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《软件工程(第3版)第14章人民邮电出版社》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第五篇高级课题第14章形式化方法概述14.1有穷状态杨14.2Petri网14.3Ｚ语言14.4小结14.5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
2、、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应用形式化方法
3、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
4、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
5、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；S∈J，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
6、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)×K×P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)。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
7、(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
8、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(1··n
