法有兩個：一個是結構化分析方法，該方法通過構建數據流圖和數據字典來描述系統需求，主要針對大型管理系統用于數據處理；另一個就是面向對象的方法，基于UML（Unifide Modeling Language）這個統一建模語言來進行以體系結構為中心、用例驅動的迭代式的軟件開發。

2　基于UML需求建模

UML的中文含義是統一建模語言，其統一包含如下幾個方面：UML對以往面向對象方法中的術語進行了統一清晰的描述；UML在軟件開發的生命期采用相同的概念，方便進行無縫的迭代式開發；UML可以應用在不同的編程實現語言和開發平臺系統。

UML使用視圖來劃分系統各個方面，每一種視圖描述系統某一方面的特性，完整的系統由不同的視圖從不同的角度共同描述，這5個視圖分別是：用例視圖、邏輯視圖、并發視圖、組件視圖和部署視圖[7]。用例視圖強調的是從外部參與者角度需要的功能，描述系統應該具有的功能是其他視圖的核心，通過用例圖來描述。邏輯視圖主要關注系統內部，除了通過類、對象描述系統的靜態結構外，還要通過活動圖、狀態圖、序列圖來描述系統牛的動態協作關系。并發視圖主要考慮代碼的并發執行以及系統異步事件的處理，主要通過狀態圖、活動圖描述。組件視圖是描述系統的實現模塊以及他們之間的依賴關系，主要通過組件圖來描述。部署視圖主要描述節點上運行實例的部署情況，通過部署圖來描述。本文通過一個真實案例網上購書系統來描述UML常用的用例圖、類圖、活動圖。

2.1 用例圖

用例圖是UML中最常用的圖，描述了人們希望如何使用一個系統，即用戶希望系統實現什么功能，以及用戶需要為系統提供哪些信息。用例圖由開發人員與用戶協商完成，以每一個參與系統開發的人員都可以理解的方式來列舉系統的業務需求。用例圖是軟件需求建模的開始，除了可以用于軟件開發的需求分析階段，也可以用于軟件的系統測試階段。

用例圖主要由4個基本部分組成：系統、參與者、用例和關系。系統在用例圖中是用一個長方框來表示一個系統邊界，是所有用例的集合。參與者是系統外的實體，代表與系統交互的用戶、設備或者另一個系統，在用例圖中用人形符號來表示。用例是系統的一個功能模塊，描述用戶期望系統所具有的功能，在用例圖中用橢圓表示。關系存在兩個地方：一處是參與者與用例間的關聯關系，這個關系是雙向的，在用例圖中用實線表示。還有一處是用例間的關系，用例間可以存在包含關系、擴展關系和泛化關系。在用例圖中包含關系用實線和三角箭頭鏈接父用例和子用例，包含關系用虛線箭頭加《include》字樣，擴展關系用虛線箭頭加《extend》字樣。

本文用寶雞文理學院游泳館系統作為案例來描述UML各個圖形。寶雞文理學院游泳館系統的游泳用戶有四大類，分別是會員、散客、教師和學生，會員分為辦次數卡會員（一次性辦10次、20次、50次、100次）和時間卡會員（月卡、季卡、年卡），針對辦理了會員卡的用戶，游泳不限時，門票銷售是從次數卡數量減1，或者判斷時間卡有無超期來辦理。如果用戶在學校內部人員名單中有記錄，存入了對應的指紋，就屬于學校內部人員，比如教師和學生，游泳價錢有折扣，游泳不限時。散客游泳有時間限制，超過兩小時需要付超時費。每次游泳前，前臺管理員會發放一個手牌，打印一個入場票據，入場票據記錄了該用戶的入場時間、押金數額和用戶類型，如果是會員卡用戶，入場票據會顯示會員卡的剩余次數；手牌記錄了入場時間，通過手牌可以打開存物柜的門，出場時根據手牌記錄離場時間。本系統還有一個系統管理員、管理票價和折扣信息，以及營業額的統計，同時還管理前臺管理員的人員信息。

系統用例圖如圖1和圖2所示：

圖1　寶雞文理學院游泳管理系統前臺管理員用例圖

圖2　寶雞文理學院游泳管理系統后臺管理員用例圖

圖1為前臺管理員這個參與者對應的用例圖，圖2為后臺管理員對應的用例圖。

2.2 類圖

類圖是描述類、接口以及他們之間關系的靜態模型圖，顯示了各個類的靜態結構，是面向對象系統建模中最基本的圖之一，狀態圖、序列圖都是在類圖的基礎上進一步描述系統其他方面的特征。

類圖主要包含類和關系。類有3部分組成：名稱、屬性和操作，分別在類中分欄從上到下的順序表示。類與類之間的關系有依賴、實現、泛化3種關系。

寶雞文理學院游泳館系統界面圖類圖如圖3所示：

圖3　寶雞文理學院游泳館系統用戶界面類圖

實體類圖如圖4所示：

圖4　寶雞文理學院游泳館系統實體類圖

2.3 活動圖

活動圖是UML對于系統動態行為建模的常用工具，主要描述活動的順序，展示一個活動到另一個活動的控制流，其本質是一個流程圖，是內部處理驅動的流程。

活動圖的基本組成元素是：活動、轉移、判定、開始狀態和結束狀態?；顒又饕硎竟ぷ鬟^程中一個命令或活動的進行。轉移是指從一個活動到另一個活動的控制流。判定是當某個活動有兩個以上路徑，而這兩個路徑是互斥的，這時要根據不同的條件標識執行哪條路徑。

本系統用戶入場門票銷售對應的活動圖如圖5所示：

圖5　寶雞文理學院游泳館系統門票銷售活動圖

出場結賬的活動圖如圖6所示：

圖6　寶雞文理學院游泳館系統出場結賬活動圖

3　總結

軟件需求分析是軟件設計的第一個階段，需求分析的好壞關系到整個軟件的成敗。軟件需求分析經歷了需求獲取、需求分析、需求建模和需求驗證幾個環節，最后寫成軟件需求規格說明書，而需求規格說明書中呈現的系統功能通常是用基于UML的圖形描述的。利用UML這種圖形化的形式進行需求建模，既統一了標準又容易和客戶進行溝通。

參考文獻

[1] 毋國慶等.軟件需求工程[M].機械工業出版社. 2008:1

[2] 姚全珠,王江.基于UML的軟件形式化需求分析與驗證[J].計算機工程,2010,36(13):30–33

[3] 朱曉晶. 軟件工程需求分析方案的制定研究[J]. 信息通信, 2015,6:165

[4] The Standish Group. Charting the Seas of Information Technologu-chaos[R]. The Standish Group International, 1994

[5] The Standish Group. Report of the Standish Group International[R]. The Standish Group International, 1998

[6] 靳佩瑤.使用用例建模進行軟件需求分析研究[J].電腦知識與技術,2014,10(29):6860-6862

[7] 王菁,趙元慶. UML建模設計與分析[M]. 清華大學出版社,2013:14-15

中圖分類號：TP391.1

文獻標志碼：B

文章編號：1007-757X(2016)07-009-03

收稿日期：（2016.01.14）

基金項目：國家自然科學基金（61379030）；陜西省教育廳專項科研項目（15JK1028）

作者簡介：黃藍會（1980-），女，岳陽人，寶雞文理學院，計算機學院，講師，碩士，研究方向：物聯網應用，數據挖掘，寶雞，721016

Research on Software Requirement Analysis Based on UML

Huang Lanhui
(Department of Computer Science, Baoji University of Arts and Science, Baoji 721016, China)

Abstract:If the Software requirement analysis has done well, then the cost will not be high. UML-based modeling software has two advantages. One advantage is easy for software developers to communicate with users, and the other advantage is the function of the system can be exported. This paper studies the swimming pool system in Baoji University of Arts and Science. UML modeling techniques are used to analyze their usage, including use case diagram, class diagram and activity diagram.

Key words:Software Requirement Analysis; UML; Modeling