第6章計(jì)算學(xué)科中的系統(tǒng)科學(xué)方法

1、第6章　計(jì)算學(xué)科中的系統(tǒng)科學(xué)方法,李陶深 tshli@gxu.edu.cn,第6章　計(jì)算學(xué)科中的系 統(tǒng)科學(xué)方法,6.1 系統(tǒng)科學(xué)的基本思想,,系統(tǒng)科學(xué)方法是指用系統(tǒng)的觀點(diǎn)來(lái)認(rèn)識(shí)和處理問(wèn)題的各種方法的總稱，它是一般科學(xué)方法論中的重要內(nèi)容。系統(tǒng)科學(xué)方法為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的研究帶來(lái)了革命性的變化，并在社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)等各個(gè)方面都得到了廣泛的應(yīng)用。模型方法是系統(tǒng)科學(xué)的基本方法，研究系統(tǒng)具體來(lái)說(shuō)就是研究它的模型。模型是對(duì)

2、系統(tǒng)原型的抽象，是科學(xué)認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)和決定性環(huán)節(jié)。,,模型與實(shí)現(xiàn)是認(rèn)識(shí)與實(shí)踐的一種具體體現(xiàn)，在計(jì)算學(xué)科中，它反映了抽象、理論和設(shè)計(jì)3個(gè)過(guò)程的基本內(nèi)容。模型與實(shí)現(xiàn)包括建模、驗(yàn)證和實(shí)現(xiàn)3方面的內(nèi)容。建模主要屬于學(xué)科抽象形態(tài)方面的內(nèi)容，模型的驗(yàn)證主要屬于學(xué)科理論形態(tài)方面的內(nèi)容，模型的實(shí)現(xiàn)則主要屬于學(xué)科設(shè)計(jì)形態(tài)方面的內(nèi)容。,系統(tǒng)（System）和子系統(tǒng)（Subsystem）,系統(tǒng)可以形式化地定義為：S=其中： A表示系統(tǒng)S中所有

3、元素的集合； R表示系統(tǒng)S中所有元素之間關(guān)系的集合。一個(gè)大的系統(tǒng)往往是復(fù)雜的，它通常可以劃分為一系列較小的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)稱為子系統(tǒng)。子系統(tǒng)可以形式化地定義為：Si=其中： Si?S； Ai?A； Ri?R。,結(jié)構(gòu)（Structure）和結(jié)構(gòu)分析（Structure Analysis）,所謂結(jié)構(gòu)是指系統(tǒng)內(nèi)各組成部分（元素和子系統(tǒng)）之間相互聯(lián)系、相互作用的框架。結(jié)構(gòu)分析的重要內(nèi)容就是劃分子系統(tǒng)

4、，并研究各子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及各子系統(tǒng)之間的相互關(guān)系。,層次（Hierarchy）和層次分析（Hierarchy Analysis）,層次是劃分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要工具，也是結(jié)構(gòu)分析的主要方式。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以表示為各級(jí)子系統(tǒng)和系統(tǒng)要素的層次結(jié)構(gòu)形式。一般來(lái)說(shuō)，在系統(tǒng)中，高層次包含和支配低層次，低層次隸屬和支撐高層次。明確所研究的問(wèn)題處在哪一層次上，可以避免因混淆層次而造成的概念混亂。層次分析的主要內(nèi)容有：系統(tǒng)是否劃分層次，劃分了哪些層次，各

5、層次的內(nèi)容，層次之間的關(guān)系以及層次劃分的原則等。,環(huán)境、行為和功能,系統(tǒng)的環(huán)境是指一個(gè)系統(tǒng)之外的一切與它有聯(lián)系的事物組成的集合。系統(tǒng)要發(fā)揮它應(yīng)有的作用，達(dá)到應(yīng)有的目標(biāo)，系統(tǒng)自身一定要適應(yīng)環(huán)境的要求。系統(tǒng)的行為是指系統(tǒng)相對(duì)于它的環(huán)境所表現(xiàn)出來(lái)的一切變化。行為屬于系統(tǒng)自身的變化，同時(shí)又反映環(huán)境對(duì)系統(tǒng)的影響和作用。系統(tǒng)的功能是指系統(tǒng)行為所引起的、有利于環(huán)境中某些事物乃至整個(gè)環(huán)境存在與發(fā)展的作用。,狀態(tài)（State）、演化（Evolutio

6、n）和過(guò)程（Process）,狀態(tài)是系統(tǒng)科學(xué)中的基本概念之一，它是指系統(tǒng)的那些可以觀察和識(shí)別的形態(tài)特征。狀態(tài)一般可以用系統(tǒng)的定量特征來(lái)表示，如溫度T、體積V等。演化是指系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、狀態(tài)、特征、行為和功能等隨著時(shí)間的推移而發(fā)生的變化。系統(tǒng)的演化性是系統(tǒng)的基本特性。過(guò)程是指系統(tǒng)的演化所經(jīng)過(guò)的發(fā)展階段，它由若干子過(guò)程組成。過(guò)程的最基本元素是動(dòng)作，動(dòng)作不能再分。,常用的幾種系統(tǒng)科學(xué)方法,系統(tǒng)分析法是以運(yùn)籌學(xué)和計(jì)算機(jī)為主要工具，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)各種

7、要素、過(guò)程和關(guān)系的考察，確定系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)、功能、效用的方法。系統(tǒng)分析法廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)硬件的研制和軟件的開(kāi)發(fā)，技術(shù)產(chǎn)品的革新，環(huán)境科學(xué)和生態(tài)系統(tǒng)的研究，以及城市管理規(guī)劃等方面。 信息方法是以信息論為基礎(chǔ)，通過(guò)獲取、傳遞、加工、處理、利用信息來(lái)認(rèn)識(shí)和改造對(duì)象的方法。,常用的幾種系統(tǒng)科學(xué)方法,功能模擬方法是以控制論為基礎(chǔ)，根據(jù)兩個(gè)系統(tǒng)功能的相同或相似性，應(yīng)用模型來(lái)模擬原型功能的方法黑箱是指內(nèi)部要素和結(jié)構(gòu)尚不清楚的系統(tǒng)。黑箱方法就是通

8、過(guò)研究黑箱的輸入和輸出的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，確定可供選擇的黑箱模型進(jìn)行檢驗(yàn)和篩選，最后推測(cè)出系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的方法。整體優(yōu)化方法是指從系統(tǒng)的總體出發(fā)，運(yùn)用自然選擇或人工技術(shù)等手段，從系統(tǒng)多種目標(biāo)或多種可能的途徑中選擇最優(yōu)系統(tǒng)、最優(yōu)方案、最優(yōu)功能、最優(yōu)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，使系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)化的方法。,例6.1 科學(xué)的分類,根據(jù)科學(xué)知識(shí)本質(zhì)特征的不同，我國(guó)著名科學(xué)家錢(qián)學(xué)森開(kāi)創(chuàng)性地將科學(xué)劃分為工程技術(shù)、技術(shù)科學(xué)、基礎(chǔ)科學(xué)和哲學(xué)4個(gè)層次。4個(gè)科學(xué)層次是相互

9、聯(lián)系、相互作用的。其中，工程技術(shù)泛指一切應(yīng)用和技術(shù)領(lǐng)域，技術(shù)科學(xué)是為工程技術(shù)提供工程理論的科學(xué)；基礎(chǔ)科學(xué)是揭示客觀世界運(yùn)動(dòng)規(guī)則和本質(zhì)關(guān)系的科學(xué)，哲學(xué)是對(duì)科學(xué)知識(shí)總的概括，是最高一層的科學(xué)。,例6.2 生命系統(tǒng),美國(guó)心理學(xué)家米勒（S.Miller）把生物圈看作是一個(gè)生命系統(tǒng)，他認(rèn)為一切活著的具體系統(tǒng)都是“生命系統(tǒng)”，并將生命系統(tǒng)劃分為7個(gè)層次，即細(xì)胞、器官、生物體、群體、組織、社會(huì)和超國(guó)家系統(tǒng)，以及19個(gè)關(guān)鍵的子系統(tǒng)。20世紀(jì)50年代，

10、米勒創(chuàng)立了一般生命系統(tǒng)理論，該理論對(duì)解決生命世界的統(tǒng)一性問(wèn)題有十分重要的意義。,例6.3 化學(xué)元素周期表,進(jìn)入19世紀(jì)后，由于化學(xué)分析方法的改進(jìn)，到1869年，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了63種化學(xué)元素。隨著新元素發(fā)現(xiàn)的增加，以及對(duì)這些元素性質(zhì)的更多了解，人們反而對(duì)眼前紛繁復(fù)雜的化學(xué)世界產(chǎn)生了一種迷惑：難道世界上的化學(xué)物質(zhì)就是這樣雜亂無(wú)章地湊到一起的嗎？為了尋找化學(xué)元素之間的內(nèi)在聯(lián)系，許多科學(xué)家開(kāi)始致力于這方面的探索。1869年3月，俄國(guó)化學(xué)家門(mén)

11、捷列夫發(fā)表了《元素屬性和原子量的關(guān)系》的論文，首創(chuàng)了化學(xué)元素周期表，揭示了化學(xué)元素性質(zhì)呈周期性變化的內(nèi)在規(guī)律，并指明了發(fā)現(xiàn)新元素的方向。,例6.4 整數(shù),當(dāng)把整數(shù)看作是一個(gè)系統(tǒng)時(shí)，根據(jù)等價(jià)關(guān)系，可以將整數(shù)劃分為若干互不相交的子集。可以將整數(shù)劃分為奇數(shù)和偶數(shù)。再比如，若以3為模，可將非負(fù)整數(shù)S劃分為下面3類具有同余關(guān)系（同余關(guān)系是一種等價(jià)關(guān)系）的集合S1、S2和S3。若余數(shù)為0，則具有同余關(guān)系的數(shù)據(jù)構(gòu)成第一個(gè)集合：S1={0，3，6

12、，…，3n，…}。若余數(shù)為1，則具有同余關(guān)系的數(shù)據(jù)構(gòu)成第二個(gè)集合：S2={1，4，7，…，3n+1，…}。若余數(shù)為2，則具有同余關(guān)系的數(shù)據(jù)構(gòu)成第三個(gè)集合：S3={2，5，8，…，3n+2，…}。,例6.5 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),為了解決復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)計(jì)問(wèn)題，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）采用系統(tǒng)科學(xué)的思想，定義了現(xiàn)在被廣泛使用的開(kāi)放系統(tǒng)互連模型（Open System Interconnection，簡(jiǎn)稱OSI），該模型將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議劃分為7個(gè)

13、層次，物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、運(yùn)輸層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層，從而有效地降低了網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的復(fù)雜性，推動(dòng)了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展。,第6章　計(jì)算學(xué)科中的系 統(tǒng)科學(xué)方法,6.2 結(jié)構(gòu)化方法,結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法的形成,結(jié)構(gòu)化方法起源于結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。在使用SP之前，程序員都是按照各自的習(xí)慣和思路來(lái)編寫(xiě)程序，沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這樣編寫(xiě)的程序可讀性差，更為嚴(yán)重的是程序的可維護(hù)性極差，經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，造成這一現(xiàn)象的根本原因是程

14、序的結(jié)構(gòu)問(wèn)題。,結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法的形成,1966年，C.BÖhm和G.Jacopini提出了關(guān)于“程序結(jié)構(gòu)”的理論，并給出了任何程序的邏輯結(jié)構(gòu)都可以用順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)來(lái)表示的證明。在程序結(jié)構(gòu)理論的基礎(chǔ)上，1968年，戴克斯特拉提出了“GOTO語(yǔ)句是有害的”的問(wèn)題，并引起普遍重視，SP逐漸形成，并成為計(jì)算機(jī)軟件領(lǐng)域的重要方法，對(duì)計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展具有重要的意義。伴隨著SP的形成，相繼出現(xiàn)了Modula-2、C以及Ad

15、a等結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。,結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法的形成,結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)需要事先設(shè)計(jì)好每一個(gè)具體的功能模塊，然后將這些設(shè)計(jì)好的模塊組裝成一個(gè)軟件系統(tǒng)。接下來(lái)的問(wèn)題是，如何設(shè)計(jì)模塊。源于結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)思想的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法就是要解決模塊的構(gòu)建問(wèn)題。1974年，W.Stevens、G.Myers和L.Constantine等人在《IBM系統(tǒng)》（IBM System）雜志上發(fā)表了《結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)》（Structured Design）論文，為結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法

16、奠定了思想基礎(chǔ)。此后這一思想不斷發(fā)展，最終成為一種流行的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方法。,結(jié)構(gòu)化分析方法的形成,結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法建立在系統(tǒng)需求明確的基礎(chǔ)上。如何明確系統(tǒng)的需求，就是結(jié)構(gòu)化分析所要解決的問(wèn)題。結(jié)構(gòu)化分析方法產(chǎn)生于20世紀(jì)70年代中期，最初的倡導(dǎo)者有Tom Demarco、Ed Yourdon等人。結(jié)構(gòu)化分析在20世紀(jì)80年代又得到了進(jìn)一步的發(fā)展，并隨著Ed Yourdon于1989年所著的《現(xiàn)代結(jié)構(gòu)化分析》（Modern Structure

17、d Analysis）的出版而流行開(kāi)來(lái)?，F(xiàn)代結(jié)構(gòu)化分析更強(qiáng)調(diào)建模的重要性。,結(jié)構(gòu)化方法遵循的基本原則,抽象原則:注重把握系統(tǒng)的本質(zhì)內(nèi)容，而忽略與系統(tǒng)當(dāng)前目標(biāo)無(wú)關(guān)的內(nèi)容，分解原則分解原則是結(jié)構(gòu)化方法中最基本的原則，它是一種先總體，后局部的思想原則。在構(gòu)造信息系統(tǒng)模型時(shí)，它采用自頂向下，分層解決的方法。模塊化原則模塊化是結(jié)構(gòu)化方法最基本的分解原則的具體應(yīng)用，它主要出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)階段中，其目標(biāo)是將系統(tǒng)分解成具有特定功能的若干模塊，從

18、而完成系統(tǒng)指定的各項(xiàng)功能。,第6章　計(jì)算學(xué)科中的系 統(tǒng)科學(xué)方法,6.3 結(jié)構(gòu)化方法的核心問(wèn)題,結(jié)構(gòu)化方法的核心問(wèn)題,需求分析是系統(tǒng)分析的第一步，它的主要任務(wù)是明確用戶的各種需求，并對(duì)系統(tǒng)要做什么作一個(gè)清晰、簡(jiǎn)潔和無(wú)二義性的文檔說(shuō)明。需求分析階段的用戶一般是高級(jí)主管、人事主管和執(zhí)行官，且基本上每個(gè)人都不直接參與新系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。環(huán)境圖是數(shù)據(jù)流圖的一種特殊形式。環(huán)境圖模擬系統(tǒng)的一個(gè)大致邊界，并展示系統(tǒng)和外部的接口、數(shù)

19、據(jù)的輸入和輸出以及數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。事件列表是發(fā)生在外部世界，但系統(tǒng)必須響應(yīng)的敘述性列表。事件列表是對(duì)環(huán)境圖的一個(gè)補(bǔ)充。,行為和功能模型,SD的主要任務(wù)就是要在系統(tǒng)環(huán)境模型的基礎(chǔ)上建立系統(tǒng)的行為和功能模型，完成系統(tǒng)內(nèi)部行為的描述。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)行為和功能模型的主要工具有：數(shù)據(jù)字典、數(shù)據(jù)流圖、狀態(tài)變遷圖和實(shí)體-聯(lián)系模型等。（1）數(shù)據(jù)字典:是一個(gè)包含所有系統(tǒng)數(shù)據(jù)元素定義的倉(cāng)庫(kù)。數(shù)據(jù)元素的定義必須是精確的、嚴(yán)格的和明確的。一個(gè)實(shí)體一般應(yīng)包括以下幾個(gè)部

20、分的內(nèi)容。 ① 名字； ② 別名； ③ 用途； ④ 內(nèi)容描述； ⑤ 備注信息。,（2）數(shù)據(jù)流圖,數(shù)據(jù)流圖是SA和SD的核心技術(shù)，它采用面向處理過(guò)程的思想來(lái)描述系統(tǒng)，它是一種描述信息流和數(shù)據(jù)從輸入到輸出變換的應(yīng)用圖形技術(shù)。（3）狀態(tài)變遷圖狀態(tài)變遷圖及時(shí)地描述了對(duì)象的狀態(tài)，它著重系統(tǒng)的時(shí)間依賴行為。狀態(tài)變遷圖源于實(shí)時(shí)系統(tǒng)的建模，并被廣泛應(yīng)用于商業(yè)信息處理領(lǐng)域中。（4）實(shí)體－聯(lián)

21、系模型(ER)實(shí)體－聯(lián)系模型被用來(lái)模擬系統(tǒng)數(shù)據(jù)部件之間的相互關(guān)系。實(shí)體－聯(lián)系模型獨(dú)立于當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)，并與具體的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言無(wú)關(guān)。,實(shí)現(xiàn)模型,（1）處理器模型在多處理器系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，還需要將處理器分成不同的組，以便確定操作在哪個(gè)處理器上進(jìn)行。（2）任務(wù)模型任務(wù)模型建立在處理器模型的基礎(chǔ)之上，它將所有過(guò)程都劃分成操作系統(tǒng)的任務(wù)。（3）結(jié)構(gòu)圖使用圖形符號(hào)來(lái)描述系統(tǒng)的過(guò)程和結(jié)構(gòu)的工具。結(jié)構(gòu)圖常由數(shù)據(jù)流圖轉(zhuǎn)換而來(lái)，它展示了

22、模塊的劃分、層次和組織結(jié)構(gòu)以及模塊間的通信接口，從而有助于設(shè)計(jì)者和程序開(kāi)發(fā)人員進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。,（4）模塊設(shè)計(jì),在結(jié)構(gòu)化方法中，SP階段的目標(biāo)就是將系統(tǒng)分解成更容易實(shí)現(xiàn)和維護(hù)的模塊。SP方法要求每個(gè)模塊執(zhí)行單一的功能，而且不同模塊間的依賴性要盡可能低。（5）實(shí)現(xiàn)階段實(shí)現(xiàn)階段包括系統(tǒng)的編碼、測(cè)試和安裝。這一階段的產(chǎn)物主要是能夠模擬現(xiàn)實(shí)世界的軟件系統(tǒng)。除此之外，軟件文檔和幫助用戶熟悉系統(tǒng)的客戶培訓(xùn)計(jì)劃也是這一階段的產(chǎn)物。,第6章　計(jì)算學(xué)

23、科中的系 統(tǒng)科學(xué)方法,6.4 面向?qū)ο蠓椒?面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言的形成,與結(jié)構(gòu)化方法一樣，面向?qū)ο蠓椒ㄒ财鹪从诿嫦驅(qū)ο蟪绦蛘Z(yǔ)言。面向?qū)ο蟪绦蛘Z(yǔ)言開(kāi)始于20世紀(jì)60年代后期，第一個(gè)OOPL是挪威計(jì)算中心的Kristen Nygaard和Ole-Johan Dahl于1967年研制的Simula語(yǔ)言，該語(yǔ)言引入了許多面向?qū)ο蟮母拍?，如類和繼承性等。受Simula語(yǔ)言的影響，1972年，Alan Kay在Xerox公

24、司研制成功了Smalltalk語(yǔ)言，并對(duì)面向?qū)ο蟮囊恍└拍钭髁烁_的定義。1980年，Xerox公司推出的Smalltalk-80語(yǔ)言標(biāo)志著OOPL進(jìn)入實(shí)用化階段。,,20世紀(jì)80年代，OOPL得到了極大地發(fā)展，相繼出現(xiàn)了一大批實(shí)用的面向?qū)ο笳Z(yǔ)言，如Objective C（1986年）、C++（1986年）、Self（1987年）、Eiffel（1987年）和Flavors（1986年）等。,面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)和面向?qū)ο蠓治龅男纬?20世紀(jì)

25、80年代中期，隨著OOPL的推廣使用，面向?qū)ο蠹夹g(shù)很快被應(yīng)用到系統(tǒng)分析和系統(tǒng)設(shè)計(jì)之中。20世紀(jì)90年代，面向?qū)ο蠓治鯫OA和面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)OOD開(kāi)始成熟，一些實(shí)用的面向?qū)ο箝_(kāi)發(fā)方法和技術(shù)相繼出現(xiàn)。G.Booch提出的面向?qū)ο箝_(kāi)發(fā)方法學(xué)，P.Coad和E.Yourdon提出的OOA和OOD等。,面向?qū)ο蠓椒ǖ幕舅枷?《大英百科全書(shū)》描述了“分類學(xué)理論”中有關(guān)人類認(rèn)識(shí)現(xiàn)實(shí)世界普遍采用的3個(gè)構(gòu)造法則：（1）區(qū)分對(duì)象及其屬性；（2）區(qū)

26、分整體對(duì)象及其組成部分；（3）形成并區(qū)分不同對(duì)象的類。面向?qū)ο笏枷胝歉鶕?jù)以上3個(gè)常用的構(gòu)造法而建立起來(lái)的。采用對(duì)象及其屬性，整體和部分，類、成員和它們之間的區(qū)別等3個(gè)法則來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，遵循了分類學(xué)理論的基本原理，符合認(rèn)識(shí)來(lái)源于實(shí)踐，又服務(wù)于實(shí)踐的辯證唯物主義思想。,類可以形式化地定義,Class=其中： ID——類名； INH——類的繼承性集； ATT——屬性集； OPE——操作集；

27、 ITF——接口消息集。,面向?qū)ο竽Ｐ图捌涮匦?（1）身份、狀態(tài)、行為① 身份是某一對(duì)象區(qū)別于其他對(duì)象的屬性。所有的對(duì)象都有一個(gè)可以相互區(qū)別的身份。對(duì)象與對(duì)象之間相互區(qū)別是通過(guò)它們固有的獨(dú)立的個(gè)體存在，而不是通過(guò)它們的屬性來(lái)區(qū)分的，相同的屬性不等于相同的身份（例如兩個(gè)蘋(píng)果，盡管有相同的形狀、顏色或質(zhì)地，但仍是兩個(gè)獨(dú)立的蘋(píng)果）。② 狀態(tài)是指對(duì)象所有屬性被附上值所具有的一種情形。③ 行為是指對(duì)象在其狀態(tài)變化和消息傳遞過(guò)程中的作用

28、及反應(yīng)，狀態(tài)可以定義為行為的累積結(jié)果，而行為則可改變對(duì)象的狀態(tài)。,（2）分類,分類意味著有相同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（屬性和狀態(tài)）和行為的對(duì)象組成一個(gè)類，每個(gè)類描述一個(gè)類的集合。每個(gè)對(duì)象都是它的類的一個(gè)實(shí)例，實(shí)例的每個(gè)屬性都有它自己的值，但是和類的其他實(shí)例共享相同的屬性名和操作。（3）繼承繼承是指在類中基于層次的關(guān)系，共享屬性和操作。一個(gè)類可以被細(xì)化為子類，每個(gè)子類繼承父類的所有屬性，并可以增加它獨(dú)有的屬性。（4）多態(tài)多態(tài)是指相同的操作在不

29、同的類上可以有不同行為的特性。,面向?qū)ο竽Ｐ妥裱幕驹瓌t,（1）抽象抽象是處理現(xiàn)實(shí)世界復(fù)雜性的最基本方式，在OO方法中，它強(qiáng)調(diào)一個(gè)對(duì)象和其他對(duì)象相區(qū)別的本質(zhì)特性。對(duì)于一個(gè)給定的域，確定合理的抽象集是面向?qū)ο蠼５年P(guān)鍵問(wèn)題之一。（2）封裝封裝是對(duì)抽象元素的劃分過(guò)程，抽象由結(jié)構(gòu)和行為組成，封裝用來(lái)分離抽象的原始接口和它的執(zhí)行。封裝也稱為信息隱藏（Information Hiding），它將一個(gè)對(duì)象的外部特征和內(nèi)部的執(zhí)行細(xì)節(jié)分割開(kāi)來(lái)

30、，并將后者對(duì)其他對(duì)象隱藏起來(lái)。,（3）模塊化,模塊化是已經(jīng)被分為一系列聚集的和耦合的模塊的系統(tǒng)特性。對(duì)于一個(gè)給定的問(wèn)題，確定正確的模塊集幾乎與確定正確的抽象集一樣困難。通常，每個(gè)模塊應(yīng)該足夠簡(jiǎn)單，以便能夠被完整地理解。（4）層次抽象集通常形成一個(gè)層次。層次是對(duì)抽象的歸類和排序。在復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)世界中有兩種非常重要的層次，一個(gè)是類型層次，另一個(gè)是結(jié)構(gòu)性層次。,第6章　計(jì)算學(xué)科中的系 統(tǒng)科學(xué)方法,6.5 面向?qū)ο蠓椒?/p>

31、的核心問(wèn)題,OOA模型,（1）主題層主題給出OOA模型中各圖的概況，為分析員和用戶提供了一個(gè)相互交流的機(jī)制，有助于人們理解復(fù)雜系統(tǒng)的模型構(gòu)成。（2）對(duì)象層對(duì)象是屬性及其專用服務(wù)的一個(gè)封裝體，是對(duì)問(wèn)題域中的人、事和物等客觀實(shí)體進(jìn)行的抽象描述。對(duì)象由類創(chuàng)建，類是對(duì)一個(gè)或多個(gè)對(duì)象的一種描述，這些對(duì)象能用一組同樣的屬性和服務(wù)來(lái)刻畫(huà)。,OOA模型,（3）結(jié)構(gòu)層在OO方法中，組裝結(jié)構(gòu)和分類結(jié)構(gòu)是兩種重要的結(jié)構(gòu)類型，它們分別刻畫(huà)“整體與部分”

32、組織以及“一般與特殊”組織。組裝結(jié)構(gòu)（即整體與部分）遵循了人類思維普遍采用的第2個(gè)基本法則，即區(qū)分整體對(duì)象及其組成部分。,OOA模型,（4）屬性層屬性是描述對(duì)象或分類結(jié)構(gòu)實(shí)例的數(shù)據(jù)單元，類中的每個(gè)對(duì)象都具有它的屬性值，屬性值就是一些狀態(tài)的信息數(shù)據(jù)。（5）服務(wù)層一個(gè)服務(wù)就是收到一條信息后所執(zhí)行的處理（操作）。服務(wù)是對(duì)模型化的現(xiàn)實(shí)世界的進(jìn)一步抽象。,OOD模型,OOA與OOD不存在轉(zhuǎn)換的問(wèn)題。OOD根據(jù)設(shè)計(jì)的需要，僅對(duì)OOA在問(wèn)題域

33、方面建立的5個(gè)抽象層次進(jìn)行必要的增補(bǔ)和調(diào)整OOD還必須對(duì)人機(jī)交互、任務(wù)管理和數(shù)據(jù)管理3個(gè)部分的內(nèi)容進(jìn)行抽象，最后建立完整的OOD模型。該模型的主要內(nèi)容可以用表6.1所示的形式來(lái)概括。,表6.1 OOD模型,,支持OOA和OOD模型的實(shí)現(xiàn)問(wèn)題,使用OOPL來(lái)實(shí)現(xiàn)OOA和OOD模型相對(duì)來(lái)說(shuō)比較容易，因?yàn)镺OPL的構(gòu)造與OOA和OOD模型的構(gòu)造是相似的，OOPL支持對(duì)象、運(yùn)行多態(tài)性和繼承等概念。使用非OO語(yǔ)言則需要特別注意和規(guī)定保留