软件工程 第3版 教学课件 PPT 作者 张海藩 倪宁 第14章
121页1、第五篇 高级课题,第14章 形式化方法,根据形式化的程度,可以把软件工程方法划分成非形式化、半形式化和形式化三类。使用自然语言描述需求规格说明,是典型的非形式化方法。使用数据流图或实体关系图等图形符号建立模型,是典型的半形式化方法。,用于开发计算机系统的形式化方法,是描述系统性质的基于数学的技术,也就是说,如果一个方法有坚实的数学基础,那么它就是形式化的。,14.1 概述,14.1.1 非形式化方法的缺点 基本上使用自然语言描述的系统规格说明,可能存在矛盾、二义性、含糊性、不完整性以及抽象层次混杂等问题。,14.1.2 软件开发过程中的数学 数学最有用的性质之一是,它能够简洁、准确地描述物理现象、对象或动作的结果,因此是理想的建模工具。,在软件开发过程中使用数学的另一个优点是,可以在软件工程活动之间平滑地过渡。不仅功能规格说明,而且系统设计也可以用数学表达,当然,程序代码也是一种数学符号(虽然是一种相当繁琐、冗长的数学符号)。 ,数学作为软件开发工具的最后一个优点是,它提供了高层确认的手段。可以使用数学方法证明,设计符合规格说明,程序代码正确地反映了设计结果。,14.1.3 应用形式化
2、方法的准则 为了更好地发挥这种方法的长处,下面给出应用形式化方法的几条准则,供读者在实际工作中使用。, 选择适用于当前项目的符号系统。 应该形式化,但不要过分形式化。通常没有必要对系统的每个方面都使用形式化方法。, 应该进行成本/效益分析。 需要有形式化方法的顾问。, 不要放弃传统的开发方法。把形式化方法和结构化方法或面向对象方法集成起来是可能的,而且由于取长补短往往能获得很好的效果。, 应该建立详尽的文档。建议使用自然语言注释来配合形式化的规格说明,以帮助读者理解系统。, 不应该放弃质量标准。在系统开发过程中必须一如既往地实施其他SQA活动。 不应该盲目依赖形式化方法,这种方法并不能保证系统绝对正确。, 应该测试、测试再测试。由于形式化方法不能保证系统绝对正确,因此,软件测试的重要性并没有降低。 应该重用。即使使用了形式化方法,软件重用仍然是降低软件成本和提高软件质量的唯一合理的方法。,14.2 有穷状态机,利用有穷状态机可以准确地描述一个系统,因此是表达规格说明的一种形式化方法。,14.2.1 基本概念 下面通过一个简单例子介绍有穷状态机的基本概念。,图14.1 保险箱的状态转换图
3、,从上面这个简单例子可以看出,一个有穷状态机包括下述5个部分:状态集J、输入集K、由当前状态和当前输入确定下一个状态(次态)的转换函数T、初始态S和终态集F。,如果使用更形式化的术语,一个有穷状态机可以表示为一个5元组(J,R,T,S,F),其中:,J是一个有穷的非空状态集; K是一个有穷的非空输入集; T是一个从(J-F)K到J的转换函数; SJ,是一个初始状态; FJ,是终态集。,当前状态菜单+事件所选择的项下个状态为了对一个系统进行规格说明,通常都需要对有穷状态机做一个很有用的扩展,即在前述的5元组中加入第6个组件谓词集P,即把有穷状态机扩展为一个6元组,其中每个谓词都是系统全局状态Y的函数。,转换函数T现在是一个从(J-F)KP到J的函数。现在的转换规则形式如下: 当前状态菜单+事件所选择的项+谓词下个状态。,14.2.2 电梯问题 为了说明在实际工作中怎样使用形式化的方法,现在我们用有穷状态机技术给出电梯问题的规格说明。,电梯按钮的状态转换图如图14.2所示。令EB(e,f)表示按下电梯e内的按钮并请求到f层去。EB(e,f)有两个状态,分别是按钮发光(打开)和不发光(关闭)
4、。,更精确地说,状态是, EBON(e,f):电梯按钮(e,f)打开 EBOFF(e,f):电梯按钮(e,f)关闭,如果电梯按钮(e,f)发光且电梯到达f层,该按钮将熄灭。相反如果按钮熄灭,则按下它时,按钮将发光。上述描述中包含了两个事件,它们分别是:,图14.2 电梯按钮的状态转换图,EBP(e,f):电梯按钮(e,f)被按下 EAF(e,f):电梯e到达f层 为了定义与这些事件和状态相联系的状态转换规则,需要一个谓词V,(e,f),它的含义如下: V(e,f):电梯e停在f层,接下来让我们考虑楼层按钮。令FB(d,f)表示f层的按钮请求电梯向d方向运动,楼层按钮FB(d,f)的状态转换图如图14.3所示。,楼层按钮的状态如下。 FBON(d,f):楼层按钮(d,f)打开; FBOFF(d,f):楼层按钮(d,f)关闭。,如果楼层按钮已经打开,而且一部电梯到达f层,则按钮关闭。反之,如果楼层按钮原来是关闭的,被按下后该按钮将打开。这段叙述中包含了以下两个事件。,FBP(d,f):楼层按钮(d,f)被按下 EAF(1n,f):电梯1或或n到达f层 其中1n表示或为1或为2或为n。,图1
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