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软件用例模型形式化方法
引言
UML 作为当前比较流行的一种可视化建模语言,已成为面向对象分析和设计中事实上的工业标准.UML 模型直观、易懂,利于开发者与用户之间的沟通.但 UML 的大部分语义是用自然语言描述的,缺乏精确的语义,容易产生模糊或歧义；形式化方法则是基于严格数学理论的,能产生精确、无二义性的形式规约,为软件开发提供了严格的数学基础,把形式化方法和 UML 相结合实现优势互补的研究对保证软件质量、提高可靠性有着非常重要的意义.
一、在线考试软件的用例模型
在线考试系统的用户主要有三类：考生、教师和管理员,现在我们以考生为例,分析其用例模型.
考生主要实现通过浏览器实现登录、查看公告、预约考试、在线考试、查询成绩的功能.
用例规约如下所示：
用例名称： 考生用例； 用例ID：Online_Exam_Student_031；角色：考生；
用例说明：该用例主要功能是考生登录在线考试系统进行公告查询、预约考试、在线考试和成绩查询；前置条件：
进入考生登录页面；基本事件流：
参与者动作及系统响应1. 考生登录考试系统,输入登录的用户名、——系统将登录成功、失败的结果反馈给考生.
2. 考生登录成功后,查看考试公告——系统将考试公告结果显示在页面上.
3. 考生根据考试公告,进入考试预约页面,预约考试——系统将考试预约成功与否反馈给考生.
4. 考生预约成功后,等到考试时间,进行在线考试——系统保存考生的考试结果.
5. 等考试成绩出来后,考生可以查看考试成绩——系统将成绩结果展现给考生.后置条件：考生查看完考试公告、预约完考试、参加完考试、查询完成绩后,退出系统.
二、 软件用例模型存在的问题
在线考试都是实时进行的,这个过程是不能够重复的,如果在线考试过程中出现什么问题,将引发非常大的教学事故；而且考生提交试卷后,对于考生最终的答题数据是不可更改的,成绩也不可以随意修改,所以对在线考试系统的安全性、可靠性要求是非常高的,不能出现任何的问题.
但是通过我们队考生用例图的分析可知,我们在用URL模型描述在线考试系统的过程中,由于URL 模型图是一种人们可以看得见图形,所以只能给人一种宏观上的描述,所有用例的具体功能的描述都是用一种及其不严谨的自然语言进行描述的.换句话说,就是我们只能看到系统包括哪些用户,这些用户包括哪些操作,这些用户及其操作的具体实现都是通过自然语言进行解释说明的.
这样在开发人员编写代码是就容易出现问题,因为在对功能的描述过程中,应用自然语言可能对某些功能描述不清晰,具体实现过程的描述可能也存在歧义,这样使得开发人员可能产生不同的理解,在整个软件的开发流程中,经过的开发人员越多,最后产生的差异就越大.可能最后开发人员编写出的软件与刚开始的软件需求有很大的区别,这样就不能保证软件的一致性,使其具有二义性,这样在后期软件的测试、维护和完善中,就需要耗费大量的人力、物力去进行修改和完善,并且在软件上线使用的过程中,也会存在安全性可靠性不高的情况,对系统造成很坏的影响,下面举几个明显的例子：
2.1 临界值的描述不够严谨
在线考试系统如果不是学校内部投入使用,而是同时针对社会人员,有时会对报名者的年龄有要求,比如“年龄要求满足在18 到23 之间的才能报考”,不同的人就可能产生不同的理解,18 岁和23 岁的考生能不能报考,这两个临界点就很容易让人产生歧义；
2.2 对节点的条件描述不够严谨
在线考试系统考试的过程中可能出现考生、考生考试的情况,那么考试监控非常重要,所以会在系统中设置“考试违纪”“考生缺考”“考生转考”
“取消登录”等按钮,比如对于“取消登录”的执行限定条件描述为“在考试开始之前才能进行取消登录的操作”,对于“考试开始之前”这个节点描述,可以理解为考生登录系统之前,即考生还没有登录系统,也可以理解为考生登录了系统,但还没有考试之前,等待发卷答题之前,可以“取消登录”.
2.3 对一些词语概念描述不够准确
在线考试过程中时常会出现一些异常状况,需要学生进行“转场处理”,对于“转场处理”的执行限定条件为“考生考试的过程中机器出现异常问题时进行转场处理”,对于“异常问题”这一语言语义描述并不严谨,比如：考生进行英语考试,在考试过程中,耳麦出现问题,对于这一异常问题,只需要更换耳机就可以即“更换设备处理”,并不需要转场.
2.4 语言描述句子出现歧义
在考试过程中,我们经常会听到广播里这样说,也经常会看到一些考试要求中这样写“听力考试时间为25 分钟,考试结束给5 分钟涂写答题卡”对于这句话我们可以理解为考试总共的时间是25 分钟,也可以理解为考试总共的时间是30 分钟.
三、解决方法分析
3.1 形式化方法
对于用例图描述在线考试软件过程中出现的问题,该怎样进行完善呢,在这里我们可以引用形式化方法.
形式化方法主要包括形式规约（Formal Specification）和形式验证（Formal Verification）两方面研究内容[1,2].形式规约是用各种数学的语言和表示方法以及工具对系统行为和系统特性的描述.形式验证是使用严格的数学方法来推理验证产品或设计是否符合其全部或部分规约的过程,包括各种模型检测器、定理证明器和验证方法等.
为了避免自然语言描述的二义性使得需求描述不准确,继而导致功能实现与需求不一致或不完整,为以后的开发工作和系统测试及验收带来困难,为了能得到一个精确严格的功能说明,我们将形式化方法引入到用例模型中.
3.2 B 方法
形式化方法中有包括许多种方法,其中形式化方法中的B 方法是一种比较实用的形式化化软件开发方法,它覆盖了从抽象规约到可执行代码生成的软件过程,并且它拥有强大的支持工具,能够对产生的规约进行自动化的验证,从而生成精确的、无二义性的形式化规约,并且它已在大型工业项目中得到运用[3].
但是 B 方法十分抽象,使用难度大,因此仅被一少部分受过训练的开发者应用,还没有被软件开发者广泛的接受.B 方法和UML 存在很大的互补性,都能用于软件的需求分析和设计阶段,两者的结合研究对提高软件的可靠性有着非常重要的意义[3].
四、总结
本文以在线考试系统的用例模型为主要研究对象,对用例模型中存在的问题进行研究,针对其存在的问题,提出能够解决其问题的形式化B 方法,但具体怎样用B 方法将描述UML 用力模型,建立用例规约与映射,需继续研究.
模型论文范文结:
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