（计算机软件与理论专业论文）基于回答集语义复杂信息系统软件需求模型的研究.pdf

中文摘要 摘要 基于回答集语义复杂信息系统软件需求模型的研究 专业：计算机软件与理论 博士生：万海 指导教师：李磊教授 完整、准确地获取和描述用户需求、无二义地向系统设计人员说明需求、并对 需求规格说明进行合理的规划与检测，对于实现以业务流程自动化、为企业或事业 单位提供综合信息化平台为特征的复杂信息系统( c i s ：c o m p l e xi n f o r m a t i o ns y s t e m ) 软件项目开发的成败至关重要。 论文介绍了c i s 需求获取与分析的研究现状，对需求工程形式化方法与理论 进行了综述。针对开发c i s 在需求获取、需求规格说明和需求验证等方面存在的 问题，提出了描述需求问题空间静态关系的“主谓宾状”需求元模型m r 。以 m r 。一为基础，以表单业务流程为核心，提出了描述需求问题空间动态行为关系的 复杂信息系统需求模型c j s 兄m 。 为了描述c i s 领域的非确定需求，并在需求获取不完全的情况下对需求规格说 明进行非单调推理，本文将回答集逻辑程序和基于因果关系的动作理论应用于需求 描述与验证。针对c i s 需求问题空间规模较大的特点，将动作描述语言c 与动作查 询语言q 结合形成动作语言l ，上。是具有动态因果法则、静态因果法则和惯性法则 的动作语言，可以描述动作的非直接效果。基于k 提出了需求描述语言g ，s r l ， 并用于描述需求规格说明并可转换为回答集逻辑程序作为求解器的输入。开发了复 杂信息系统需求工具g i s r t o o l ，并研究了如何对基于回答集语义的需求规格说明 进行多层次规划和检测的问题。 “主谓宾状”需求元模型m r 。对需求问题空间各个元素及其相互关系进行 多层次和多视点组合描述。复杂信息系统需求模型a s r m 由业务流程层、多流程 交互层和业务结构层构成，其形式语义是对需求规格说明进行规划与检测的基本前 提。业务流程层以表单( 宾语0 巧) 生命周期作为业务流程描述的基本单位，以表单 项为基础表示表单状态，以表单业务表示表单状态的转换，构造基于表单的、扩展 的有限状态机( 以表单状态为节点，以表单业务、触发事件和伺服条件为有向弧构 成有向图) 。多流程交互层以表单间传递消息作为业务流程交互的基础，表示串行流 程、同步流程、异步流程、主流程与子流程和嵌套流程等类型，可以描述c i s 系统 的全局流程。业务结构层以界面作为表单业务的基本单元，表示用户( 主语s u b ) 对 第1 页共1 1 1 页 中文摘要 界面完成的操作，包括：对表单中的表单项( 宾语0 b j ) 实施的原子动作( 谓语p r e ) 、 接收消息、发送消息和打印操作；界面的先后关系利组成界面操作的并发关系用状 语( a d v ) 表示。以m 忍和c i s r m 为核心描述需求，较好地把握了需求描述的粒 度，可以自然、全面地描述c i s 功能性与非功能性需求。本文提出的c i s 需求获取 方法与过程可以实现需求阶段的小步骤和平滑过渡。 在正确获取和描述需求规格说明的基础上，可以将基于c i s r l 。的需求规格说 明转换为回答集逻辑程序，进行多层次规划和检测：在业务流程层检测业务流程的 合理性，并对单流程业务进行规划：在多流程交互层检测消息的一致性与合理性， 并根据流程问消息的类型与交互方式对表单间数据源向关系进行规划：在业务结构 层检测宾语一致性、消息和打印数据、以及界面的合理性，并进行需求定位规划和 主语角色权限规划。 利用回答集逻辑程序求解器s m o d e l s ，本文开发了( i s 需求工具c i s r t o o l 。 c i s r t o o l 实现了图形化输入、需求规格说明自动生成，可以对需求规格说明进行 规划和检测，实现需求规格说明的原型化验证。本文的研究来自工程项目实践的总 结与提高，研究成果得到具体的应用。 最后，总结全文并提出了下一步研究工作。 关键词：复杂信息系统，回答集，需求工程，元模型，需求规格说明，规划与检测 第2 页，共1 1 1 页 英文摘要 a b s t r a c t r e s e a r c ho nc o m p l e xi n f o r m a t i o ns y s t e mr e q u i r e m e n t sm o d e lb a s e do n m a j o r n a m e s u p e r v i s o r a n s w e rs e ts e m a n t i c s s o f t w a r ea n dt h e o r yc o m p u t e rs c i e n c e 、m a n h a i p r o f e s s o rl il e i e l i c i t i n ga n dd e s c r i b i n gu s e rr e q u i r e m e n t sc o r r e c t l ya n dc o m p l e t e l y , d e f i n i n gc o n s i s t e n t a n du n a m b i g u o u sr e q u i r e m e n t sf o rd e v e l o p e r s ，a n dh e l p i n gp l a n n i n ga n dc h e c k i n gr e q u i r e m e n t ss p e c i f i c a t i o n ，i si m p o r t a n ta n dc r i t i c a lf o rc o m p l e xi n f o r m a t i o ns y s t e m ( c 1 s ) d e v e l o p m e n t ，w h i c hi sf e a t u r e da sa u t o m a t i n gb u s i n e s sp r o c e s sa n dp r o v i d i n gc o m p r e h e n s i v ea n d i n t e g r a t e di n f o r m a t i o np l a t f o r mf o re n t e r p r i s eo rg o v e r n m e n ta p p l i c a t i o n s t h i sd i s s e r t a t i o ni n t r o d u c e st h es t a t eo fa r t so fc 1 sr e q u i r e m e n t se l i c i t a f i o na n da n a l y s i s ，s u r v e y sr e q u i r e m e n t se n g i n e e r i n gf o r m a lm e t h o d sa n dt h e o r y , a n dp r e s e n t st h ea v e n u e s o f r e s e a r c ho na p p l y i n ga r t i f i c i a li n t e l l i g e n c ea n df o r m a lm e t h o di nc 1 sr e q u i r e m e n t sp h a s e i no r d e rt os o l v et h ep r o b l e m so f r e q u i r e m e n t se l i c i t a t i o n ，s p e c i f i c a t i o n ，c h e c k i n ga n dv a l i d a t i o n ，m r 。m ( s u b j e c tp r e d i c a t eo b j e c ta d v e r b i a lr e q u i r e m e n t sm e t a m o d e l ) i sp r o p o s e d ， w h i c hc a nr e p r e s e n ts t a t i cr e l a t i o n s h i pi nr e q u i r e m e n t sp r o b l e ms p a c e b a s e do nm r s p 。n ， c l e w e d a n d c o r e db yf o r mb u s i n e s s p r o c e s s ，c 1 s r m ( c 1 s r e q u i r e m e n t s m o d e l ) i sp r e s e n t e d t od e s c r i b ed y n a m i cb e h a v i o rr e l a t i o n s h i pi np r o b l e ms p a c e i no r d e rt od e p i c tn o n d e t e r m i n a t i o nr e q u i r e m e n t so fb u s i n e s sp r o c e s s e s ，p r o c e s sn o n m o n o t o n i cr e a s o n i n g ，t h i sd i s s e r t a t i o na p p l i e sa n s w e rs e tp r o g r a m m i n ga n da c t i o nt h e o r ya s t h ef o u n d a t i o no f r e q u i r e m e n t sd e s c r i p t i o na n dv e r i f i c a t i o n a sf a ra st h ef e a t u r eo fc i sl a r g e s c a l ep r o b l e ms p a c ei sc o n c e m e d ，i nc o m b i n a t i o nw i t ha c t i o nd e s c r i p t i o nl a n g u a g eca n d q u e r yl a n g u a g eq ，a c t i o nl a n g u a g el di sp r o p o s e dw i t hd y n a m i c ，s t a t i ca n di n e r t i a lc a u s a l l a w s ，b a s e do nw h i c hc i s r l o ( c i sr e q u i r e m e n t sd e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) i sg i v e n ，s e r v - i n ga sd e s c r i b i n gr e q u i r e m e n t s f o rt h ep u r p o s eo fi m p r o v i n gc i sr e q u i r e m e n t sa u t o m a t i c s t a n d a r d ，c i s r t o o ib a s e d o na n s w e rs e ts o l v e rs m o d e l si sd e v e l o p e dt oh e l p i n gr e q u i r e m e n t ss p e c i f i c a t i o nh i e r a r c h i c a lp l a n n i n ga n dc h e c k i n gb a s e do na n s w e rs e ts e m a n t i c s a sm r 。口d e s c r i b i n gc i sr e q u i r e m e n t sp r o b l e ms p a c ew i t hh i e r a r c h i c a la n dm u l t i v i e wp o i n t s ，c i s r mc a nb er e p r e s e n t e da st h el o g i c a lc o m b i n a t i o no ft h r e el a y e r sw i t h 第3 页共1 1 1 页 f o r m a l i s ms e m a n t i c s ，w h i c hi st h ep r e m i s eo f r e q u i r e m e n t ss p e c i f i c a t i o np l a n n i n ga n dc h e c k * i n g b u s i n e s sp r o c e s sl a y e rd e s c r i b e st h ee f f e c t so f f o r mb u s i n e s s e so nf o r ms t a t e sc o r e dw i t h f o r ml i f ec y c l e ( 。酚) a sb u s i n e s sp r o c e s sb a s i cu n i ta n dd e f i n e st r a n s i t i o ns y s t e mw i t hn o d e s c o r r e s p o n d i n gt of o r ms t a t e sa n da r c sl a b e l l e db yf o r e lb u s i n e s s e s ，t r i g g e r e de v e n ta n ds e r v o c o n d i t i o nb a s e do ne x t e n d e df i n i t es t a t em a c h i n e m u l t i p r o c e s si n t e r a c t i v el a y e re x p r e s s e s c i s g l o b a lp r o c e s s e sb a s e d o ni n t e r a c t i v e m e s s a g e sb e t w e e nf o r mb u s i n e s s e sp r o c e s s e s ，c l a s - s i f t e da sc h a i n e dp r o c e s s e s ，s y n c h r o n o u sp r o c e s s e s ，a s y n c h r o n o u sp r o c e s s e s ，m a i np r o c e s s w i t hs u b p r o e e s s ，a n dn e s t e dp r o c e s s e s ，e t c ，b u s i n e s ss t r u c t u r el a y e rc o n s i s t so fu s e ri n t e r - f a c e sa sf o r mb u s i n e s si n g r e d i e n t ，i nw h i c hi n d e p e n d e n ti n t e r f a c ei n d i c a t e sw h i c hu s e r ( s u b ) p r o c e s s e sw h a to p e r a t i o n s ，i n c l u d i n g ：b a s i co p e r a t i o nf p r e ) w i t ha t o ma c t i o no nf i e l d ( o h j ) ， r e c e i v i n ga n ds e n d i n gm e s s a g e ，a n dp r i n t i n go p e r a t i o n ，a n da d vc o n c e r n i n gi n t e r f a c ed e n o t e s n o to n l ys e q u e n c er e l a t i o n s h i pb e t w e e ni n t e r f a c e sb u ta l s os y n c h r o n o u so p e r a t i o n si ns i n g l ei n t e r f a c e 。f u r t h e r m o r e , c i sr e q u i r e m e n t se l i c i t a t i o nm e t h o da n dp r o c e d u r ei sd i s c u s s e d a n dp r e s e n t e d ，w i t hw h i c hc i s r e q u i r e m e n t ss p e c i f i c a t i o nc a nb eg e n e r a t e dw i t hr e a s o n a b l e a p p r o a c h i ti sd e m o n s t r a t e dm 忍ba n dc i s r mc a nd e s c r i b er e q u i r e m e n t sn a t u r a l l y , i n c a m a t eg l o b a lb u s i n e s sp r o c e s s ，a n de m b o d yf u n c t i o n a la n dn o n - f i m c t i o n a lr e q u i r e m e n t s a f t e rt r a n s f o r m i n gr e q u i r e m e n t ss p e c i f i c a t i o nb a s e do nc i s r l oi n t oa n s w e rs e tp r o * g r a m ，i ti si n t e r e s t i n gt od e m o n s t r a t eh o wr e q u i r e m e n t ss p e c i f i c a t i o nc a l lb ep l a n n e da n d c h e c k e di nd i f f e r e n tl a y e r s ，i n c l u d i n gs i n g l eb u s i n e s sp r o c e s sp l a n n i n ga n dr e a s o n a b l e n e s s c h e c k i n gi nb u s i n e s sp r o c e s sl a y e r , f o r md a t ao r i g i n a lr e l a t i o n s h i pp l a n n i n ga n di n t e r a c t i v em e s s a g e sc o n s i s t e n ta n dc o m p l e t e n e s sc h e c k i n gi nm u l t i p r o c e s si n t e r a c t i v el a y e r , a n d r e q u i r e m e n t sl o c a l i z a t i o np l a n n i n g ，r o l ef u n c t i o na u t h o r i t yp l a n n i n g ，o p e r a t i o nc o n s i s t e n t c h e c k i n ga n di n t e r f a c er e a s o n a b l e n e s sc h e c k i n gi nb u s i n e s ss t r u c t u r el a y e r b a s e do na n s w e rs e ts o l v e rs m o d e l s , c i s r t o o li sd e v e l o p e dw i t hg r a p h i c a li n p u t ，s p e c i f i c a t i o na u t o m a t i cg e n e r a t i o n ，p l a i m i n ga n dc h e c k i n ga n dr e q u i r e m e m sa n a l y s i s d i a g r a m sa u t o m a t i cg e n e r a t i o n + b ya p p l y i n gt h em e t h o da n da p p r o a c hp r o p o s e di nt h i sd i s s e r t a t i o nt oc i sd e v e l o p i n ga p p l i c a t i o n i ti sc l e a rt h a ti th e l p st oc a p t u r eb u s i n e s sf l o w - c e n t r i cf u n c t i o n a la n dn o n f u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t si n c r e m e n t a l l ya n di t e r a t i v e l y , r e p r e s e n t r e q u i r e m e n tm o r ed e c l a r a t i v ea n dp r e c i s e ，e l i m i n a t et h em i s c o m m u n i c a t i o nb e t w e e nu s e r s a n dd e v e l o p e r s ，a n da s s u r et h ec o r r e c t n e s so f t h ea r t i f a c t s 。 f i n a l l y , w ed r a wa c o n c l u s i o na n ds h o wt h ep r o s p e c to ff u r t h e rr e s e a r c h k e yw o r d s ：c o m p l e xi n f o r m a t i o ns y s t e m ，a n s w e rs e t ，r e q u i r e m e n t se n g i n e e r i n g ，m e t a m o d e l ，r e q u i r e m e n t ss p e c i f i c a t i o n ，p l a n n i n ga n dc h e c k i n g 第4 受，共1 1 1 页 插图 插图 1 l c i s 需求演化、迭代过程示意网 j 2 开发c 1 s 参与人员分工与职责示意图 1 3 彤式化方法在c i s 需求阶段的作用 2 1 林方真的s u i t c a s e 问题 2 2 3 , 1 i t c a s e 问题状态一动作转换图 3 1“主谓宾状”需求元模型m 忌。示意图 4 1 复杂信息系统需求模型c s 兄层次结构 4 2 表单状态表单业务基本动态行为关系 4 3 表单状态一表单业务扩展动态行为关系 44 表单状态问同前提关系与同结果关系 45 五类典型界面 46 表单业务特例， 4 7 流程交互异步关系与同步关系 4 8 典型流程交互方式 4 ，9 异步交互方式， 4 1 0i 司步交互方式 4 1 l 主流程与子流程协作 4 1 2 伺服条件决定主语操作权限 4 1 3 取款审批业务不同需求描述方法 5 1 c i s 需求获取与分析过程， 5 2“订单验证、处理流程”业务示意图 5 3 订购单业务流程示意图 5 4 信用卡查询业务流程示意图 5 5 订单业务流程示意图 5 6 订单明细单业务流程示意图 5 7 典型接收消息与发送消息界面 6 ，l 表单数据源向关系示意图， 7 1 g ，s r t f 体系结构 7 2 部门图元 第7 页，共1 1 1 页 4 ，b 笛拍 卯 驰锣钾豇观轮舄钳巧卯鼹毋 的他弭艿；2 舛 眇 捅图 7 3 主语、宾诏圈元， 7 ，4 业务流程图元 7 5 界丽逻辑网元 7 6 表荦单流程规划统计示意图 77表单交互流程规划统计示意图 第8 页。共1 1 1 页 9 l 9 l 9 2 9 3 9 4 表格 表格 1 1 c i s 需求阶段结构化方法与面向对象方法比较分析 1 2 需求工程工具、 1 1 3 按形式化方法的理论基础分类 1 4 按所描述系统的特性分类， 1 5 按形式化规格技术的描述特征分类 2 1 a s p 与p r o l o g 比较分析 业务相关部门、用户角色和主语 表单、表单项和宾语 订购单表单状态 汀单表单状态 订单明细单表单状态 表单单流程规划结果统计 表单交互流程规划结果统计， 本文提出方法与其它方法比较分析 第9 页，共1 1 1 页 ，心挖b 加 仍乃弭弭乃 舛鲐 1 2 3 4 5 l 2 3 5 5 5 5 5 7 7 7 第一章引言 第一章引言 高品质的软件设计源自彻底的软件需求，完整、正确的需求规格说明对于复杂 信息系统软件项目开发的成败至关重要。本章通过分析复杂信息系统的特点明确需 求阶段的内容与任务，对需求工程的研究现状、典型方法与支持工具进行综述；分 析应用于需求工程的形式化方法与理论，提出本文的研究内容与研究方法。 1 1 复杂信息系统的软件需求 1 1 1 复杂信息系统的特点 随着以实现业务流程自动化、为企业或事业单位提供综合信息化平台为特征的 复杂信息系统( c i s ：c o m p l e xi n f o r m a t i o ns y s t e m ) 1 ，2 用户需求问题空问向广度和 深度不断扩展( 如：分布式应用、继承遗留系统或配合业务过程重组实现业务流 程柔性配置等) 应用规模和复杂度不断提高( 从数据集成、过程集成到应用集 成【3 】) ，解空问技术的不断进化( 如：工作流技术、组件技术、复用技术、再工程 技术和中间件技术等) ，正确地获取和描述用户需求、无二义地向系统设计人员说 明需求、管理需求并维护其一致性对于c i s 软件项目开发的成败至关重要。 本文主要对c i s 软件项目开发如何进行需求获取、描述、分析和验证 进行研究。开发( i s 一直是信息化技术、软件工程和需求工程领域的研究 热点，大致经历了：m i s ( m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ) 、p d m ( p r o d u c td a t a m a n a g e m e n t ) 、m r p ( m a t e r i a l sr e q u i r e m e n tp l a n n i n g ) 、m r p i i ( m a n u f a c t u r er e s o u r c ep l a n n i n g ) 、e r p ( e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g ) 、s c m ( s u p p l yc h a i nm a n a g e m e n t ) 、电子商务和电子政务等阶段；功能日益扩展，从最初的信息检索、数据 集成到业务流程自动化处理、业务集成和功能集成，具有不同于传统软件的特征。 复杂信息系统的主要功能特点体现在： 系统应用涉及多个单位或部门的不同用户，应用规模较大； 提供综合信息录入和检索平台： 提供跨单位或跨部门的数据融合、集成和共享平台； 继承现有遗留系统，实现无缝集成； 配合业务过程重组，实现业务流程柔性配置和自动化处理； 用户需求具有个性化特征，软件系统需要专门定制或二次开发； 业务流程与表单( 如：表格、单据或任务说明等) 的处理过程密切相关。 开发和应用c s 对提升企业或事业单位的管理水平意义重大，现有研究大多集 中在软件体系结构或具体实现技术的研究，( 如：工作流技术研究如何根据过程规 第1 页 共1 1 1 页 第一章引言 则，完全或者部分自动执行业务过程，使得文档、信息或任务能够在不同的执行者 之间传递与执行【4 ，5 ) 。但是c i s 需求阶段的工作没有引起足够的重视，也没有形成 一套完整、良好的需求获取、定义、描述以及分析的理论和方法。 由于开发c 1 s 涉及的部门和用户众多，与业务紧密相关的表单数量庞大，需要 自动化处理的业务流程又常存在二义性描述和经常性修改，这会导致所获取、描述 的需求不准确或不全面。另外，在需求获取与需求描述、需求分析与系统设计等不 同阶段采用不同的描述语言会导致描述转换错误；由于错误的积累和放大作用，通 常需求阶段的错误会3 5 倍地放大到系统实施或维护阶段，导致c i s 系统开发常常 出现项目实施拖延、返： 甚至中止。因为c i s 项目实施直接关系每个用户的具体业 务，如果系统设计不完善或不合理，会直接影响日常业务，甚至造成负面影响。 产生这些问题的原因在于对用户需求的获取、描述不够准确和全而，对业务流 程理解不够深刻。在实际软件开发项目中，近一半以上的软件项目失败都涉及需求 阶段的问题1 6 】：s t a n d i s hg r o u p 公司的c h a o s 报告显示，从1 9 9 5 年至u 2 0 0 1 年美国全国 范围内的大型软件系统( 大部分具有c i s 特征) 的开发与研制中，4 9 的项目是失败 的，2 3 的项目因故取消，其中涉及需求阶段的原因占4 5 7 】；文献| ： ；1 指出需求阶 段是软件开发的重要阶段，当项目失败时，需求问题通常是主要原因之一。 正是由于c i s 问题空间研究内容的增多与扩展，解空间新技术的不断出现，给 c i s 需求阶段的研究提出了新的课题，传统方法已不再适用。本文希望通过分析c l s 的特点提出一套合理的、实用的、针对c i s 项目开发的需求获取、描述与分析方 法；应用人工智能领域知识表示和推理方法对需求规格说明进行规划和检测，保证 输入到软件设计阶段的需求是完整的和正确的。 1 1 2c i s 需求阶段的内容与任务 c i s 需求阶段是软件设计开发的输入阶段，贯穿整个软件生命周期，是需求 工程( r 露：r e q u i r e m e n t se n g i n e e r i n g ) 研究的重要课题；通过捕获用户需求，设计并 用一种语言描述需求( 需求规格说明) ，在用户和系统设计人员之问形成契约，回 答“系统必须做什么”；支持需求演进，实现软件需求的跟踪管理利控制 9 】。k a r l e w i e g e r s j 需求工程研究划分为需求开发和需求管理【1 0 】；需求工程可分为系统需 求工程( 由软硬件共同组成的系统) 和软件需求工程( 专门针对纯软件部分) 。c i s 需 求阶段的研究内容属于针对特定应用领域的软件需求工程。 c 1 s 需求阶段的内容与任务由c i s 本身的特点决定，常划分为三个层次 6 ，1 1 ： 系统需求与业务需求，反映部门或用户对软件系统高层次的目标要求； 业务流程的用户需求，描述用户使用软件系统必须要完成的任务： 软件系统执行的功能需求( 软件功能) 和非功能需求( 解决方案的约束条件) 。 本文把与c i s 需求阶段的相关因素概括为三个方面：采用的技术、需求阶 第2 页共1 1 1 页 第一章引言 段涉及的元素、实施需求工程的过程；又可划分为二个层面：需求管理层面( 说 明：“每人每天每件事”) 、需求技术层面( 说明：“何人采用何种方法或过程如 何完成何种工作”) 。本文主要研究c i s 需求技术层面的内容。 对c i s 需求阶段所涉及因素进行形式化分析，假设： 问题空间，包括：部f d e p 、用户u s e 、遗留系统s y s 、表单f o r 、表单 项f i e 、操作o p e r 、业务流程f l o 、操作条件与规则肋f 、用户需求与目标r e q 等： 解空间p ，包括：数据关系d a 、用户角色权限r o f 、操作流程p r o 、系统模块 配置c o n 、界面i n t 等： c i s 需求规格说明s ； c i s 需求阶段的任务可以理解为在问题空间e 的过程，形式化表示为： p 。e s 通过s 描述需求，得到解空间p 需求分析人员获得s 是建立在问题空间与用户目标的基础上，形式化表示为 s d 印，u s e ，s y s ，f o r ，f i e ，o p e r ，f l o ，r u l ，r e q ( 1 2 ) 系统设计人员以s 为依据进行设计和开发，形式化表示为： d a ，r o l ，p r o ，c o n ，i n t ps ( 1 3 ) 总结以上分析，可以得到c i s 需求阶段的特点： s 是需求阶段的总结，又是设计阶段的输入； c i s 需求过程的复杂性在于：问题空间的元素繁多、关系复杂、描述困难， 如：操作o p e r 是由用户u s e 实施，业务流程f l o 涉及对表单f o r 、表单项f i e 的操作， 操作条件与规则舰f 可以看作是业务流程f l o 的约束条件，用户需求与目标r e q 的确 定和部i d e p 、业务流程f l o 或遗留系统s y s 等有直接关系； 问题空间e 与解空间p 的各个元素之间存在映射关系，如：u s e o p e r x f o r r o l ，d e pxr e q 。c o n ，f o r f i e _ d a ，f l o _ p r o 等，但要详细、全面地刻画 这些映射关系却又是十分复杂的和困难的。 1 1 3c i s 需求阶段划分 h e r bk r a s n e r 定义需求工程生命周期由：需求定义和分析、需求决策、形成需 求规格说明、需求实现与验证、需求演进管理五阶段组成 1 2 1 ；文献【9 】将需求工程 活动划分为：需求获取、需求建模、形成需求、需求验证和需求管理。e r i c s s o n 公 第3 页、共1 1 1 页 第一章引言 司提出了r d e m ( r e q u i r e m e n td r i v e ne v o l u t i o nm o d e l ) 模型 i3 ：t e l e l o g i c 公司提出了 r e p e a t ( r e q u i r e m e n te n g i n e e r i n gp r o c e s sa tt e l e l o g i c ) 模型 1 4 1 。 根据6 8 需求阶段的内容与任务，本文把c i s 需求阶段划分为两个阶段：第一 阶段，需求分析人员引导j _ 户描述问题空间e ，形成需求规格说明s ；第二阶段，通 过s 向系统设计人员描述需求，在了解的基础上初步规划解空问p 。 第一阶段：通过与用户交流获取需求，观察问题空间并分析需求 一需求获取：引导用户描述问题空间，尽可能全面地捕获需求： 一需求分析：根据所获取需求，为问题空间和目标任务建立模型； 一需求描述：对模型进行细化分析，形成需求规格说明： 一需求验证：根据需求规格说明与用户沟通，逃一步细化需求并修正错误， 保证准确、无二义： 第二阶段：依据需求规格说明，向系统设计人员描述需求 一需求说明：根据需求规格说明向系统设计人员说明任务，明确需求边界， 使系统设计人员准确、无二义地了解用户需求与目标任务： 一初步验证：以需求规格说明为输入，通过符号执行、系统模拟或快速原型 等手段，验证需求规格说明的正确性和可行性。 = 尘越女；蹩 盈砬i 2 ：墼 图l ，lc i s 需求演化、迭代过程示意图 盖奠盔雠 需求管理贯穿c i s 需求阶段全过程，最终目标是准确、全面地了解问题空间， 初步规划解空间，需求演化、迭代过程可以用图1 1 来说明。c i s 需求阶段由对需求 第4 页，共1 1 i 页 第一章引言 规格说明非形式化自然语言描述、半形式化图形描述到形式化描述的需求说明维， 需求描述从初步、模糊的到精确、准确和无二义的需求内容维，需求分析人员从用 户获取需求到向系统设计人员说明需求的一致认同维等三维构成：共同组成从获取 需求阶段到说明需求阶段逐步迭代、反复求精、不断演化的时间维。 1 1 4c i s 需求阶段人员分工 开发c l s 要面对众多用户和不同角色，具有一定规模和复杂性。当项目较小的 时候，由少数几个开发人员就可以实施；但是由于c l s 问题空间十分复杂，即使同 个问题由不同人员来分析都会有不同的见解；因此，有必要界定软件开发中各参 与方所担任的角色，明确参与人员的分工与职责。本文将c i s 各参与人员分为三 类：用户、系统设计人员和联系二者的需求分析人员( 如图1 2 所示) 。 特征对应物有效性 需求规格说明 庐碲 茬莲壁盘o 孟旌越签 藤巡一篇+ 庶钒趔幽一一点鸿 图1 2开发c i s 参与人员分工与职责示意图 间 用户 一用户可细分为：软件投资者、客户方高层管理人员和软件用户，其中软件 投资者、客户方高层管理人员是系统需求与业务需求的提供者，软件用户 是业务流程的用户需求、功能需求和非功能需求的提供者： 一从用户角度的需求定义是：从外部发现目标系统满足用户要求的特点、功 能及属性； 需求分析人员 一需求分析人员获取和分析用户需求、编写需求规格说明、验证需求、向系 统设计人员说明和管理需求：通常认为需求分析人员属于系统开发人员， 第5 页，共1 1 1 页 第一章引言 但是由于他们是沟通用户与系统设计人员的桥梁，本文将其单独列出； 一从需求分析人员的需求定义是：引导用户对问题空间、目标系统的功能和 性能进行描述，为系统设计人员理解用户需求与设计目标提供最初模型； 系统设计人员 一系统设计人员可细分为：项目负责人、系统分析和设计人员、编程与测试 人员、质量保证人员、维护人员等；虽然他们处于软件生命周期的不同阶 段，但是他们的工作都是依据需求规格说明来进行的： 一从系统设计人员角度的需求定义是：需求是指明系统必须实现什么的规格 说明，描述了系统的行为、特征和属性，是开发过程中对系统的约束。 1 1 5c i s 需求规格说明 需求阶段完成的任务是以需求规格说明来体现，也是连接需求分析与系统设计 的桥梁，直接决定c l s 系统开发的成败与否。合格的需求规格说明应该具有如下 特征：正确性、无二义性、完整性、一致性、可验证性、可修改性、可跟踪性、 易理解性、整体性、及时性、面向用户客户、描述元数据、领域相关和可用性 等 1 5 - 1 9 】。需求规格说明的描述方法可分为：形式化方法、半形式化方法和非形式 化方法 2 0 。无论采用那利，方法，编写需求规格说明的目的在于： 帮助用户和需求分析人员确认需求的正确性和完整性： 便于系统设计人员无二义地理解用户需求； 作为软件系统设计与开发的依据； 易于验证需求的一致性与完整性。 为什么需求规格说明对于开发c i s 起到至关重要的作用? 这主要是由于c l s 目 标系统规模较大和功能较复杂决定的。需求规格说明可以在需求和可执行代码之间 提供中间确认过程，并保证这一过程的精确和无二义；是目标系统功能和性能的精 确描述，验证可执行代码正确性的基础。通过对需求规格说明的有效性检查可以帮 助系统设计人员较早发现错误并进行改正，有助于降低编码、测试和维护的成本， 系统设计人员对将要开发的目标系统会更加充满信心。 现在c i s 软件设计人员都能认识到编写合理、完整、正确的需求规格说明意义 重大，但是新的问题是如何编写符合要求的需求规格说明、编写什么样的需求规格 说明、以及怎么样对需求规格说明进行验证，这也是本文研究的主要问题。 1 1 6 研究现状与存在不足 目前，需求工程已经成为一个独立的研究领域，但针对c i s 需求阶段的研究 却没有成熟。虽然有大量方法和工具，例如：针对e r p 系统开发，c o l e t t e 用s a p 第6 页，共1 1 l 页 第一章引言 r 3 描述系统功能需求 2 1 】：利用现有商业系统c o t s ( c o m m e r c i a lo f f - t h e s h e l f ) 按用 户需求构建集成系统是近年研究的热点 2 2 】；p n i n a 提出o i s ( o f f - t h e s h e l fi n f o r m a t i o n