結構化思維在軟件需求分析和描述中的應用

文/葛晨 李洋

結構化思維在軟件需求分析和描述中的應用

文/葛晨 李洋

將結構化思維方法面向整體、循序漸進、逐步求精的認知結構與軟件需求分析和描述相結合，分層次由上至下、逐步細化地對軟件需求進行描述，定義軟件需求類型和需求元素，構建軟件需求結構化的層次結構和模型，建立需求分析的模板，支持軟件需求的分析和編寫，并結合顯示軟件的需求分析和描述過程進行了應用實踐，驗證了結構化思維與軟件需求分析相結合開展軟件需求分析的有效性。

需求分析 結構化思維 需求描述層次結構 顯示

1 引言

各種應用軟件改變了人們感知外界、使用工具等日常生活的方式，軟件研發既有成功的項目，也不乏因需求分析不充分而未正確傳遞需求而出現返工最終超出預算的案例。在過去十年中越來越多的人認識到軟件需求分析是整個軟件研發過程中最關鍵的一個過程，針對軟件需求分析開展了諸多研究與探索。

軟件需求分析是面向整體地啟發性思維過程，從問題的多個層次、多個因素和角度共同完成對用于需求的分析。結構化思維能站在整體的角度，遵循啟發性的原則，把復雜問題的求解過程分層次分類進行，由上至下，逐步細化，結構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研究，針對現有軟件需求分析過程中的不足，將結構化思維方法與軟件需求分析相結合，按照分層分類的原則定義軟件需求的需求類型，結合不同類型的需求特點定義能夠描述該類需求的需求元素，建立軟件需求結構化的層次結構和模型，建立需求的分析模板，支持需求分析和編寫，使需求有效向下游研發過程中傳遞。

圖1：軟件需求組成的結構化分析

圖2：需求的三層結構

圖3：軟件需求實體關系模型

2 需求分析和結構化思維應用研究的現狀

在軟件開發技術中，軟件需求分析是軟件開發周期非常重要的一步，針對軟件需求分析從需求分析、需求表達等方面開展了相關研究。文獻[1]闡述了“訪談式”階段、“誘導式”階段、“確認式”階段的軟件需求分析三步法，改進需求捕獲和確認過程；文獻[3]結合面向對象和面向本體的技術，通過對象和對象之間的關系描述需求，通過形式化語言表達需求；文獻[4]將形式化方法應用于軟件開發過程的早期階段。

結構化思維能站在整體角度，遵循啟發性的原則分解問題，循序漸進、逐步求精，全面完整地對問題進行系統思考和解決，在各個領域得到廣泛應用。文獻[5]將結構化思維應用到課程教學中，對教學內容進行分析，建立結構化的基本知識結構；文獻[6]將結構化方法應用于管理制度的制定過程中，建立了模塊化、易維護、可拓展制度。知識的梳理、制度的制定與需求分析過程類似，都是面向整體、自上向下分析分解、逐步求精的解決問題的方式，能夠將結構化思維應用于需求分析過程中。

針對需求分析和需求描述已開展了相關的研究，取得了一定的進展，但仍需將軟件需求分析和具體需求描述進一步結合，形成一個完整的支持需求分析的方法。本文將結構化思維應用于需求分析過程，形成從需求分析到需求描述的過程方法，支持軟件需求分析。

3 軟件需求分析中的結構化思維

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

3.1 軟件需求信息結構化分析

軟件需求包括不同類型的不同數量的軟件需求。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的可靠性、安全性、保密性等需求。功能需求還可以根據需求類型的差異進一步分類，如控制需求、顯示需求等，不同需求具有不同的特點，各類需求共同構成軟件需求的完整內容。

各類軟件需求可通過不同類型的不同數量的需求元素來定義。每類需求關注的需求元素存在差異，如時間性能需求關注運行周期、時間余量等，空間性能需求關注存儲空間、存儲余量，控制需求關注觸發條件、輸入參數、處理過程、輸出參數等，顯示需求關注圖形的位置、顏色、尺寸、線型、線框、組成的符號、字體、字號等。

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，整個空間表示由多類需求共同構成的整個軟件的完整需求。

3.2 層次結構和模型的建立

根據上述結構化分析，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例是1對多的關系，即每個軟件的軟件需求可以包含多個類型的多個軟件需求實例，每個需求實例可以關聯各自的多種需求元素，需求實例和各自的需求元素是1對多的關系，如圖 3所示的實體關系模型。

3.3 基于層次結構和模型的需求管理

圖4：顯示軟件需求分析模板

圖5：顯示軟件需求分析

基于建立的層次結構和實體關系模型，能夠建立存儲和管理軟件需求的模板。表格是能夠表達結構化思維的有效工具，同時能夠反映表格內各屬性元素的關系，圖形符號和顯示畫面是顯示軟件的典型需求，本文結合顯示軟件的需求分析，總結了顯示軟件的圖形符號和顯示畫面的兩類需求，并定義了描述需求的元素，建立了顯示軟件的圖形符號和顯示畫面的需求分析表格如圖 4所示，在進行顯示軟件需求分析時按模板填寫需求元素，完成顯示軟件圖形符號和顯示畫面的需求分析。

4 結構化軟件需求分析的應用

在本文的研究中以顯示軟件中典型的顯示畫面和圖形符號的需求分析為例，應用顯示軟件需求分析模板，進行結構化需求分析的應用驗證。根據總結分析形成的顯示圖符需求分析表格和顯示畫面需求分析表格的模板，對姿態畫面、地平儀進行需求分析，結果如圖 5所示，得到了顯示畫面和地平儀顯示需求的需求元素，通過需求元素完成需求的描述，向下游設計、實現和測試傳遞信息。

5 結論

本文將結構化思維模式應用于軟件需求分析，結合結構化思維面向整體、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構，并建立了各層對象的實體關系模型，基于層次結構和模型建立了存儲和管理需求的需求分析模板，并通過顯示軟件的典型需求進行了初步應用驗證，支持軟件需求的分析和描述。結合結構化的軟件需求分析方法，進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。

[1]荊澎.科技應用項目中軟件需求分析探究[J].上海海關學院學報,2012(04):103-105.

[2]朱良學.結構化思維的科學依據和基本原理[J].科技咨詢導報,2007(30):59.

[3]陸汝鈴,金芝,陳剛.面向本體的需求分析[J].軟件學報,2000,11(08):1009-1017.

[4]王天舟.早期需求工程中的形式化建模與模型檢驗應用研究[D].杭州:浙江工業大學(碩士論文).2006.

[5]楊麗.結構化思維模式在課程教學中的應用[J].安陽師范學院學報,2011(06):119-121.

[6]張文健,孫紹榮.結構化方法在管理制度設計中的應用[J].工業技術經濟,2006,25(05):52-54.

作者單位中國直升機設計研究所 江西省景德鎮市333001

葛晨（1985-），男，黑龍江省佳木斯市人。碩士學位。現為中國直升機設計研究所工程師。主要研究方向為機載嵌入式軟件研發。李洋（1991-），女，吉林省吉林市人。碩士學位。現為中國直升機設計研究所工程師。主要研究方向為機載嵌入式軟件研發。