（计算机应用技术专业论文）基于uml的计算机组卷系统的分析与设计.pdf

删y 17 4 彻0 脚8 6 2 脚 长春理工大学硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文，基于眦的计算机组卷系统的分 析与设计是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中 已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作 品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：燃趋l 拜占月圭日 长春理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“长春理工大学硕士、博士学位论文版权 使用规定”，同意长春理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印 件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权长春理工大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存和汇编学位论文。 作者签名：。毖：2 1 指导导师签名： 辽月三日 月r 日 捅要 随着计算机技术及人工智能的发展，计算机组卷系统的研究逐渐被越来越多的专 家学者所注意，一套计算机组卷系统能够让教师在较短的时间内轻松完成试题的选择， 组卷，排版等工作。使教师在及时掌握学生学习情况的同时，还可以投入更多的精力 到教学和科研当中。 本文以计算机组卷系统的建模为实例，主要研究如何使用u m l 进行计算机组卷系统 建模的分析与设计。围绕计算机组卷系统，根据组卷系统的功能需求对系统进行了需 求分析，确定了系统中的用例角色和职责，通过建立用例图，类图，顺序图，活动图 等对系统静态建模和动态建模。通过r a t i o n a l 统一过程及r o s e 工具实现基于u m l 建 模语言的计算机组卷系统分析设计。使整个系统科学化、规范化、系统化和现代化。 关键词：计算机组卷u m l面向对象 a bs t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t e rt e c h n o l o g ya n da r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e ，c o m p u t e r p a p e rs y s t e mh a sb e e nn o t e db ym o r ea n dm o r ee x p e r t sa n ds c h o l a r si ng r a d u a l l y , t e s t s y s t e mo fac o m p u t e rt h a ta l l o w st e a c h e r st oc o m p l e t et h ec h o i c eo f t e s tq u e s t i o n s ，t e s tp a p e r , l a y o u ta n ds oo ni nas h o r tp e r i o do ft i m ee a s i l y e n a b l et e a c h e r st og r a s pt h es i t u a t i o no f s t u d e n tl e a r n i n gc a na l s op u tm o r ee f f o r ti n t ot e a c h i n ga n dr e s e a r c h i n g t h i st e x tt a k et e s tp a p e rm o d e l i n go fc o m p u t e rs y s t e m sa sa ne x a m p l e p r i m a r i l y l o o k i n ga th o wt ou s eu m la n a l y s i sa n dd e s i g nm o d e l i n gf o rc o m p u t e rp a p e rs y s t e m a r o u n dt h ec o m p u t e rp a p e rs y s t e m s ，a c c o r d i n gt of u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t so ft h et e s tp a p e r s y s t e m ，t h i st e x ta n a l y s i st h es y s t e mo fn e e d s t od e t e r m i n et h es y s t e m su s ec a s e so ft h e r o l e sa n dr e s p o n s i b i l i t i e s ，t h r o u g ht h ec r e a t i o no fu s ec a s e ，c l a s sd i a g r a m ，s e q u e n c e d i a g r a m , a c t i v i t i e se t cs t a t i co nt h es y s t e mm o d e l i n ga n dd y n a m i cm o d e l i n g t h r o u g ht h e r a t i o n a lu n i f i e dp r o c e s sa n dr o s et o o l sa c h i e v ea n a l y s i sa n dd e s i g n e eo fc o m p u t e rp a p e r s y s t e mb a s e do nt h em o d e l i n gl a n g u a g eu m l s o t h a tt h ew h o l es y s t e mg e tm o r es c i e n t i f i c ， s t a n d a r d i z a t i o n , s y s t e m a t i z a t i o na n dm o d e r n i z a t i o n k e yw o r d s ：c o m p u t e rc r e a t i n gp a p e r s u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e0 0 目录 摘要 a b s t r a c t 目录 第一章绪论1 1 1 课题的目的及意义1 1 2 国内外研究现状1 1 3 本文的主要研究工作及章节安排2 第二章u m l 技术分析4 2 1 u m l 技术4 2 1 1u m l 概述4 2 1 2u m l 发展现状5 2 1 3u m l 建模工具6 2 2u m l 视图7 2 2 1 用例图7 2 2 2 类图和对象图8 2 2 3 顺序图9 2 2 4 组件图和配置图9 2 2 5 状态图1 0 2 2 6 活动图1 0 2 3 面向对象1 2 第三章计算机组卷系统的u m l 建模研究1 4 3 1 计算机组卷系统的功能需求1 4 3 2 计算机组卷系统的工作流程1 5 3 3 系统的功能目标1 7 3 4 组卷系统算法分析1 9 3 5 系统用例图2 1 3 5 1 用例2 1 3 5 2 用例图2 4 3 6 系统静态设计模型2 8 3 6 1 对象类图2 8 3 7 系统动态设计模型3 l 3 7 1 顺序图的应用3 1 3 7 2 活动图的应用3 5 3 8 数据库设计3 8 第四章基于t j m l 的计算机组卷系统实现4 0 4 1 程序功能的实现4 0 4 2 测试4 2 第五章总结与展望4 4 5 1 总结4 4 5 2 展望4 4 致谢4 6 参考文献4 7 第一章绪论 1 1 课题的目的及意义 随着计算机技术的飞速发展，计算机技术不但影响了教育模式本身，而且也改变了 传统的检测考生的方法。利用计算机生成相同试卷的不同形式，增加了检测的公平性； 利用试卷反馈学生的错误情况，便于教师及时掌握学生的学习程度。随着教育教学体制 改革的进一步的深入和大学本科课程建设的逐步完善，对学生掌握每- - f q 课程内容程 度的考试必须规范化、系统化，教学管理必须科学化、现代化。我们知道，传统的出试 卷方法是由教师个人组卷，这样往往造成试卷难易程度、知识覆盖面难以把握，试卷标 准化程度、题量大小等各方面难以控制，不能达到对学生的科学而又全面的考核。针对 这一情况，我们要开发计算机组卷系统主要包括两个目标：一方面，避免手工出试卷造 成的试卷不规范，不易集中管理等缺点；另一方面，避免教师每次考试时手工组卷及平 时为学生组织练习时的重复劳动，将教师从简单、重复的劳动环节中解脱出来，以更多 的精力投入到教学与科研中去n 3 。通过试题库的设计，计算机组卷系统对每次考试的目 标，可以不断地对试题库的内容进行添加。在每一次组卷时，可以进一步对每题的内容 进行分析，发现细微的问题，对试题库的内容作进一步地修改。这样避免了传统出试卷 时，考试结束后大量的试题不能好好保存和查阅。由于试题库的建设需要具有科学性， 规范性，就要求不断积累考试经验，丰富试题库的内容，进而完善组卷系统乜3 。 计算机组卷系统可由计算机通过合理的选题，依据试题库中题目的题型、知识点 难度、章节分布等控制选题过程，快速地组卷出一套符合教师需求的试卷，具有“信 息量大、快速、自动、开放 等特点。 1 2 国内外研究现状 迄今为止，国内外的许多专家、学校、科研单位、实验室均提出了很多计算机组 卷系统的解决方案，尽管组卷系统经历了很长时间的研究和探讨，但是对于计算机组 卷的研究方案至今也没有一个很好的方法。传统的计算机组卷系统都存在这样或那样 不足和缺点，因为组卷系统要在多目标优化的同时满足其约束条件，单纯采用如回溯 试探法或随机选取法等传统的数学方法都不是最优的方法口1 。 u m l 不但吸收了当今最优秀的研究成果而且还总结了建模技术的经验，取得了很大 的成果，制定了一套完整的以图为主的系统描述语言。系统架构师利用u m l 可以轻松 的完成系统结构的描述，软件开发人员根据u m l 的其它图可以很快的编写出程序的代 码，如：用例图、类图、顺序图可以轻松的理解模块的功能，总之在软件开发的各个 阶段u m l 都可以得到很好的应用。 随机选取法，就是不断地搜索满足约束条件试题的过程，以组卷满足状态空间的 控制指标及无法再随机抽取出满足条件的试题为结束标志。随机选取法也有可取之处， 它的优点在于：结构简单，抽取单道题的处理速度快，但是其组卷成功率低，且花费 时间长，使整个组卷系统正确率及执行效率降低。尤其是组卷出题量范围较大时，极 易以失败告终。 回溯法，它记录选取出的每条状态，当搜索到的记录不满足约束条件时释放该记 录的上条记录的状态类型，然后给其赋予新的状态类型，继续进行搜索，直到试卷生 成。正是这种赋予新的状态类型的规则使选题过程失去了随机性，随机选取法具有随 机性，而回溯试探法却缺少随机性，同样，对于状态类型和题量较小时才能使组卷成 功率较高，而且回溯试探法对内存占用过大、组卷时间过长，且程序结构复杂最主要 的还是缺乏随机性h 1 。 组卷系统的组卷过程就是对用户添加的试题数量、内容、难易程度等属性进行量 化的过程，得到各个属性的分布建模并将其联立，构成组件系统的数学原型，这其中 的关键点在于构建合理的组卷系统数学模型。组卷系统的构建过程就是要在多目标优 化的同时不断满足其约束条件的过程。所以综合看来构建合理的模型是计算机组卷系 统的关键嘲。 1 3 本文的主要研究工作及章节安排 模型作为真实世界的系统的抽象，可以在构建实际系统之前来完整地理解一个复 杂的系统。要创建一个复杂的系统，开发者必须抽象出系统不同的视图，使用准确的 表示法来构建模型，并检验模型是否满足系统需求，逐步给模型增加细节，最终将其 转化为实现。如果仅靠手工来正确一致地处理好这些视图并不是很简单的事。因此需 要借助专门建模工具来辅助创建和管理u m l 模型。 软件系统开发过程中从需求规格描述到系统最后测试每个阶段都适合使用u m l 建 模语言。在软件开发过程中最重要的需求分析阶段，通过u m l 中的用例来获取用户需 求。用例模型是用来描述使用系统的所有用户以及用户具有的行为。需求分析阶段重 点关注问题域中的主要概念和机制，来分析这些类以及它们相互间的关系的差别，然 后通过类图描述出来。对于实现用例和类之间的联系，u m l 动态模型就可以很好的表达 出来。在需求分析阶段没有详细的定义软件系统中技术细节的类，只是简单的对问题 域的对象建模。所以系统设计阶段为构造阶段提供更详细的规格说明阳1 。 本篇论文主要采用面向对象的软件工程思想及u m l 统一建模语言，对计算机组卷 系统进行分析和设计。具体研究工作如下： 1 对u m l 及其相关技术做细致的分析，总结u m l 的发展现状。掌握利用u m l 技术 进行系统分析和建模的方法。通过对u m l 的语言，表示方法的分析，深入研究了u m l 的关系，事务，图来实现建模。 2 对计算机组卷系统进行功能需求分析，为系统需求分析建模，需求分析的任务 是采集和评价系统的需求，重点是充分考虑系统的实用性。需求分析的结果可以用用 例图表达。建立系统静态模型，可以采用用例图、类图、对象图等几个图形，来对系 统进行u m l 静态建模。建立系统动态模型，以消息来完成对象之间的交互，用顺序图 2 和活动图来描述系统的行为。 3 采用面向对象的编程语言和数据库技术，以及建模的工具r a t i o n a lr o s e ，它是 一套具有能满足所有建模环境的能力和灵活性的解决方案的工具。最终实现组卷系统 的设计以及功能的实现。 主要章节安排如下： 第一章：论述了本文研究的目的和意义，描述了组卷系统的国内外现状及存在的 问题，最后指出了本文主要的研究内容及论文结构安排。 第二章：详细介绍了u m l 技术的发展，面向对象编程语言及u m l 相关工具。 第三章：对计算机组卷系统的u m l 建模研究，详细分析了组卷系统的功能，对系 统进行了模型设计。 第四章：基于u m l 对计算机组卷系统进行了具体的实现。 第五章：总结与展望，对论文进行总结。 3 第二章u m l 技术分析 2 1u m l 技术 2 1 1u m l 概述 统一建模语言( u m l 是u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e 的缩写) 是用来对软件密集 系统进行可视化建模的一种语言。u m l 为面向对象开发系统的产品进行说明、可视化、 和编制文档的一种标准语言。 u n i f i e d ：u m l 是一种标准语言，广泛运用于全世界。 m o d e l i n g ：u m l 用途在于塑模( m o d e l i n g ) ，也就是画软件蓝图。 l a n g u a g e ：u m l 是一种塑模语言，而非程序语言或标示语言。 统一建模语言( u m l ) 是非专利的第三代建模和规约语言。u m l 是在开发阶段，说 明，可视化，构建和书写一个面向对象软件密集系统的制品的开放方法。u m l 展现了一 系列最佳工程实践，这些最佳实践在对大规模，复杂系统进行建模方面，特别是在软件 架构层次已经被验证有效。 u m l 可以贯穿软件开发周期中的每一个阶段。被o m g 采纳作为业界的标准。u m l 最 适于数据建模，业务建模，对象建模，组件建模。 u m l 作为一种建模语言它定义包括两个部分n 3 ： ( 1 ) u m l 语义：是基于u m l 的精确元模型定义和对元模型的扩展定义。元模型的优 点是在语法和语义上为u m l 的元素定义了标准，使开发者能在最佳表达方式上取得一 致。 ( 2 ) u m l 表示法：描述了u m l 符号的表示法是u m l 元模型的实例，这些图形符号和 文字表示的是在应用时的模型，它为开发者或开发工具的使用提供了系统建模标准。 u m l 的词汇表包含三种构造块：事物，关系和图。事物是对模型中最具有代表性的 成分的抽象；关系把事物结合在一起；图聚集了相关的事物。 ( 1 ) 事物 u m l 中的事物有以下四种： 结构事物：是以u m l 模型中的名词。它们是模型的静态部分，描述概念或物理元素。 结构事物包括类、协作、接口、用例、主动类、组件和节点。 行为事物：是u m l 模型的动态部分。它们是模型中的动词，描述了跨越时间和空间 的行为。共有两类主要的行为事物，分别是交互机和状态机。 分组事物：是u m l 模型的组织部分。它们是一些由模型分解成的“盒子”。最主要 的分组事物是包。 注释事物：u m l 模型的解释部分。这些注释事物用来描述、说明和标注模型的任何 元素。有一种主要的注释事物是注解随3 。 ( 2 ) 关系 4 u m l 中的关系有以下四种： 依赖：是两个事物中的语义关系，其中一个事物发生变化会影响另一个事物( 依赖 事物) 的语义。 关联：是一种结构关系，它描述了一组链，链是对象之间的连接。聚合是一种特殊 类型的关联，它描述了整体和部分之间的结构关系。 泛化：是一种特殊一般关系，特殊元素的对象可替代一般元素的对象。用这种方 法，子元素共享父元素的结构和行为西1 。 实现：是类元之间的语义关系，其中的一个类元指定了另一个类元保证执行的契 约。在两种地方要用到实现关系，一种是在接口和实现它们的类或组件之间，一种是 用例和实现它们的协作之间。 ( 3 ) 图 图作为l i m e , 中一类元素的图形表示，它利用同从各种角度对系统进行可视化。因 为只从一个角度是不能完全描述全局的，所以u m l 定义了多种图，可以分别独立地注 重于系统的不同方面。u m l 中主要包括以下九种图：类图、对象图、用例图、顺序图、 协作图、状态图、活动图、组件图和实施图。 2 1 2u m l 发展现状 7 0 年代中期就出现了公认的面向对象建模语言。在建模语言领域，语言的创造者 都极力推崇的自己创造的语言，并在实践中不断完善。但是，对于不同建模语言之间 的优缺点及相互之间的差异许多o o 方法的用户并不了解，因而根据应用特点选择合适 的建模语言很不容易，于是爆发了一场“方法大战 。9 0 年代中，一些新的方法出现了， b o o c h1 9 9 3 、o o s e 和0 m t 一2 等是其中最引入注目的n 剖。 面向对象软件工程的概念是由b o o c h 提出的。他较早的提出了面向对象方法。他 将面向a d a 的工作进行了延伸，使其扩展到整个面向对象设计领域，比较适合于系统 的设计和构造。 面向对象的建模技术( 0 m t ) 方法r u m b a u g h 等人提出的，采用了面向对象的概念， 并在面向对象的建模技术中引入了各种独立于语言的表示符。软件开发的全过程都可 以用所定义的概念和符号去分析、设计和实现。并利用对象模型、动态模型、功能模 型和用例模型等完成对整个系统的建模，使软件开发人员可以不用在开发过程的不同 阶段进行概念和符号的转换。面向对象的建模技术非常适用于分析和描述以数据为中 心的信息系统。 j a c o b s o n 提出的o o s e 方法中最大特点是面向用例( u s e - c a s e ) ，因为在整个系统开 发过程、系统的测试、验证都需要用例，用例是描述需求的重要部分。o o s e 方法还在 用例的描述中引入了外部角色的概念n 。o o s e 比较适合支持商业工程和需求分析。 除了上述几种方法外还有c o a d y o u r d o n 方法，即著名的o o a o o d ，它是最早的面 向对象的分析和设计方法之一n 羽。该方法是适合于面向对象技术初学者使用的，因为 它简单、易学，但是目前该方法已经很少使用，因为它在处理能力方面的局限。 5 总结以上的分析结果： ( 1 ) 因为用户不能对不同的语言进行辨别，因此在种类繁多的建模语言中找到一 种相对适合其应用特点的语言是极其不容易的； ( 2 ) 每一种建模语言都有其不同的优缺点： ( 3 ) 众多的建模语言有相似之处的同时也存在着细小的差别，很大程度上阻碍了 用户之间的交流。由此可见，创建设计小组是势在必行的，需要在对比各种建模语言 的基础上，加大面向对象技术的实践力度，再根据实际的需要，确定规则和标准，从 而统一建模语言。 随着技术的发展把u m l 作为其商业策略的越来越明显。u m l 的开发者得到了更多的 支持，于是建立了以完善、增强和促进u m l 的定义的目的的u m l 成员协会。 u m l 作为一种结构严谨、容易被人接受和广泛应用的建模语言，它的优势就在于将 新思想、新方法、新技术加入到其规则中。它不仅作用于面向对象的分析与设计，还 贯穿软件开发的全过程。一般来说，用图形就可以描述u m l 的历程，由此产生了标准 建模语言，这是u m l 发展史上的里程碑n 3 “1 。1 9 9 7 年1 月的美国，各界给予u m l 广泛 的关注，甚至8 0 0 多个企业将其列为重点支持对象。1 9 9 7 年初，u m l 已经占领了大部 分市场，成为名副其实的标准。u m l 作为极具经济和国防价值的标准建模语言，指引了 未来软件开发的方向，其应用前景不可限量。 2 1 3u m l 建模工具 u m l 不是可视化的编程语言，可它的模型可以直接对应到各种各样的编程语言，也 就是说，可以从u m l 模型生成j a v a 、c + + 、v i s u a lb a s i c 等语言的代码，还可以通过 它生成关系数据库中的表。u m l 建模工具有很多种，本文主要介绍以下两种u m l 工具。 ( 1 ) r u p ( r a t i o n a lu n i f i e dp r o c e s s ) ，是一种综合了多种软件开发过程的长处 而提出的新的面向对象的软件开发过程。最初是由r a t i o n a l 软件公司提出，而该公司 聚集了面向对象领域三位杰出专家b o o c h 、r u m b a u g h 和j a c o b s o n 。正是因为如此，令 r u p 一经问世就具有较高的知名度。同时r a t i o n a l 公司又是面向对象开发的行业标准 语言标准建模语言( u m l ) 的创立者n 5 1 。 u m l 是统一建模语言，它是独立于任何软件开发过程的，但u m l 与r u p 配合使用可 以发挥强大的效用。r u p 是一个复杂、通用的框架的软件开发过程，r u p 转换软件系统 所需要的活动的集合根据用户需求，这个过程可用于各种不同类型的软件系统、应用 领域、组织、功能级别以及项目规模。r u p 是由o b j e c t o r y 过程演化而来，其初始版本 为5 0 ，先后经历了5 1 、5 1 1 、5 5 等版本，直到r a t i o n a lu n i f i e dp r o c e s s 2 0 0 0 版本m 1 。 ( 2 ) r a t i o n a lr o s e ，谈到u m l 就不得不提起r o s e ，它是美国r a t i o n a l 公司旗下的 另一个产品，目前的最新版本是r a t i o n a lr o s e2 0 0 3 ，如果u m l 算是一种思想和方法 的话，那么r o s e 则是这种思想和方法的最精妙的实现工具。在国内，u m l 目前的发展 还不成熟，与r o s e 工具相比不好用。 6 r a t i o n a lr o s e 可以说是一套完全具有能满足所有建模环境( w e b 开发、数据建模、 v i s u a ls t u d i o 和c + + ) 的能力和灵活性的解决方案。r o s e 允许开发人员、项目经理、 系统工程师和分析人员在软件开发周期内将需求和系统的体系架构转换成代码，以消 除浪费的损耗。对需求和系统的体系构架进行可视化、理解和精炼。在软件开发周期 内，通过使用同一种建模工具可以确保有效地创建满足客户需求的可扩展的、灵活的 并且可靠的应用系统。 r o s e 有两个受欢迎的特征：一是能够提供反复式发展，二就是来回旅程工程的能 力。r a t i o n a lr o s e 允许设计师利用反复发展( 有时也叫进化式发展) ，因为在各个进 程中新的应用能够被创建，通过把一个反复的输出变成下一个反复的输入。( 这和瀑布 式发展形成对比，在瀑布式发展中，在一个用户开始尝试之前整个工程被从头到尾的 完成) 然后，当开发者开始理解组件之间是如何相互作用和在设计中进行调整时， r a t i o n a lr o s e 能够通过回溯和更新模型的其余部分来保证代码的一致性，从而展现出 被称为”来回旅程工程”的能力，r a t i o n a lr o s e 具有可扩展性，可以使用可下载附加项 和第三方应用软件，它支持c o m d c o m ( a c t i v e x ) ，j a v a b e a n s 和c o r b a 等组件标准。 r o s e 的作用就是通过用例图、静态图、行为图、交互图、实现图等五类图进行系 统的开发过程，包括从需求规格描述到系统完成后测试的不同阶段。 总之，标准u m l 建模语言不但适合不同阶段的系统开发，而且适用以面向对象技术 来描述各种类型的系统，从需求规格描述到完成系统最好的测试和维护。 2 2u m l 视图 2 2 1 用例图 以前，需求是根据非正式的、不经常使用的应用场景来了解的，在面向对象开发 和传统的软件开发中正式文档很难建立。首先在开发a x e 系统中使用了用例模型，并 添加到由他所倡导的o o s e 和o b j e c t o r y 方法中的是i v a r j a c o b s o n 。用例方法在面向对 象领域的引起了很大关注并逐渐被接受是在i v a r j a c o b s o n 的著作出版后，用例模型是 被作为第二代面向对象标志，描述的是外部参与者所理解的系统功能。 在系统的开发初期系统开发者和用户要多次的确定用户的需求，明确开发者的工 作和责任，直到开发者和用户对需求规格定义达成了共识，这样用例模型就确定了， 也就是说用例模型是需求分析阶段产生的n 引；然后从外部参与者的身份来了解系统； 另外，需求分析之后各阶段都需要用例模型，系统功能的实现，是否满足开发系统的需 求，这些都是用例模型来验证和检测的。只有这些得到保证，才不会影响到开发工作 和u m l 的模型，用例和参与者组成了用例图，而一些用例图组成一个用例模型。 用例图用来描述系统的一个业务功能，它并不是单纯意义上的用例与角色的堆积， 而是体现了用例参与者即角色( a c t o r s ) 之间的关系，以及同一系统中各用例之间的 关系。它以构建系统功能需求为主要目标，并将系统或类的行为以可视化的方式表现 出来，使系统的功能需求清晰明了、开发团队易于理解及对需求定位准确、直观。用 7 例图可以表示出整个系统、子系统以及完成具体功能子模快的组织关系。用例图用椭 圆来表示用例，将用例的名字写在椭圆内或者椭圆下方的居中位置，用人形符号表示 用例参与者( a c t o r s ) ，用线段将两者连接，表示参与者与用例之间的联系。 用例图是u m l 中用来对系统的动态方面进行建模的图之一。用例图描述了用例， 参与者以及它们之间的关系。 用例图主要包括下面3 个部分： 用例( u s ec a s e ) 参与者( a c t o r ) 依赖，类属和关联关系 用例图是从用户角度来描述系统的功能，用来建立系统与真实世界可视化交互的 一种静态图。用例图引领着系统的方向是系统的核心，指明了系统到底要做什么怎样 做。通过用例来反应系统的需求，为用户和设计者，设计者与实践者的探讨沟通提供 了一个良好的渠道。 2 2 2 类图和对象图 类图常被用来表示系统内部的组成结构，u m l 中最重要的图就是类图。它是静态的 结构图，不仅描述了类、接口，还描述了类之间、接口之间及类与接口之间的关系， 类图表示了不同的、彼此相关的实体及其属性，在整个软件的生命周期都是有效的。 虽然状态图和协作图是系统的动态模型的描述，但是它们都是以类图为基础的， 状态图就是对类图的补充。同时类图也是构件图和配置图的基础，构件图和配置图用 来描述物理体系结构，而类图描述了逻辑结构中类之间的关系n8 j 。类图可以定义一个 系统及其子系统、子模快中类的结构，根据系统的功能需求建立起了系统的静态模型， 有利的支持了系统的功能需求。 类图的组成部分包括： 类 接口 协作 依赖，类属，实现或关联关系。 对象图模拟类图中所含有的类的实例，对象图描述了某一瞬间对象集及对象间的 关系。它为处在时域空间某一点的系统建模，描绘了系统的对象，对象的状态及对象 间的关系，对象图主要用来为对象结构建模。 可以把对象图看作是类图的一个实例。对象是类的实例，对象之间的连接是类之 间的关联关系的实例。对象图常用于描述复杂类图的一个实例。 对象图中通常含有： 对象( o b j c c m ) 连接( 1 i n k s ) 对象图可以含有注解、约束、包或子系统，其中包或子系统将模型的元素封装成 比较大的模块。对象图与类图相似可以用来从实例的角度为系统的静态设计或静态过 程建模。对象图是将系统为用户提供的主要功能实体用静态的结构进行描述。 2 2 3 顺序图 水平轴表示不同的对象，垂直轴表示时间，这两个轴共同表示出顺序图。顺序图 重点表示消息的时间顺序。其中消息可以是信号，操作调用，类似于c + + 中的p p c 等。 接受消息的时候用对象生命线上的一个细长矩形框来表示激活，当接收对象开始执行 活动时既表示对象被激活了。 从时间的角度来描述对象的交互，用以显示对象之间的动态合作关系。它既强调 对象之间消息发送顺序，也显示对象之间的交互过程。顺序图是自描述的，把不同对 象的不同调用详细地显示，并且把用例的详细流程也显示出来。同时还显示了流程中 不同对象之间的调用关系。 2 2 4 组件图和配置图 1 组件图 组件图是描述软件的各种组件以及组件之间的依赖关系，其中组件是表示开发环 境中的实现文件表示代码的结构。这些组件是那些在逻辑体系中定义的概念和功能在 物理体系结构中的实现。 在l i m l 中组件是一种类型组件图中只将组件显示为类型，只有可执行组件可以有 实例。其中相应的节点实例中可以分配可执行组件的实例。组件用一个特殊的矩形来 表示在矩形的内部写上组件的名称，在矩形的左边有两个小矩形。但是要想显示组件 的实例，就必须使用部署图。组件之间的依赖关系意味着一个组件需要依靠另一个组 件才能有完整的定义。 2 部署图 部署图描述的是在当前体系结构中执行的处理机，设备和软件组件的运行时体系 结构。它是对系统拓扑结构的最终物理描述。系统拓扑结构描述了所有硬件单元以及 在每个硬件单元上执行的软件的结构n 引。在这样的一种体系结构中，可以查看拓扑结 构中的任何一个特定节点，了解哪些组件正在该节点上执行。 节点是指那些具有某种计算机资源的物理对象( 或设备) ，节点是通过查看或决定 那些对实现系统有用的硬件资源来确定的啪1 。 节点即可以显示为一个类型，也可以显示为一个实例，因为节点实际上也是一个 类。当节点作为类型显示的时候，它描述了一个处理机或设备类型的特征；而当节点 作为实例显示的时候，它描述的是该类型的实际出现。在图形上节点被绘制为一个三 维立方体，其内部为节点名。并且，同类和对象的标记法一样，如果该符号代表的是 一个实例，则应该在其名称上加下划线。 节点是通过通信关联连接到一起的，这种连接的绘制方法同普通的关联一样，只 需要使用一条直线即可，它表明在其所连接的两个节点之间存在某种形式的通信路径， 而这两个节点就是通过该通信路径来交换对象或发送消息的。 9 2 2 5 状态图 状态图就是将系统中的各种情景、状态与规则忠实的表现出来，让开发者能随时 掌握与了解整个系统的运作方式。所要呈现的就是程序当中要有哪些状态，以及有哪 些事件会造成程序状态的改变。 2 2 6 活动图 在u m l 中，活动图是为系统的动态方面建模的图之一。活动图主要是一个流图， 描述了从活动到活动的流，活动是在状态机中进行的一个非原子的执行，它由一系列 的动作组成。动作是由可执行的不可分的计算组成，这些计算可以引起系统的状态发 生变化或者返回一个值，例如调用另一个操作，发送一个信号，创建或破坏一个对象， 或者是纯粹的计算等都是动作。 交互作用图强调从对象到对象的控制流，活动图则强调从活动到活动的控制流。 活动图可以用来描述对象在控制流的不同点从一个状态转移到另一个状态时的对象 流。顺序图强调了消息的时间，协作图强调了交互作用的对象的结构关系。交互作用 图着眼于传递消息的对象，活动图则着眼于在对象间传递的操作乜订吻1 。 活动图是根据对象状态的变化来确定动作与动作的结果。在活动图中，一个活动 结束后将自动进入下一个活动；而在状态图中，状态的跃迁可能需要事件的触发。 活动图主要包括下列元素： 活动状态 跃迁 ： 对象 活动图是一种特殊的状态机，在该状态机中，大部分的状态都是活动状态，大部 分跃迁都是由源状态活动的完成来触发的。由于活动图是一种状态机，状态机的所有 特性都适用于活动图，也就是说，活动图可以含有简单状态，组合状态，分支，分叉 和联接。 用来获取用例模型中的活动和行为的表现，它的本质是数据流，通过数据流来显 示一个活动的动作的控制流程。动作表示一个基本的计算步骤，活动节点表示一组动 作或者活动的集合。活动可以描述顺序的或并发的设计操作。 活动图表示在处理某个活动时，两个或者更多类对象之间的过程控制流。业务单 元的级别分为两种分别是高级别和低级别，活动图对第一种级别进行业务过程建模， 对第二种级别进行内部类操作建模。因为活动图能够被人们很快的理解。所以高级别 更适合利用活动图进行建模。u m l 的功能可以用表2 - 1 来描述。 1 0 表2 - 1u 札功能图 类型名称功能 图用例图用例图从用户角度描述系统功能，并指出各功能的操作者 静态图类图描述系统中类的静态结构，在系统的整个生命周期都是 有效的 包图用于描述系统的分层结构 行为图状态图描述了一个类对象的所有可能状态以及事件发生时状 态的转移条件。通常状态图是对类图的补充 活动图描述为满足用例要求所要进行的活动以及活动间的约 束关系 交互图顺序图用以显示对象之间的动态合作关系 协作图同顺序图是等价的，但着重描述对象间的协作关系 实现图构件图描述代码部件的物理结构和各部件之间的依赖关系 u事 配置图定义系统中软硬件的物理结构 务 结用例与外界用户交互中的实例行为说明 构类以建模系统中的概念 m 事接口刻画行为特征的操作名称集扮演角色对象之间的上下 务协作文中的关系 活动类对拥有线程并可发起控制活动对象的抽象 组件系统的一个有明确接口定义的模块化部分 节点计算资源 l 行为交互表示消息的流向与类型 事务状态机对象的一个或多个状态的集合 组织 包有组织地将一系列元素分组的机制 事务 关 辅助注释解释部分 事务 系 关联表明对象与对象之间有联系 关系 依赖表明对象之间的依赖性 关系 泛化一般元素和特殊元素之间的分类关系 关系 实现规格说明与实现之间的关系 关系 2 3 面向对象 目前的软件开发多采用面向对象的观点进行建模。参照这样的方法，所有软件系 统都用对象或类作为其主要构造块。简单地讲，对象是从问题空间或解空间的词汇中 抽取出来的东西；类是对具有共同性质的一组对象的描述。每一个对象都有标识、状 态和行为。 软件开发方法的主流部分是面向对象，其原因很简单，因为实际已经表明，它适 合于在各种问题域中建造各种规模和复杂度的系统。此外，当前的大多数程序语言、 操作系统和工具在一定的程度上都是面向对象的，而且提供更多按对象来观察世界的 理由。 面向对象技术与传统软件工程的功能方法不同，它是以对象为中心的方法，能比 较好的反映问题域中的事物，对问题域的观察、分析、认识和设计都很直接。同时它 还支持软件的重复使用，为后继工作和类似软件的开发奠定了良好的根基。与传统的 结构化方法比较，面向对象在系统软件开发方面具有其独到之处具体体现为以下几点： ( 1 ) 在构造现实生活中的模型方面，面向对象技术的系统结构是很接近现实世界 的，所以说面向对象技术的系统结构能够自然、方便、贴切地描述现实世界。 ( 2 ) 由于对象的实现与对象的说明定义是分开的，而不是紧密藕合的，所以能够提 高软件系统的稳定性，改善软件的可维护性。 ( 3 ) 继承性使系统编码具有良好的可扩展性和可重用性1 。不需要修改源代码就可 以增加新属性，或删除过时无用的属性，操作或对象在创建新的子对象类的过程中。 ( 4 ) 面向对象技术容许用户重用可再用的软件构件库来为新的软件应用构造软件 模块或软件单元。 因此，相对于传统结构化方法来说，面向对象方法更能轻松的表达系统需求，开 发具有很大弹性，并且能够适应日益更新信息与功能的系统。 u m l 的面向对象分析设计过程是这样的：首先把运用u m l 对面向对象的分析设计过 程分成以下三个步骤进行： ( 1 ) 确定用例和角色，这个阶段类似于软件工程的需求分析阶段，首先要通过对业 务流程图、数据流程图以及系统中的用户，通过分析和比较，得出系统中的所有用例 和角色。接下来对系统中的角色和用例的层次关系进行比较分析和确定。最后借助u m l 建模工具画出用例图然后建立概念层模型，描绘出概念层类图和活动图。 ( 2 ) 对类系统进行分析，此次分析的目的是要找出系统的所有需求点并加以描述， 通过建立领域模型描述类之间的关系，便于研发人员勘察用例。 ( 3 ) 系统设计，系统设计阶段是对类及类行为的设计，此阶段主要包括结构设计和 详细设计。 结构设计任务是定义包以及包之间的关联和通信机制。其中包主要表达系统的 逻辑结构以及各部分之间的关联。结构设计是属于高层设计。 1 2 详细设计任务是把包的内容进行扩展并具体分析所有的类，在特殊环境下这些 类的实例的行为通过u m l 的动态模型进行描述。 第三章计算机组卷系统的u m l 建模研究 3 1 计算机组卷系统的功能需求 在软件开发过程中，系统需求分析是软件系统开发设计的目标所在，是至关重要 的环节，想要明确用户到底需要一种什么样的软件，通过软件需求分析，可以达到软 译设计人员和用户之间全面和深入的沟通。 。 一 教育部门对系统的性能提出了更高的要求是建立一个集自动化、信息化、网络化 为一体的系统，该系统可以支持教学管理相关部门高效的管理业务和事务的功能，并 为其它相关教师提供全面及时的信息和数据。设计的系统应达到以下几方面的要求： ( 1 ) 功能实用：根据生成试卷的流程，提供计算机组卷系统功能。 ( 2 ) 技术先进：采用先进的计算机软硬件技术，确保本系统在很长的时间内都可以 应用。 ( 3 ) 高效稳定：系统运行速度快、效率高，各种人为操作错误都可以有效的避免， 维护数据的完整性。 ( 4 ) 易于操作：系统界面设计简洁、容易使用、易维护、适于非计算机人员使用。 ( 5 ) 安全可靠：应具有安全高效的身份认证，权限检查机制，防止信息泄密和对保 密信息的非法侵入。 为了适应规范化、科学化、现代化考试的要求，系统具有以下特点： ( 1 ) 开放性 系统所研发的组卷系统适用于各类课程的书面型考试，录入试题，这样可以简便 的对试题库库进行使用和修改。而试卷的题数可以自定义。在此组卷系统中，有一个 控制试卷各种参数的配置文件，在系统下可对系统配置方便地实行加载( 1 0 a d ) 、修改 ( m o d i f y ) 、储存( s a v e ) 。 ( 2 ) 实用性 组卷系统可由配置文件定义出卷的格式。系统运行时，可对选题范围直接进行修 改，而且都是以文件的形式指定出选题范围，动态显示当前出题的进度。出题开始后， 可以观察出出题的题号和在同一文件中抽取的进去条。试卷及其答案一并给出。如果 在题目没有给出答案的时候，也不出错，将题号显示在答案上。 ( 3 ) 交流性 可将每份试卷直接上传至互联网以便交流。同时在每次考试结束后将试卷和评分 标准公布在网络上，便于考生对照参考答案，对试卷进行交流讨论这也是对试卷 质量的检验。 组卷系统最基本的目的是根据用户的要求以及对性能要求的分析，组出一份符合 要求的、高质量的试卷。对于一个组卷系统，它应该满足如下的功能要求心4 1 ： 1 4 ( 1 ) 提供试题的录入、编辑、查询及修改功能。这是本系统所应具备的最基本的功 能，也是必须具备的功能。 ( 2 ) 提供“多科多类”的组卷功能，用户可以根据试卷的需求自己决定，即为可以 服务于多个学科、多个阶段、多难度层次的试卷生成。为考纲要求