數據規范化

軟件系統經常使用各種長期保存的信息，這些信息通常以一定方式組織并存儲在數據庫或文件中，為減少數據冗余，避免出現插入異常或刪除異常，簡化修改數據的過程,通常需要把數據結構規范化。

通常用“范式(normal forms)”定義消除數據冗余的程度。第一范式(1 NF)數據冗余程度最大,第五范式(5 NF)數據冗余程度最小。但是，第一，范式級別越高,存儲同樣數據就需要分解成更多張表,因此，“存儲自身"的過程也就越復雜。第二，隨著范式級別的提高,數據的存儲結構與基于問題域的結構間的匹配程度也隨之下降,因此，在需求變化時數據的穩定性較差。第三，范式級別提高則需要訪問的表增多，因此性能(速度)將下降。從實用角度看來,在大多數場合選用第三范式都比較恰當。

通常按照屬性間的依賴情況區分規范化的程度。屬性間依賴情況滿足不同程度要求的為不同范式，滿足最低要求的是第一范式,在第范式中再進一 步滿足一些要求的為第一范式,其余依此類推。下面給出第一、第二和第三范式的定義。
(1)第一范式每個屬性值都必須是原子值，即僅僅是一個簡單值而不含內部結構。（不可再分）
(2)第二范式滿足第一范式條件，而且 每個非關鍵字屬性都由整個關鍵字決定(而不是由關鍵字的一部分來決定)。
(3)第三范式符合第二范式的條件，每個非關鍵字屬性都僅由關鍵字決定，而且一個非關鍵字屬性不能僅僅是對另一個非關鍵字屬性的進一步描述(即一個非關鍵字屬性值不依賴于另一個非關鍵字屬性值)。

實體-聯系圖

為了把用戶的數據要求清楚、準確地描述出來，系統分析員通常建立一個概念性的數據模型（也稱為信息模型）。概念性數據模型是一種面向問題的數據模型，是按照用戶的觀點對數據建立的模型。它描述了從用戶角度看到的數據，它反映了用戶的現實環境，而且與在軟件系統中的實現方法無關。

數據模型包括三種相互關聯的信息：數據對象、數據對象的屬性及數據對象之間的聯系。

數據對象

數據對象是對軟件必須理解的復合信息的抽象

所謂復合信息是指具有一系列不同性質或屬性的事物，僅有單個值的事物（例如寬度）不是數據對象。

數據對象可以是外部實體（例如產生或使用信息的任何事物）、事物（例如報表）、行為（例如打電話）、事件（例如響警報）、角色（例如教師、學生）、單位（例如會計科）、地點（例如倉庫）或結構（例如文件）等。

總之，可以由一組屬性來定義的實體都可以被認為是數據對象

數據對象彼此之間是有關聯的，例如，教師“教”課程，學生“學”課程，教或學的關系表示教師和課程或學生之間的一種特定的連接

數據對象只封裝了數據而沒有對施加于數據上的操作的引用，這是數據對象與面向對象的范型中的“類”或“對象”的顯著區別。

屬性

屬性定義了數據對象的性質

必須把一個或多個屬性定義為“標識符”，也就是說，當人們希望找到數據對象的一個實例時，用標識符屬性作為“關鍵字”（通常稱為鍵）

應該根據對所要解決的問題的理解，來確定特定數據對象的一組合適的屬性。

例如，為了開發機動車管理 系統，描述汽車的屬性應該是生產廠 、品牌、型號、發動機號碼、車體類型、顏色、車主姓名、住址、駕駛證號碼、生產日期及購買日期等。但是,為了開發設計汽車的CAD系統，用上述這些屬性描述汽車就不合適了,其中車主姓名、住址駕駛證號碼、生產日期和購買日期等屬性應該刪去，而描述汽車技術指標的大量屬性應該添加進來。

聯系

客觀世界中的事物彼此間往往是有聯系的。例如.教師與課程間存在“教”這種聯系，而學生與課程間則存在“學"這種聯系。

數據對象彼此之間相互連接的方式稱為聯系，也稱為關系。聯系可分為以下3種類型。

(1) 一對一聯系(1 : 1)

例如，一個部門有一一個經理，而每個經理只在一個部門任職，則部門與經理的聯系是一對一的。

(2)一對多聯系(1 : N)

例如,某校教師與課程之間存在對多的聯系“教”，即每位教師可以教多門課程，但是每門課程只能由一位教師來教。

(3)多對多聯系(M: N)

例如，下圖表示學生與課程間的聯系(“學”)是多對多的，即一個學生可以學多門課程,而每門課程可以有多個學生來學。

聯系也可能有屬性。例如，學生“學”某門課程所取得的成績，既不是學生的屬性也不是課程的屬性。由于“成績"既依賴于某名特定的學生又依賴于某門特定的課程，所以它是學生與課程之間的聯系“學”的屬性(見圖)。

實體-聯系圖的符號

通常,使用實體聯系圖(entity relationship diagram)來建立數據模型。可以把實體-聯系圖簡稱為ER圖,相應地可把用ER圖描繪的數據模型稱為ER模型。

ER圖中包含了實體(即數據對象)、關系和屬性3種基本成分.通常用矩形框代表實體,用連接相關實體的菱形框表示關系,用橢圓形或圓角矩形表示實體(或關系)的屬性，并用直線把實體(或關系)與其屬性連接起來。例如，上圖是某學校教學管理的ER圖。

人們通常就是用實體、聯系和屬性這3個概念來理解現實問題的，因此，ER模型比較接近人的習慣思維方式。此外，ER模型使用簡單的圖形符號表達系統分析員對問題域的理解,不熟悉計算機技術的用戶也能理解它,因此，ER模型可以作為用戶與分析員之間有效的交流工具，

狀態轉換圖

在需求分析過程中應該建立起軟件系統的行為模型。狀態轉換圖(簡稱為狀態圖)通過描繪系統的狀態及引起系統狀態轉換的事件,來表示系統的行為。此外,狀態圖還指明了作為特定事件的結果系統將做哪些動作(例如處理數據)

狀態

狀態是任何可以被觀察到的系統行為模式，一個狀態代表系統的一種行為模式。狀態規定了系統對事件的響應方式。系統對事件的響應,既可以是做一個(或一系列)動作 ，也可以是僅僅改變系統本身的狀態,還可以是既改變狀態又做動作。在狀態圖中定義的狀態主要有:初態(即初始狀態)、終態(即最終狀態)和中間狀態。在張狀態圖中只能有一個初態 ,而終態則可以有0至多個。狀態圖既可以表示系統循環運行過程，也可以表示系統單程生命期。當描繪循環運行過程時，通常并不關心循環是怎樣啟動的。當描繪單程生命期時，需要標明初始狀態(系統啟動時進人初始狀態)和最終狀態(系統運行結束時到達最終狀態)。

事件

事件是在某個特定時刻發生的事情，它是對引起系統做動作或和)從一個狀態轉換到另一個狀態的外界事件的抽象。例如,內部時鐘表明某個規定的時間段已經過去用戶移動或單擊鼠標等都是事件。簡而言之,事件就是引起系統做動作或(和)轉換狀態的控制信息。

符號

在狀態圖中，初態用實心圓表示，終態用一對同心圓(內圓為實心四)表示。部分為狀態的名稱。這部分是必須有的；中間部分為狀態變量名字和值,這部分是可選的；下面部分是活動表,這部分也是可選的。

活動表的語法格式如下:

事件名(參數表)/動作表達式

其中，事件名”可以是任何事件的名稱。在活動表中經常使用下述3種標準事件:entry,exit 和do. entry事件指定進人該狀態的動作.exit 事件指定退出該狀態的動作，而do事
件則指定在該狀態下的動作。需要時可以為事件指定參數表。活動表中的動作表達式描述應做的具體動作。

狀態圖中兩個狀態之間帶箭頭的連線稱為狀態轉換,箭頭指明了轉換方向。狀態變遷通常是由事件觸發的，在這種情況下應在表示狀態轉換的箭頭線上標出觸發轉換的事件表達式:如果在箭頭線上未標明事件.則表示在源狀態的內部活動執行完之后自動觸發轉換。

事件表達式的語法如下:

事件說明[守衛條件]/動作表達式

其中，事件說明的語法為:事件名(參數表)。守衛條件是一個布爾表達式。如果同時使用事件說明和守衛條件，則當且僅當事件發生且布爾表達式為真時,狀態轉換才發生。如果只有守衛條件沒有事件說明，則只要守衛條件為真狀態轉換就發生。

動作表達式是一個過程表達式，當狀態轉換開始時執行該發表達式。

下圖給出了狀態圖中使用的主要符號。

例子：

為了具體說明怎樣用狀態圖建立系統的行為模型，我們下面舉個例子，是人們非常熟悉的電話系統的狀態圖

圖中表面，沒有人打電話時電話處于閑置狀態；有人拿起電話進入撥號音狀態；到達這個狀態后，電話的行為是響起撥號音并計時；這時如果拿起電話的人改變主意不想打了，掛斷，電話重又回到閑置狀態；如果拿起聽筒很長時間不撥號（超時）。則進入超時狀態……

層次方框圖

層次方框圖用樹形結構的.系列多層次的矩形框描繪數據的層次結構。樹形結構的頂層是一個單獨的矩形框，它代表完整的數據結構，下面的各層矩形框代表這個數據的子集，最底層的各個框代表組成這個數據的實際數據元素(不能再分割的元素)。

例如，描繪 家計算機公司全 部產品的數據結構,軟件產品又分為系統軟件和應用軟這家公司的產品由硬件軟件和服務3類產品組成，件，系統軟件又進一步分為操作系統編譯程序和軟件工具等，

隨著結構的精細化層次方框圖對數據結構電描繪得越來越詳細,這種模式非常適合于需求分析階段的需要。系統分析員從對頂層信息的分類開始，沿圖中每條路徑反復細化，直到確定了數據結構的全部細節時為止。

Warnier 圖

法國計算機科學家Warrier 提出了表示信息層次結構的另外一種圖形工具一Warnier圖。和層次方框圖類似，Warnier圖也用樹形結構描繪信息，但是這種圖形工具比層次方框圖提供了更豐富的描繪手段。用Warnier圖可以表明信息的邏輯組織，也就是說，它可以指出一類信息或一個信息元素是重復出現的，也可以表示特定信息在某一類信息中是有條件地出現的。因為重復和條件約束是說明軟件處理過程的基礎，所以很容易把Warnier 圖轉變成軟件設計的工具。

上圖用Warnier圖描繪一類軟件產品的例子，它說明了這種圖形工具的用法。

圖中花括號用來區分數據結構的層次,在一個花括號內的所有名字都屬于同一類信息:異或符號()表明一類信息或一個數據元素在一定條件下才出現，而且在這個符號上、下方的兩個名字所代表的數據只能出現一一個:在 一個名字下面(或右邊)的圓括號中的數字指

IPO圖

IPO圖是輸人、處理、輸出圖的簡稱，它是由美國IBM公司發展完善起來的一種圖形工具，能夠方便地描繪輸人數據、對數據的處理和輸出數據之間的關系。

IPO圖使用的基本符號既少又簡單,因此很容易學會使用這種圖形工具。它的基本形式是在左邊的樞中列出有關的輸人數據，在中間的框內列出主要的處理,在右邊的框內列出產生的輸出數據。處理框中列出處理的次序暗示了執行的順序，但是用這些基本符號還不足以精確描述執行處理的詳細情況。在IPO圖中還用類似向量符號的粗大箭頭清楚地指出數據通信的情況。

驗證軟件需求

從哪些方面驗證軟件需求的正確性

需求分析階段的工作結果是開發軟件系統的重要基礎.大量統計數字表明，軟件系統中15%的錯誤起源于錯誤的需求。為了提高軟件質量，確保軟件開發成功.降低軟件開發成本，一且對目標系統提出一組要求之后，必須嚴格驗證這些需求的正確性。一般說來，應該從下述4個方面進行驗證.

(1)一致性 所有需求必須是一致的，任何一條需求不能和其他需求互相矛盾。

(2)完整性需求必須是完整的，規格說明書應該包括用戶需要的每一個功能或性能。

(3)現實性指定的需求應該是用現有的硬件技術和軟件技術基本上可以實現的。對硬件技術的進步可以做些預測，對軟件技術的進步則根難做出預測，只能從現有技術水平出發判斷需求的現實性。

(4)有效性必須證明需求是正確有效的，確實能解決用戶面對的間題。

驗證軟件需求的方法

必須從一致性完整性、現實性和有效性這4個不同角度驗證軟件需求的正確性。那么.怎樣驗證軟件需求的正確性呢?驗證的角度不同，驗證的方法也不同。

1.驗證需求的一致性

當需求分析的結果是用自然語言書寫的時候，除了靠人工技術審查驗證軟件系統規格說明書的正確性之外，目前還沒有其他更好的“測試“方法。但是，這種非形式化的規格說明書是難于驗證的，特別在目標系統規模龐大、規格說明書篇幅很長的時候，人工審查的效果是沒有保證的,冗余、遺漏和不一致等問題可能沒被發現而繼續保留下來，以致軟件開發工作不能在正確的基礎上順利進行。為了克服上述困難，人們提出了形式化的描述軟件需求的方法。當軟件需求規格說明書是用形式化的需求陳述語言書寫的時候，可以用軟件工具驗證需求的致性，從面能有效地保證軟件需求的致性 。

2.驗證需求的現實性

為了驗證需求的現實性，分析員應該參照以往開發類似系統的經驗,分析用現有的軟、硬件技術實現目標系統的可能性。必要的時候應該采用傷真成性能模擬技術.輔助分析軟件需求規格說明書的現實性。

3.驗證需求的完整性和有效性

只有目標系統的用戶才真正知道軟件需求規格說明書是否完整、準確地描述了他們的需求。因此檢驗需求的完整性，特別是證明系統確實滿足用戶的實際需要(即.需求的有效性)，只有在用戶的密切合作下才能完成。然面許多用戶并不能清楚地認識到他們的需要(特別在要開發的系統是全新的，以前沒有使用類們系統的經驗時，情況更是如此)，不能有效地比較陳述需求的語句和實際需要的功能。只有當他們有某種工作著的軟件系統可以實際使用和評價時，才能完整碗切地提出他們的需要。理想的做法是先根據需求分析的結果開發出一個軟件系統，請用戶試用一段時間以便能認識到他們的實際需要是什么，在此基礎上再寫出正式的“正確的“規格說明書。但是。這種做法將使軟件成本增加一信,因此實際上幾乎不可能采用這種方法。使用原型系統是一個比較現實的替代方法.開發原型系統所需要的成本和時間可以大大少于開發實際系統所需要的。用戶通過試用原型系統，也能獲得許多寶貴的經驗,從面可以提出更符合實際的要求。使用原型系統的目的，通常是顯示目標系統的主要功能而不是性能。為了達到這個目的可以使用快速建立原型系統,并且可以適當降低對接口、可靠性和程序質量的要求，此外還可以省掉許多文檔資料方面的工作，從而可以大大降低原型系統的開發成本。

用于需求分析的軟件工具

為了更有效地保證軟件需求的正確性.特別是為了保證需求的一致性,需要有適當的軟件工具支持需求分析工作。這類軟件工具應該滿足下列要求。

(1)必須有形式化的語法(或表),因此可以用計算機自動處理使用這種語法說明的內容。

(2)使用這個軟件工具能夠導出詳細的文檔。

(3)必須提供分析(測試)規格說明書的不一致性和冗余性的手段.并且應該能夠產生組報告 指明對完整性 分析的結果。

(4)使用這個軟件工具之后，應該能夠改進通信狀況。作為需求工程方法學的一部分 ,RSL(需求陳述語言)于1977 年設計完成。RSL 中的語句是計算機可以處理的，處理以后把從這些語句中得到的信總集中存放在個稱為 ASSM(抽象系統語義模型)的數據庫中。有一組軟件工具處理ASSM數據庫中的信息以產生出用PASCAL語言書寫的模擬程序，從而可以檢驗需求的一致性 完整性和現實性。

1977年美國密執安大學開發了PSL/PSA(問題陳述語言/問題陳述分析程序)系統。這個系統是CADSAT(計算機輔助設計和規格說明分析工具)的一部分,它的基本結構類PSA是處理，PSL描述的分析程序。
似于RSIL.其中PSL是用來描述系統的形式語言電立起數據庫之后即可增加信息刪除用PSL描述的系統屬性放在一個數據庫中， 一且信息或修改信息，并且保持信息的致性。PSA對數據庫進行處理以產生各種報告,測試不一致性或遺漏,并且生成文檔資料。

PSL/PSA系統的功能主要有下述4種。

(1)描述任何應用領域的信息系統。

(2)創建一個數據庫保存對該信息系統的描述符。

(3)對描述符施加增加、刪除和更改等操作。

(4)產生格式化的文檔和關于規格說明書的各種分析報告。

PSL/PSA系統用描述符從系統信息流系統結構、數據結構數據導出、系統規模、系統動態、系統性質和項目管理共8個方面描述信息系統。

一旦用 PSL對系統做了完整描述，就可以調用PSA產生-組分析報告,其中包括所有修改規格說明數據庫的記錄,用各種形式描述數據庫信息的參照報告包括圖形形式的描述)，關于項目管理信息的總結報告,以及評價數據庫特性的分析報告。

借助PSL/PSA系統可以邊對目標系統進行自頂向下的逐層分解，邊將需求分析過程中遇到的數據流、文件、處理等對象用PSL描述出來并輸人到PSL/PSA系統中。PSA將對輸人信息作一致性 和完整性檢查,并且保存這些描述信息。

PSL/PSA系統的主要優點是它改進了文檔質量，能保證文檔具有完整性、致性和無二義性，從而可以減少管理和維護的費用。數據存放在數據庫中，便于增加、刪除和更改,這也是它的一個優點。