软件需求工程概述

1SoftwareRequirementsEngineering软件需求工程郑州大学软件学院软件工程专业必修课程•授课对象:本科3年级•授课教师:徐强2SoftwareRequirementsEngineering软件需求工程概述34本章内容工程与软件工程软件需求工程需求工程师需求工程vs.系统分析软件生命周期中的需求活动关于需求的基本观点5EngineeringVS.SoftwareEngineering工程与软件工程6工程–人工的科学(SciencesofArtificial)自然科学是揭示自然界的本质和现象的科学。“工程”则可以诠释为“人工”（artificial）的科学，或设计的，制造的科学。原始森林/林业工程天然水晶/宝石加工工艺计算机工程，软件工程，企业营销计划，医药治疗方案……一切工程活动都是服务于某种预期的目的的，同时一切的人造物都”应该”具有某种预期的功用。􀂉建筑，商业，教育，法律，医学，……——HerbertSimon,19697什么是工程?工程的定义:工程就是运用科学知识，对现实问题提供性能价格比合理的解决方案。性价比合理：涉及性能价格的权衡，尤其是在资源的使用方面。解决方案：工程是有创造性和实效性的。现实问题：问题是受人们关注的。科学知识：用到应用科学中的分析方法。8什么是工程?普通设计与开创性设计普通设计：解决已有问题，解决方案已广为人知。工程实践依照规范化的标准解决方案由工程师选择合适的方法和技术运用广为人知的设备进行设计开创性设计：从未有人作过，或已有解决方案失效。通常要面临解决复杂问题的困难挑战对若干设备进行复杂装配形成新的系统系统工程更为强调和关注开创性的设计9软件工程的特殊性软件的特殊性软件具有抽象性软件是不能独立存在的，其作用在于驱动硬件进行某种操作软件行为不受物理定律约束软件复杂性不受物理限制软件无磨损传统的可靠性度量方法不再适用软件复制无损耗复制品与原件无区别10软件工程的特殊性Thinkaboutthese:􀂉软件成本低于物理设备成本软件易修改计算机比物理设备可靠性高软件的正确性可形式化的证明软件重用提高安全性和可靠性计算机系统同机械系统相比风险更低关于软件的荒谬说法(Myths)：11本章内容工程与软件工程软件需求工程需求工程师需求工程vs.系统分析软件生命周期中的需求活动关于需求的基本观点12SoftwareRequirementsEngineering软件需求工程13什么是需求工程？需求工程是系统工程及软件工程的重要分支。需求工程旨在了解软件系统设计的真实意图，具体功用及限制条件。并精确定义上述因素与系统行为的关系及系统随时间和产品线变化而发生的各种演化。14什么是需求工程？需求工程是指应用已证实有效的技术、方法进行需求分析，确定客户需求，帮助分析人员理解问题并定义目标系统的所有外部特征的一门学科。它通过合适的工具和记号系统地描述待开发系统及其行为特征和相关约束，形成需求文档，并对用户不断变化的需求演进给予支持。注意，和所有工程学科一样，需求工程并不是以零星偶发的、随机的或无计划的方式进行，而是代之以已证明方法的系统化应用。15需求工程的重要意义对大多数人来说，若要建一幢20万美元的房子，他一定会与建房者详细讨论各种细节，他们都明白完工以后的修改会造成损失，以及变更细节的危害性。然而，涉及到软件开发，人们却变得“大大咧咧”起来。软件项目中百分之四十至百分之六十的问题都是在需求分析阶段埋下的“祸根”。（Leffingwell1997）16需求工程的重要意义问题的严重性：对软件的依赖不断增加：汽车，手机，WebServices，……软件成本的比重加大：Boeing777软件项目失败带来巨大浪费：1997GAO报告-6年内烂尾软件项目耗资1470亿美元GeneralAccountingOffice(美国)总审计局17需求工程的重要意义问题的严重性：软件失败的严重后果：Ariane5:3.7亿美元的损失；18需求工程的重要意义问题的成因：软件质量认证的高成本：Boeing77740%的软件成本用于测试以修正软件缺陷为目的的软件重写：Motorola:曾将60%-80%的软件费用用于重写需求的频繁变化：CapersJones（1994）在报告中称扩展需求对百分之八十的管理信息系统项目和百分之七十的军事软件项目造成风险。19解决方案？？没有“银弹”！NoSilverBullet!（FredBrooks，1987）软件的规模决定它的复杂性软件具有抽象性和不可视性软件没有规范的装配步骤，因此极易修改！“NoSilverBullet”的原文是：“没有任何技术或管理上的进展，能够独立地许诺十年内使生产率、可靠性或简洁性获得数量级上的进步。”在软件开发过程里是没有万能的终杀性武器的，只有各种方法综合运用，才是解决之道。20解决方案？？然而，早期的建模和分析是非常重要的可以节省纠错成本：晚期修改可能会使成本高出200倍当然，仅仅有早期的建模和分析是不够的所有项目参加者均需了解系统需求所有风险承担者均需对需求达成共识需透彻了解系统运作的背景需透彻了解系统设计过程及其背景当需求发生演变时，要及时更新21需求工程指南(Roadmap:BasharNuseibeh&SteveEasterbrook,2000)如何获取需求信息？识别：风险承担者，目标，分析角度，系统边界，应用实例，……核心技术：座谈，问卷，代表会议采用人种学（Ethnographic）方法（社交嵌入系统）采用原型法，或参与设计法（缺乏了解的系统）如何分析需求信息？概念建模22需求工程指南(Roadmap:BasharNuseibeh&SteveEasterbrook,2000)如何就需求达成共识？进行经验主义的模型验证当出现矛盾和分歧时，提供磋商的方法和手段如何表达需求？自然语言与形式化语言的合理搭配如何保持需求的现时性？需求发生变化时，及时更新产品线的维护23需求工程的理论基础REFoundations系统理论什么是系统系统的控制和演化系统工程工程生命周期数学与逻辑一阶逻辑模态逻辑，时序逻辑，及其他非经典逻辑代数和关系模型计算机科学自动机理论抽象，分解，和面向对象软件体系结构和设计模式社会科学人类学与民族方法学组织行为学社会心理学政治学认知科学认知心理学语言学知识表示（人工智能）哲学经验主义和科学哲学现象学，认识论和本体符号语言学……24需求工程的领域划分软件需求工程划分为需求开发和需求管理25需求工程的领域划分需求开发问题获取分析编写规格说明验证需求管理建立并维护在软件工程中同客户达成的契约26需求开发需求开发活动包括以下几个方面：确定产品所期望的用户类。获取每个用户类的需求。了解实际用户任务和目标以及这些任务所支持的业务需求。分析源于用户的信息以区别用户任务需求、功能需求、业务规则、质量属性、建议解决方法和附加信息。27需求开发需求开发活动包括以下几个方面：将系统级的需求分为几个子系统，并将需求中的一部份分配给软件组件。了解相关质量属性的重要性。商讨实施优先级的划分。将所收集的用户需求编写成规格说明和模型。评审需求规格说明，确保对用户需求达到共同的理解与认识，并在整个开发小组接受说明之前将问题都要弄清楚。28需求管理通常的需求管理活动包括：定义需求基线（迅速制定需求文档的主体）。评审提出的需求变更、评估每项变更的可能影响从而决定是否实施它。以一种可控制的方式将需求变更融入到项目中。使当前的项目计划与需求一致。基于估计变更需求所产生影响的基础上，协商新的承诺（约定）。让每项需求都能与其对应的设计、源代码和测试用例联系起来以实现跟踪。在整个项目过程中跟踪需求状态及其变更情况。29需求管理需求管理活动30需求开发和需求管理之间的界限31本章内容工程与软件工程软件需求工程需求工程师需求工程vs.系统分析软件生命周期中的需求活动关于需求的基本观点32SREEngineer需求工程师33RequirementsEngineer需求工程师1.分析问题和解决问题的能力2.人际沟通及交流能力3.软件工程知识和技能4.应用领域有关知识5.书面语言组织和表达能力6.……34需求工程师做什么着手点是有待解决的“问题”出现例如：对系统现状不满；有新的商机出现；有可能节能、降耗、省时等。35需求工程师做什么需求工程师促进变化的发生，要完成以下工作：确定“问题”及“机会”要解决的问题是什么?(问题的界定)问题出在何处?(了解问题的领域及上下文)问题与谁相关?(确定干系人-Stakeholder)为什么解决该问题?(确定干系人的目标)软件系统如何促进问题的解决?(搜集情景实例)解决问题的期限?(确定开发活动的约束和限制)影响问题解决的因素有哪些?(确定可行性和风险)成为问题领域的专家拥有更多的机会和解决问题的方案36ACM/IEEE职业道德规范:PUBLIC–保护公众利益。CLIENTANDEMPLOYER–在保护公众利益的前提下，为客户及雇主的最高利益服务。PRODUCT–尽可能令你的产品符合行业的最高标准。JUDGEMENT–在进行职业判断时，保持正直及独立性。MANAGEMENT–对软件开发和维护的管理应遵循和提倡符合职业道德。PROFESSION–在符合公众利益的前提下，推进职业的正直性和声誉。COLLEAGUES–对同事要持公正和支持的态度。SELF–毕生坚持学习并在职业生涯中提倡职业道德。职业责任(CodeofEthics)37职业责任(CodeofEthics)与需求工程相关的职业规范:Competence–永不对你的工作能力说谎。Confidentiality–坚持为你的客户及合作者保密。Intellectualpropertyrights–保护他人的新观点及设计，即知识产权。DataProtection–在处理个人信息时注意遵守相关法令保护数据。38需求工程过程、方法、技术符号表示(notation)是一种表示策略、框架或语言。一阶逻辑,数据流图,UML技术(technique)指出如何完成某项活动，以及如何用符号描述该项活动的产品。画用例图的技术方法(method)给出关于如何完成系列活动的描述，重点是技术的集成和使用。CORE,SADT,SREM,JAD过程模型(Processmodel)给出关于如何完成系列活动的抽象描述，重点是活动间的依赖关系和资源的使用情况。过程(Process)是对过程模型的实际运行，描述一两个代理的行为及其对资源的管理。39需求工程过程、方法、技术需求工程方法是如何嵌入需求工程过程的？每种方法均适用于某一类问题领域通常对他们的适用性的定义不够明确各种方法对需求工程活动的覆盖程度和侧重点有所不同例如：覆盖的活动包括：需求获取，建模，分析等侧重点包括：目标，行为，视角等。40需求工程师的素质要求1.倾听的能力2.访问能力3.分析能力4.协调能力5.观察能力6.书写能力7.组织能力8.建模能力9.交际能力10.创新能力11.领域知识41本章内容工程与软件工程软件需求工程需求工程师需求工程vs.系统分析软件生命周期中的需求活动关于需求的基本观点42REvs.SystemsAnalysis需求工程vs.系统分析43需求工程vs.系统分析REvs.SystemsAnalysis需求工程由系统分析发展而来系统分析关注企业内部的信息系统主要采用非形式化的需求描述，工具和方法,例如：DFD,E-R,OO,…80年代中期形成，90年代以来成为研究热点。多见于管理学院，工程学科，和计算机科学的本科生和研究生教学44需求工程vs.系统分析REvs.SystemsAnalysis需求工程超出系统分析的范围涵盖整个形式化问题从“企业需求”到“精确描述”不仅限于信息系统实时系统嵌入系统交互系统基于组件的系统webservices相对较少关注企业管理问题和企业业务流程45But,whatisarequirement?每一个“人造物”都是一个内部环境与外部环境的“接口”。这里内部环境指人造物本身的设计组成。外部环境指人造物的周