第七章系统分析与系统建模
软件工程中的系统建模与分析技术研究
软件工程中的系统建模与分析技术研究在软件工程领域，系统建模与分析技术是一项至关重要的研究课题。
随着信息技术的不断发展和应用的深入，软件系统的复杂性和规模不断增加，为此，需要有效的方法来帮助工程师更好地理解和管理系统。
系统建模与分析技术通过建立模型和分析技术可以帮助软件工程师提高软件系统的设计和开发能力，提升软件系统的质量和性能。
系统建模是软件系统设计的重要组成部分。
软件系统的复杂性使得简单的设计方法和技术难以满足系统的需求。
系统建模技术通过建立合适的模型来描述系统的结构和行为，帮助软件工程师更好地理解系统的复杂性，指导系统开发和管理。
常用的系统建模方法包括结构化方法、面向对象方法、UML等。
结构化方法是最早的系统建模方法之一，通过划分系统为不同的模块，描述模块之间的关系来进行系统设计。
这种方法有助于分解系统，清晰地描述系统的结构和功能，但对于复杂系统的描述能力较有限。
面向对象方法是一种更为先进的系统建模方法，通过对象的概念来描述系统，将系统分解为对象并描述对象之间的关系，能更好地满足系统的复杂性和变化。
UML是一种常用的面向对象建模语言，提供了丰富的图形符号和语法规则，帮助工程师更好地描述系统的结构和行为。
除了系统建模技术外，系统分析技术也是软件工程中的关键技术之一。
系统分析技术通过对系统的需求和行为进行深入分析，帮助软件工程师理清系统需求和功能，指导系统设计和开发。
常用的系统分析方法包括需求分析、功能分析、性能分析等。
需求分析是系统分析的第一步，通过对用户需求和系统功能进行分析，确立系统需求的准确性和完整性。
功能分析是系统分析的重要环节，通过对系统功能和交互进行分析，明确系统的功能和实现方法。
性能分析则是分析系统的性能需求和限制，指导系统的性能优化和测试。
通过系统分析技术，软件工程师可以更好地理解和控制系统的需求和行为，提高系统的质量和可靠性。
在系统建模与分析技术的研究中，还涌现了许多新的方法和技术，如建模语言、形式化方法、仿真技术等。
复杂系统的建模和分析
复杂系统的建模和分析复杂系统指的是由大量相互作用的组成部分构成的系统，其中任意一个部分的变化都可能对整个系统产生影响，并且这些作用关系是非线性的，加上系统内部和外部的不确定性，这就使得复杂系统的建模与分析变得非常困难。
为了深入了解复杂系统的运行机制和行为规律，我们需要对其进行建模和分析。
模型的建立首先要确定系统的组成部分和其之间的相互关系，这需要从实际问题中抽象出关键要素，并根据其特性进行分类和分析，以确定其在整个系统中的作用和地位。
同时，还需要考虑系统中存在的多重反馈和非线性作用，以及外部环境的各种影响。
建模过程中，常用的方法有状态空间法、方程组法、网络模型、统计模型等。
其中，状态空间法是一种基于状态变量来描述系统行为和演化规律的方法，可以有效地对非线性系统进行建模和分析。
方程组法则是将系统的各个变量表示为方程的形式，并进行求解，其适用于一些简单的线性系统。
网络模型是利用图论和网络分析方法，将系统的各个元素和相互关系表示为节点和边，并利用网络的拓扑结构来分析系统的性质和行为规律。
统计模型则是基于大量数据的统计分析方法，常用于对现象进行建模和预测。
除了建模方法外，还需要对复杂系统进行分析，以发现其内部关系、演化规律和行为特征。
其中，动力学方法是一种常用的分析方法，其基于系统的状态变量和参数，来推导系统状态的演化方程和稳态解。
另外，还有一些非线性动力学方法，如混沌理论、奇异系统分析等，对复杂系统的分析也起到了很大的作用。
总之，建模和分析是深入了解复杂系统的重要手段，其主要任务是通过对系统的关键要素和行为规律的认识，从而发现系统内部的运行机制和规律，并为进一步的优化和控制提供决策支持。
这需要采用多种方法和手段，并结合实际问题进行分析和应用，以提高对复杂系统的认识和管理能力。
《系统分析与设计》课程教学大纲
《系统分析与设计》课程教学大纲课程英文名称：System analysis and design课程代码：R0902635 学时数：56 学分数：3.5课程类型：专业基础课程适用学科专业：软件工程先修课程：《面向对象程序设计》，《软件工程基础》，《数据库原理及应用》执笔者：编写日期：审核人：一、课程简介《系统分析与设计》是软件工程专业的专业基础课程。
学生通过该课程的学习，可掌握面向对象软件系统分析与设计的基本原理、方法与技术，培养软件系统建模分析、系统分析与设计、软件模块设计、软件界面设计等专业能力。
Software system architecture design is a professional basic course of software engineering. Through the study of this course, students can master the basic principles, methods and technologies of object-oriented software system analysis and design, and cultivate the professional abilities of software system modeling analysis, software system architecture design, software module design, software interface design, etc.二、课程目标课程达成度评价指标点达成度评价三、教学计划（一）教学内容、要求及教学方法本课程共56学时，课堂讲授40学时，课内实验16学时。
教学内容由如下章节组成：第1章系统分析与设计概述（CM1） 4学时教学方法：课堂面授。
采用课堂知识点讲授的教学方法，让学生理解课程内容的概念、原理和相关技术。
uml系统分析与设计uml系统建模基础教程课后习题答案.docx
UML系统建模基础教程课后答案第一章面向对象设计与UML1.填空题(1)UML(2)封装继承多态(3)继承(4)瀑布模型喷泉模型基于组件的开发模型XP开发模型2.选择题(1) C(2) A B C D(3) A B C D(4) A B C(5) A3.简答题1.试述对象和类的关系。
(1)类是具有相同或相似结构、操作和约束规则的对象组成的集合，而对彖是某一类的具体化实例，每一个类都是具有某些共同特征的对象的抽象。
类与对象的关系就如模具和铸件的关系，类的实例化结果就是对象，而对一类対象的抽象就是类.类描述了一组有相同特性和相同行为的对象。
第二章UML通用知识点综述1.填空题(1)依赖泛化关联实现(2)视图图模型元素(3)实现视图部署视图(4)构造型标记值约束(5)规格说明修饰通用划分2.选择题(1) D(2) C(3) A(4) A B(5) D3.简答题(1)在UML中面向对象的事物有哪几种？在UML中，定义了四种基本的面向对象的事物，分别是结构事物、行为事物、分组事物和注释事物等。
(2)请说出构件的种类。
构件种类有：源代码构件、二进制构件和可执行构件。
(3)请说出试图有哪些种类。
在UML中主要包括的视图为静态视图、用例视图、交互视图、实现视图、状态机视图、活动视图、部署视图和模型管理视图。
(4)请说出视图和图的关系。
视图和图是包含和被包含的关系。
在每一种视图中都包含一种或多种图。
(5)请简述UML的通用机制。
UML提供了一些通用的公共机制，使用这些通用的公共机制(通用机制)能够使UML在各种图中添加适当的描述信息，从而完善UML的语义表达。
逋常，使用模型元素的基本功能不能够完善的表达所要描述的实际信息，这些通用机制可以有效地帮助表达，帮助我们进行有效的UML 建模。
UML提供的这些通用机制，贯穿于整个建模过程的方方面面。
前面我们提到，UML的通用机制包括规格说明、修饰和通用划分三个方面。
第三章Rational统一过程1.填空题(1)角色活动产物工作流(2)逻辑视图过程视图物理视图开发视图用例视图(3)设计开发验证(4)二维(5)周期迭代过程里程碑2.选择题(1) A B C D(2) A C D(3) A C D(4) A B C(5) A B C D3.简答题(1)请描述迭代过程有几个阶段。
uml课后习题答案
uml课后习题答案第一章系统建模与分析设计的演变课后习题：1、A2、C3、D4、B5、软件按照其工作方式可划分为实时处理软件、分时处理软件、交互式软件和批处理软件。
6、软件生存周期由软件的定义、软件的开发和软件的使用维护和更新换代三部分组成。
7、软件开发模型有瀑布模型、增量模型、螺旋模型、智能模型和快速原型模型等五种主要模型8、面向对象技术采用以类为中心的封装、继承、多态等不仅支持软件复用，而且使软件维护工作可靠有效，可实现软件系统的柔性制造。
9、UML的优点是：唯一性、连续性、维护性、复用性和完善性。
第二章统一建模语言UML1、A2、B3、C4、D5、B6、UML分析和设计模型由三类模型图表示，三类模型图是：用例模型图、静态模型图和动态模型图。
7、UML的软件统一开发过程，即生命周期按时间顺序可以划分为，开始，详细设计，系统构造和移交四个阶段及阶段中一系列的循环重复。
8、UML开发过程是一种二维结构软件开发过程，软件项目开发过程流程包括的核心工作内容是，分析，设计，实现，测试和配置9、UML中的五个不同的视图可以完整地描述出所建造的系统，这五种视图是用例视图、逻辑视图、构件视图、进程视图和配置视图。
10、UML中有10中基本图可以完整地描述出所有建造的系统，这10中视图是用例图、类图、对象图、包图、构件图、配置图、序列图、活动图、状态图和合作图。
第三章需求分析与用例建模习题：1、B2、A3、C4、D5、B6、A7、A8、UML软件开发过程需求分析阶段产生的模型由三类模型图表示。
他们是：用例模型图、静态模型图和动态模型图。
9、CRC卡中的描述由类名、类特征、类类型、责任和协作者共五部分组成10、软件项目的目的的可行性研究分析中，技术可行性研究包括风险分析、资源分析、技术分析三部分组成11、在UML软件开发过程的需求分析阶段，建立用例模型的步骤分为，确定系统的范围和边界，确定系统的执行者和用例，对用例进行描述，定义用例之间的关系和审核用例模型。
控制系统中的系统建模与分析
控制系统中的系统建模与分析在控制系统中，建模分析是十分重要的一环。
通过对系统进行精细的建模，可以实现对系统的深刻理解，为控制系统的设计提供支持和依据。
本文将介绍控制系统中的系统建模与分析，帮助读者更好地理解和应用控制系统。
一、控制系统简介控制系统是一个涉及工程、数学、物理、计算机等多个学科的复杂系统，它的作用是在符合一定性能指标的前提下，使系统达到一定的预定目标。
常见的控制系统包括飞行器控制系统、汽车自动驾驶系统、机器人控制系统等。
二、系统建模1. 建模方式在控制系统中，系统建模有两种主要方式：基于物理方程（物理建模）和基于实验数据（数据建模）。
物理建模是通过物理学、力学、电学等学科，建立控制对象的系统模型，包括状态空间模型、传递函数模型等。
物理建模效果较好，其模型能够准确地反映控制对象的物理特性。
但是物理建模需要精通相关物理学原理和数学知识，建模难度较大。
数据建模是通过采集已知控制对象的实验数据，利用机器学习等方法，建立控制对象的模型。
数据建模对专业知识的要求相对较低，但是数据采集和处理需要耗费时间和精力，并且在建立模型中可能存在误差。
2. 建模过程系统建模的目的是利用数学模型描述和分析实际系统，从而实现对系统的控制。
建模过程可以分为以下几步：（1）收集系统信息：了解控制对象的系统结构、工作原理、性能指标等相关信息。
（2）选择建模方法：选择合适的建模方法，根据具体情况进行物理建模或数据建模。
（3）建立模型：针对控制对象的工作原理和性能指标，建立相应的数学模型。
（4）验证模型：对建立的模型进行测试和验证，检验其准确性和可靠性。
（5）优化模型：根据验证结果对模型进行调整和优化，实现对模型的完善和精细化。
三、系统分析1. 稳定性分析稳定性是控制系统中最基本的性质之一。
稳定性分析可分为稳定性判据和稳定性分析两方面。
稳定性判据是建立在数学理论基础上，针对控制系统建立一系列的稳定性判定定理，如Routh-Hurwitz准则、Nyquist准则等，根据这些判据来判断控制系统的稳定性。
系统需求分析与建模
系统需求分析与建模一、引言对于系统的设计与开发来说，需求分析与建模是至关重要的环节。
系统需求分析与建模可以帮助我们全面理解用户的需求，并将其转化为系统功能与特性的清晰描述。
本文将探讨系统需求分析与建模的基本概念、方法和工具，并介绍如何有效地进行需求分析与建模。
二、系统需求分析系统需求分析旨在识别和明确系统的功能、性能和约束条件。
以下是系统需求分析的几个主要步骤：1. 需求获取和理解需求获取是指通过与用户、业务分析师和相关利益相关者的沟通来收集和理解系统需求。
这可以通过面对面的会议、问卷调查、用户访谈等方式进行。
重要的是要确保获取到的需求能够准确反映用户的期望和业务的要求。
2. 需求分析和整理需求分析的目标是将收集到的需求进行分类、整理和整合。
可以使用流程图、数据流图、用例图等工具来分析和描述系统的功能和流程。
同时，需求分析还包括对需求的可行性和优先级进行评估。
3. 需求验证和确认在需求分析的最后阶段，需要与用户和相关利益相关者一起验证和确认需求的准确性和完整性。
这可以通过演示、原型展示或者文档审查等方式进行。
目的是确保需求可以满足用户和业务的期望，并且没有遗漏或冲突。
三、系统需求建模系统需求建模旨在将需求以图形化的方式进行描述和表达，以便于更好地理解和交流。
以下是系统需求建模的几个常用方法：1. 用例图用例图是描述系统与其用户之间交互的图形化表示。
用例图可以帮助我们理解系统的功能与角色，并识别各种场景及其对应的用例。
用例图可以用来指导后续的系统设计和开发工作。
2. 数据流图数据流图是描述系统内部数据流动和处理过程的图形化表示。
数据流图以数据流和处理器为中心，展示了系统的功能和数据流动的过程。
数据流图可以帮助我们识别系统的数据流向和处理逻辑。
3. 状态图状态图是描述系统各个对象的状态及其状态变化过程的图形化表示。
状态图可以帮助我们理解系统的行为和状态转换规则。
通过状态图，我们可以更好地描述系统的状态变化及其对应的操作和事件。
复杂系统的建模与分析方法
复杂系统的建模与分析方法复杂系统是由许多相互作用的元素组成的系统，这些元素可以是物理实体，也可以是抽象概念。
复杂系统的行为往往无法用简单的规律描述，因此需要借助数学模型来进行建模和分析。
在本文中，将介绍一些常见的复杂系统建模与分析方法。
一、网络分析网络分析是一种将复杂系统看作图结构进行分析的方法。
复杂系统中的元素可以用节点表示，它们之间的相互作用可以用边表示。
利用网络分析方法可以得到节点之间的关系、节点的重要性、网络的密度等信息。
其中，常用的网络指标包括度、聚类系数、介数中心性等。
网络分析方法被广泛应用于社交网络、生物学、交通网络等领域。
二、微观模拟微观模拟是一种基于元胞自动机、蒙特卡罗等方法的建模与分析方法。
这种方法将系统中的每个元素看作独立的个体，并针对其行为规则进行模拟。
微观模拟常用于交通流、城市规划、人群行为等方面。
它不仅能够分析系统的整体行为特征，还能够研究系统中每个元素的行为特征。
三、仿生学方法仿生学方法是一种模仿生物学系统进行建模与分析的方法。
它借鉴了生物系统中的很多优点，比如自适应、适应性、分布式控制等。
仿生学方法被广泛应用于控制系统、机器人技术、材料科学等领域。
四、系统动力学系统动力学是一种建模与分析方法，用于考虑复杂系统中不同元素之间的相互作用，并通过对系统中各个因素的量化分析，研究整个系统的演化过程。
它可以定量分析系统变化的趋势、敏感性、稳定性等特征，并提供准确的预测值和决策支持。
系统动力学常用于环境保护、企业管理等领域。
五、人工神经网络人工神经网络是一种基于人脑神经系统的结构和功能进行模拟的建模与分析方法。
其核心思想是通过模拟神经元之间的相互作用，建立神经网络模型，进而进行复杂系统建模和分析。
人工神经网络广泛应用于数据挖掘、故障诊断、优化设计等领域。
综上所述，复杂系统的建模与分析方法包括了网络分析、微观模拟、仿生学方法、系统动力学和人工神经网络等多种方法。
这些方法各有特点，应根据不同的实际情况选择适当的方法进行应用。
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KJ法
• 把一个个信息做成卡片，将这些卡片摊 在桌子上观察其全部，把有“亲近性” 的卡片集中起来合成为子问题，依次做 下去，最后求得问题整体的构成 。
KJ基本步骤
• (1)尽量广泛收集与问题有关的信息，并用关键的语句简 洁地表达出来。 • (2)每个信息做一张卡片，卡片上的标题记载要简明易懂. • (3)将卡片摊在桌子上通观全局，充分调动人的直觉能力， 把有“亲近性”的卡片集中在一起作为一个小组。 • (4)给小组取个新名称，其注意事项同步骤（1），把它作 为子系统登记，发现该小组的意义所在。 • (5)重复步骤(3) 、 (4)，分别形成小组、中组和大组，对 难于编组的卡片不要勉强地编组，可把它们单独放在一 起。
系统模型的特征
• • • 是实际系统的合理抽象和有效的模仿； 由反映系统本质或特征的主要因素构成； 表明了有关因素之间的逻辑关系或定量关 系。
系统模型的分类
• 常用的系统模型分为物理模型、文字模型和 数学模型三大类，其中物理模型与数学模型 又可分为若干种。
系统建模要求
•
• • •
对系统模型的要求可以概括为三条，即现 实性、简明性、标准化。 现实性：反映系统本质。 简明性：使系统模型简单明了。 标准化：尽量采用标准化模型 。
系统模型
• 系统模型是采用某种特定的形式（如文字、 符号、图表、实物、数学公式等）对一个系 统某一方面本质属性进行描述，提供有关系 统的知识。 • 系统模型一般不是系统对象本身，而是现实 系统的描述、模仿或抽象 。 • 对同一个系统根据不同的研究目的，可以建 立不同的系统模型。另一方面，同一种模型 也可以代表多个系统 。
• 对系统本质的描述，是方案的表达形式 。 • 基于模型，可以对不同方案进行分析、计算 和模拟，以获得各种方案的性能、数据和其 它信息。
评价准则
• 系统价值的度量 。 • 用以评价各种可行方案的优劣 。
结论
• 系统分析得到的结果，具体形式有报告、建 议或意见等 。 • 结论的作用只是阐明问题与提出处理问题的 意见和建议，而不是提出主张与进行决策， 因此，结论只有经过决策者的决策之后，才 能付诸行动，发挥它的社会效益和经济效益。
图解
目标 发展能源
手段
目标
发展能源 生产
开发新能 源
节能
手段
目标
资 源 勘 探
基 地 建 设
运 输
太 阳 能
生 物 能
潮 汐 能
综 合 利 用
Hale Waihona Puke 节 能 设 备发展能源的目标—手段分析
因果分析法
• 因果分析法是利用因果分析图来分析影响系 统的因素，并从中找出产生某种结果的主要 原因的一种定性分析方法。
系统建模原则
• • • • 现实性原则 简化性原则 适应性原则 借鉴性原则
系统建模方法
• • • • • 推理法 实验法 统计分析法 混合法 类似法
状态空间模型
• 两类系统及其相应状态空间系统方程
人
方法
为什么由此人做？
为什么这样做？
系统分析的步骤
• • • • 系统目的分析和确定 模型化 系统最优化 系统评价
系统分析的方法
•
–
目标—手段分析法
目标—手段分析法就是将要达到的目标和所 需要的手段按照系统展开，一级手段等于二 级目标，二级手段等于三级目标，依次类推， 便产生了层次分明、相互联系又逐渐具体化 的分层目标系统。
系统分析定义
• 广义的解释是把系统分析作为系统工程的同 义语，认为系统分析就是系统工程。 • 狭义的解释是把系统分析作为系统工程的一 个逻辑步骤，系统工程在处理大型复杂系统 的规划、研制和运用问题时，必须经过这个 逻辑步骤。
系统分析定义
• 系统分析：利用科学的分析方法和工具，对系统 的目的、功能、结构、环境、费用与效益等问题 进行分析和确定，它是一个有目的有步骤的探索 和分析过程，为决策提供所需的科学依据和信息。 • 系统要明确主要问题，确定系统目标，开发可行 方案，建立系统模型，进行定性与定量相结合的 分析，全面评价和优化可行方案，从而为领导者 选择最优方案或满意方案提供可靠的依据。
系统分析的原则
• • • • 内部因素与外部因素相结合 当前利益与长远利益相结合 局部效益与总体效益相结合 定性分析与定量分析相结合
系统分析的要点
项目 为什么 应该如何 采取什么 对策
目的 为什么提出该问题？ 应提什么？ 删去不必 对象 为什么从此入手？ 应找哪个？ 要的部分 时间 地点 为什么在这时做？ 为什么在这里做？ 应何时做？ 合并重复 应何处做？ 的工作内 应由谁做？ 容 使工作简 如何去做？ 化
费用和效果
• 费用：每一方案用于实现系统目标所需消耗 的全部资源 。由于各种方案的费用构成很 不一样，所以必须用一种方法去估算它们， 以进行有实际意义的比较。 • 效果：系统达到目标所取得的成果 。衡量 效果的尺度是效益和有效性，效益可以用货 币形式表示，有效性则用货币以外的指标来 评价 。
模型
KJ基本步骤
• (6) 把小组（卡片）放在桌子上进行移动，由小组间 的类似、对应、从属和因果关系等进行排列。 • (7) 将排列结果画成图表，即把小组按大小用粗细线 框起来，把一个个有关系的框用“有向枝”（带箭头 的线段）连接起来，构成一目了然的整体结构图。 • (8)观察结构图，分析它的含义，取得对整个问题的明 确认识。
系统分析的要素
• • • • • • 目标 可行方案 费用和效果 模型 评价准则 结论
目标
• 系统的目标也就是对系统的要求，它是系统 分析的基础。系统分析人员最初的任务就是 要了解领导者的意图，明确存在的问题，确 定系统的目标。
可行方案
• 指能够实现系统目标的各种可能的途径、措 施和办法，到底其中哪一种最合适，这正是 系统分析所要解决的问题。
第七章 系统分析与系统建模
系统建立过程
系统分析概念
• 系统分析(System Analysis)一词来源于美国 的兰德(RAND，Research and Development) 公司。该公司由美国道格拉斯飞机公司于 1948年分离出来，是专门以研究和开发项目 方案以及方案评价为主的软科学咨询公司。 长期以来，兰德公司发展并总结了一套解决 复杂问题的方法和步骤，他们称之为“系统 分析”。