軟件系統(tǒng)概念結構的立體分析法.pdf

1、軟件系統(tǒng)件系統(tǒng)概念概念結構的結構的立體分析法立體分析法舒生羽廣東技術師范學院計算機系1緒論緒論1.1綜述綜述本文試圖遵循系統(tǒng)學整體的，結構的，進化的觀點分析軟件系統(tǒng)的靜態(tài)與動態(tài)結構，以從中尋找軟件系統(tǒng)的一般概念結構，為程序設計與軟件開發(fā)提供整體視角與指導原則。軟件系統(tǒng)是一類特殊的系統(tǒng)，由于其有著極大的實踐與經濟意義，人們在不長的時間里對其展開了廣泛而且深入的研究。但由于缺乏有效簡明的綜合、整體分析方法，開發(fā)人員對于自己要處理的軟件系統(tǒng)仍

2、然很容易處于一種盲目狀態(tài)?，F在軟件工業(yè)在工程人員的努力與社會資源的巨大投入下得到快速發(fā)展，許多軟件項目的復雜性達到非常驚人的程度，甚至漸漸超出了人們智力所能控制的范圍。數據結構和算法往往不是造成這種困境的主要原因，系統(tǒng)的整體結構才是我們必須首先要考慮和解決好的關鍵。因此軟件工業(yè)的進一步發(fā)展比如要求我們增進對軟件系統(tǒng)的知識。本著給軟件工程人員提供一個有價值的全局指導視點的意圖，作者以系統(tǒng)學和代數結構學的觀點深入研究了軟件系統(tǒng)的各個層次，比

3、如數據結構、程序結構、軟件結構。在此基礎上作者提出了軟件系統(tǒng)在概念結構上存在兩種基本構造動力，也就是抽象與合作，并形成了軟件系統(tǒng)概念結構上的垂直構造和水平構造，由此進一步提出了軟件系統(tǒng)概念結構的立體分析法。這種分析方法強調對軟件系統(tǒng)的全部掌握，抽象內容和實體內容受到同等的重視。隨后我們初步形成了軟件系統(tǒng)概念結構的圖形表示法和一般分析法。我們將這些觀點和方法應用到設計模式和軟件建筑這兩個領域，以我們的觀點和方法給出對這些經典軟件系統(tǒng)的內容

4、的新見解。最后我們總結了軟件系統(tǒng)的概念結構中所存在的四大基本原理，也就是分解，積聚，契約和媒介，并提出了軟件系統(tǒng)構造的四個一般步驟，也就是概念抽象，結構分解，部件連接和總體綜合。1.2研究途徑和基本內容研究途徑和基本內容我們的研究思路，也是我我們的研究目標，是通過思考在在軟件系統(tǒng)中存在的各種概念以及這些概念之間的關聯，發(fā)現這些現象里面所隱藏的共同模式和原理。在此基礎上，規(guī)范一些基本的分析術語，得出一些基本的圖形元素，然后以此為工具可對任

5、何一個軟件系統(tǒng)在概念結構上作出簡明扼要的圖形化表示和文字闡述。為實現這個目標，我們首先參考了系統(tǒng)科學的系統(tǒng)思維哲學，確定了軟件系統(tǒng)中這種普遍模式和原理存在的可能以及這種研究的價值，并將研究關系的圖論以及當代數學中針對結構的范疇代數作為我們研究的理論基礎。1.4.2有向圖有向圖在一般的圖中圖中的邊是無向的有時為了強調頂點間的順序性(比如在結點表示工程中的階段時從一個階段到下一個階段有明顯的方向性)就要求在圖中表示邊的方向性。這時圖中有邊(

6、)ijvv則不一定有邊()jivv。邊()ijvv與邊()jivv是不相等的。1.4.3有權圖有權圖在有些應用中，我們需要對某些邊賦以一個數量來度量這條表示結點間關系的邊。這種圖的應用是當圖的結點為地理位置，而邊表示地理位置之間存在道路，這時如果要在圖中表示出這條道路的長度，則就可用一個權來表示。如果圖的邊都有一個稱為權的數量，那么這張圖就是有權圖。1.4.4流圖流圖在有些事物的關系網中，存在一個初始的來源與最終的歸處。這時在結點工規(guī)定

7、一個唯一的表明初始結點為源點，而結束的結點為匯點就很有幫助。這種存在源點跟匯點的圖就是流圖。這中流圖在求解網絡問題很有用處。而程序分析中的控制流圖更是一種典型的流圖。1.5圖范疇和圖文法圖范疇和圖文法研究軟件概念結構的最終目的是為紛紜復雜的建立一種統(tǒng)一的框架和基礎。在研究了眾多具體的軟件結構案例之后，就必然要有一種通用的工具來將這些案例統(tǒng)一起來。在數學領域，我們可以找到這樣的現成工具，那就是范疇代數和圖的范疇。1.5.1范疇范疇范疇理論

8、不僅在當代數學中占據一個中心位置，在理論計算機科學中也是這樣，并且也是圖變換的代數方法的基礎。范疇理論粗略的可被描述為處理不同的代數數學結構跟它們之間關系的抽象途徑。不僅如此，范疇理論至少是一個非常強大的允許看到不同種類的結構如何相關到另外一個已經給定種類的結構族中通用部分的語言跟概念框架。由于我們的研究意圖，我們關注的以圖為對象元素的圖范疇。一般的說來一個范疇C可被描述為一個對象的類ob(C)，并帶有如下的輔助屬性：對于每個具有位于的