7形式化说明技术.ppt

软件需求的说明技术 非形式化：用自然语言描述需求规格说明。比如，应力分析程序必须在一分种之内生产任何一个梁的应力报告。 半形式化：用数据流图、实体-联系图建立模型。 形式化方法：使用具有坚实的数学基础的工具来描述系统性质。 非形式化方法的缺点 矛盾：是指一组相互冲突的陈述。 二义性：是指读者可以用不同方式来理解。 含糊性：比如，友好的界面、很高的安全性 不完整性 抽象层次混乱 形式化方法的优点 由于逻辑的严密性，它能够简洁准确地描述物理现象、对象或动作的结果。比如，关系代数里面的联结运算。 在不同的软件工程活动之间平滑地过渡 可以使用数学方法证明，设计符合规格说明，程序代码正确地实现了设计结果。 应用形式化方法的准则 应该选用适当的表示方法 应该形式化，但不要过分形式化 应该估算成本 应该有形式化方法顾问随时提供咨询 不应该放弃传统的开发方法 应该建立详尽的文档 不应该放弃质量标准 不应该盲目依赖形式化方法 应该测试、测试再测试 应该重用 有穷状态机的形式定义 有穷状态机是一个5元组(J，K，T，S，F)，其中： J是一个有穷的非空状态集，在任一确定的时 刻，只能处于一个确定的状态； K是一个有穷的非空输入集，在任一确定的时 刻，只能接收一个确定的输入； T是一个从(J-F)×K到J的转换函数； S∈J，是初始状态，由此状态开始接收输入； FJ，是终态集，到达终态后不再接收输入。 有穷状态机的表示方法 状态转换表:用表格的行表示状态机所处的当前状态，列表示当前的输入，行列交叉处表示要到达的下一个状态。 状态转换图：用结点（圆圈，矩形或圆角矩形）表示状态，将存在转换关系的状态用有向弧连接，并标注相应的输入字符在有向弧旁，用标有箭头的结点表示初始状态，终结状态集中的状态用双圈表示。 状态转移矩阵：用行表示状态机所处的当前状态，列表示将要到达的下一个状态，行列交叉处表示输入字符。 有穷状态机的例子 一个保险箱上装了一个复合锁，锁有三个位置，分别标记为1、2、3，转盘可向左(L)或向右(R)转动。这样，在任意时刻转盘都有6种可能的运动，即1L、1R、2L、2R、3L和3R。保险箱的组合密码是1L、3R、2L，转盘的任何其他运动都将引起报警。图4.1描绘了保险箱的状态转换情况。 图4.1 保险箱的状态转换图 用有穷状态机描述的保险箱 状态集J：｛保险箱锁定，A，B，保险箱解锁，报警｝ 输入集K：｛1L，1R，2L，2R，3L，3R｝ 状态转换函数T：如表4.1所示 初始态S：保险箱锁定 终态集F：｛保险箱解锁，报警｝ 试描述下面的有穷状态机 给出一个有穷状态机M＝（{q0,q1,q2,q3},{0,1},t, q0,{q0}）,其中状态转换函数t的定义如下： t(q0,1)= q1, t(q0,0)= q2, t(q1,1)= q0, t(q1,0)= q3, t(q2,1)= q3, t(q2,0)= q0, t(q3,1)= q2, t(q3,0)= q1 状态转换表 状态转换图 状态转换矩阵 有穷状态机的扩展 状态的每个转换都具有下面的形式： 当前状态+事件下个状态 有时候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，从而把有穷状态机扩展为一个6元组，其中每个谓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+事件+谓词下个状态 电梯控制系统 在一幢m层的大厦中需要一套控制n部电梯的产品，要求这n部电梯按照约束条件C1，C2和C3在楼层间移动。 C1：每部电梯内有m个按钮，每个按钮代表一个楼层。当按下一个按钮时该按钮指示灯亮，同时电梯驶向相应的楼层，到达按钮指定的楼层时指示灯熄灭。 C2：除了大厦的最低层和最高层之外，每层楼都有两个按钮分别请求电梯上行和下行。这两个按钮之一被按下时相应的指示灯亮，当电梯到达此楼层时灯熄灭，电梯向要求的方向移动。 C3：当对电梯没有请求时，它关门并停在当前楼层。 控制系统的三大组成部分 电梯按钮： 楼层按钮： 电梯本身： 电梯按钮的状态转换图 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(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： EBP(e,f)：电梯按钮(e,f)被按下 EAF(e,f)：电梯e到达f层 状态转换规则 为了定义与这些事件和