UML建模技术
UML原理与应用
UML原理与应用UML（Unified Modeling Language）是一种标准的图形化建模语言，它提供了一套丰富的符号和构造，用于描述软件系统的结构、行为和交互。
UML不仅仅是一种用于建模的语言，更是一种软件工程中的艺术和科学。
它的设计原则是简洁、直观和易于理解，适用于各种软件开发方法和过程。
UML的核心概念主要包括结构图和行为图。
结构图用于描述系统的静态结构，其中最常使用的是类图、对象图和组件图。
类图描述了系统中的对象和它们之间的关系，其中包括类、接口、关联、继承、依赖等元素。
对象图是类图的实例化，用于描述系统中的具体对象和对象之间的关系。
组件图则描述了系统中的组件和组件之间的关系，可以用于描述系统的模块化结构。
行为图用于描述系统的动态行为，其中最常使用的是用例图、活动图和状态图。
用例图用于描述系统的功能需求，其中包括参与者、用例、关联关系等元素。
活动图描述了系统中的控制流程和并发行为，可以用于描述系统的业务流程、算法等。
状态图描述系统中对象的状态转换和事件触发的流程，可以用于描述系统的状态变化和状态机制。
UML不仅仅可以用于系统设计和分析，还可以用于系统开发的各个阶段，包括需求分析、设计、编码和测试等。
在需求分析阶段，可以使用用例图和活动图来描述系统的功能需求和业务流程。
在设计阶段，可以使用类图和组件图来描述系统的结构和模块化设计。
在编码阶段，可以使用类图来实现系统的类和对象，并通过序列图来描述类之间的交互。
在测试阶段，可以使用状态图来描述系统的状态变化和状态转换的测试用例。
除了用于系统开发的各个阶段，UML还可以应用于系统维护和演化。
通过使用UML建模工具，可以方便地对系统进行分析和改进。
比如在系统维护阶段，可以使用类图来识别系统中的代码重复和耦合，从而进行代码重构。
在系统演化阶段，可以使用组件图来识别系统中的模块，从而进行模块化的重构。
总之，UML是一种广泛应用于软件工程的建模语言，它提供了一套丰富的图形符号和构造，用于描述软件系统的结构和行为。
uml建模方法
uml建模方法
一、使用UML建模方法
1、UML基本方法
UML即统一建模语言，它是目前软件建模最流行的方法，是一种表达、理解、可视化、记录和展示系统的方法。
它在系统分析设计的过程中提供统一的视图，能帮助分析人员清楚的了解系统，从而更好的优化系统。
UML建模方法主要有以下几个：
1）类图结构：用来构建和描述不同对象之间关系的图形，它是面向对象分析的核心，是理解系统架构的窗口；
2）状态图：用来描述系统行为与状态的变化，它能够把一个激动的业务流程分解细节，为系统构思提供依据；
3）活动图：用来描述从一个状态到另一个状态的行为过程，可以降低复杂的系统的复杂度；
4）部署图：用来描述系统的物理部署情况，可以把抽象的系统行为映射到具体的系统部署；
5）构件图：用来描述系统的构件间的关系及服务，可以帮助把系统分解成一个个独立的构件；
6）交互图：用来描述不同构件间及操作的同步过程，可以设计系统的动态行为过程。
2、UML建模方法步骤
1）识别系统实体
要对系统进行建模，首先要对由哪些对象构成的实体，以及在不同实体之间是如何交互的进行把握，它们之间的关系及联系。
2）识别系统行为
根据识别的实体，以及各实体间的关系，开始对系统行为进行识别，建立各实体间的交互关系模型，从粗糙的描述到细节描述，把握系统的行为；
3）建立交互模型
最后，根据识别的实体，以及各实体间的关系，把握系统的行为，建立交互模型，来处理每个实体之间的交互，形成最终的系统模型。
uml动态建模-交互模型
06
UML交互模型案例研究
案例一：银行ATM机交互模型
总结词
简单、高效、安全
详细描述
银行ATM机交互模型是一个典型的UML交互模型案例。通过使用UML，可以清晰地描 述ATM机与用户、银行系统之间的交互关系。该模型强调简单、高效和安全，为用户
提供便捷的自助服务，同时保障银行资金的安全。
案例二：网上购物系统交互模型
交互模型可用于验证系统的功能 和行为，以及进行系统测试，确 保系统的正确性和可靠性。
交互模型的历史与发展
历史
UML交互模型起源于早期的面向对象分析和设计方法，如Booch方法和OMT方 法。随着UML的发展，交互模型逐渐成为UML的重要组成部分。
发展
随着软件工程领域的发展，UML交互模型也在不断演进和完善。新的UML规范 和扩展不断涌现，以满足不同领域的建模需求。同时，UML交互模型与其他建模 方法的集成也在不断发展，如与工作流、活动图等方法的集成。
总结词
便捷、丰富、互动
VS
详细描述
网上购物系统交互模型展示了用户如何通 过网站或APP进行商品浏览、选择、下单 和支付等操作。该模型强调便捷的购物流 程、丰富的商品选择以及用户与商家之间 的互动，使用户能够轻松完成购物，提高 用户满意度。
案例三：智能家居系统交互模型
总结词
智能、舒适、节能
详细描述
智能家居系统交互模型描述了家庭中的各种 智能设备如何相互连接和协同工作。该模型 强调智能化的家居管理、舒适的生活环境和 节能环保，通过UML交互模型，可以更好 地理解智能家居系统的工作原理和功能需求。
顺序图
01
顺序图是UML动态建模中用于描述对象之间交互顺序的模型元素。
02
uml的特点和用途
uml的特点和用途UML（Unified Modeling Language）是一种用于软件系统建模的标准化语言，它具有以下特点和用途。
特点：1. 统一性：UML是一种统一的建模语言，它将多种建模技术整合在一起，包括结构建模、行为建模和交互建模等，使得不同的模型之间可以进行无缝的集成和协作。
2. 易学易用：UML采用图形符号和文本描述相结合的方式，使得它的语法和语义非常直观和易于理解，从而降低了学习和使用的难度。
3. 可扩展性：UML提供了一种扩展机制，允许用户根据具体的需求和场景进行定制和扩展，从而满足不同的建模需求。
4. 高度表达性：UML提供了丰富的图形符号和符号组合方式，可以灵活地表达不同的建模概念和语义，使得模型具有更高的表达性和可读性。
5. 易于工具支持：由于UML已成为行业标准，因此有许多建模工具和开发环境提供了对UML的良好支持，便于开发人员进行建模、分析和设计工作。
用途：1. 需求分析：通过使用用例图、活动图和状态图等UML图形，可以帮助分析师和开发团队更好地理解用户需求，明确系统功能和行为，并对需求进行有效的沟通和验证。
2. 系统设计：UML提供了类图、对象图和组件图等建模工具，可以帮助开发人员进行系统结构设计和模块划分，明确系统的组成部分和它们之间的关系，从而指导代码的编写和开发过程。
3. 架构设计：通过使用包图、部署图和组合结构图等UML图形，可以帮助架构师对系统进行整体设计和布局，明确系统的组织结构和部署方案，从而提高系统的可扩展性和可维护性。
4. 测试和验证：UML提供了序列图和协作图等建模工具，可以帮助测试人员进行系统测试和验证工作，明确系统的行为和交互方式，并根据模型生成测试用例和测试脚本，提高测试效率和覆盖率。
5. 文档生成：UML模型可以作为软件系统的文档，包含了系统的结构、行为和交互等信息，可以通过工具自动生成文档，提高文档的可读性和维护性。
6. 项目管理：UML可以作为项目管理工具的一部分，用于描述系统的工作流程、任务分配和资源调度等信息，帮助项目经理进行进度控制和资源管理。
uml建模与设计模式课程介绍
一、课程概述在软件工程领域，UML建模和设计模式是两个非常重要的概念。
UML 建模是一种用于描述、设计和分析软件系统的标准化方法，它提供了一种统一的语言来描述系统的结构和行为。
设计模式则是一种解决特定问题的通用解决方案，它们描述了在特定情境下可重复使用的解决方案。
本课程旨在向学生介绍UML建模和设计模式的基本概念、原则和应用。
通过本课程的学习，学生将能够掌握UML建模和设计模式的基本理论知识，掌握这两个重要概念在软件开发中的应用技巧，提高软件设计和开发的能力。
二、课程目标1. 了解UML建模的基本原理和核心概念2. 掌握UML建模在软件系统设计中的应用技巧3. 掌握常见的设计模式及其在软件开发中的应用4. 能够运用UML建模和设计模式进行软件系统的分析、设计和开发三、课程大纲1. UML建模基础1.1 UML概念和分类1.2 UML建模的基本元素1.3 UML建模的基本原则和方法2. UML建模进阶2.1 UML时序图和用例图2.2 UML类图和对象图2.3 UML活动图和状态图3. 设计模式概述3.1 设计模式的定义和分类3.2 设计模式的原则和使用场景4. 创建型模式4.1 单例模式4.2 工厂模式4.3 建造者模式5. 结构型模式5.1 适配器模式5.2 装饰者模式5.3 组合模式6. 行为型模式6.1 观察者模式6.2 命令模式6.3 策略模式四、教学方法本课程采用以理论教学为主，辅以案例分析和实际操作的教学方法。
教师将通过讲解理论知识、分析实际案例以及演示操作，结合学生的课堂讨论和作业练习，使学生能够更好地理解和掌握课程内容。
五、课程评估1. 平时表现：占总成绩的20，包括课堂表现、作业情况等2. 期中考试：占总成绩的303. 期末考试：占总成绩的50六、适用对象本课程适用于计算机科学与技术、软件工程、信息安全等相关专业的本科生和研究生。
对于希望从事软件系统设计、开发和管理工作的学生来说，掌握UML建模和设计模式的基本知识和技能具有重要的意义。
13种uml简介、工具及示例
13种uml简介、工具及示例UML（Unified Modeling Language）是一种用于软件开发的标准化建模语言，它使用图形表示法来描述软件系统的不同方面。
在软件开发过程中，使用UML可以帮助开发人员更清晰地理解系统的结构和行为，从而更好地进行设计和实现。
UML提供了包括结构模型、行为模型和交互模型在内的多种建模方式，其中每种模型都有各自的符号和语法规则。
通过使用这些模型，开发人员可以将系统分解成不同的部分，然后逐步细化这些部分的设计，以便更好地组织和管理项目。
在UML中，最常用的建模元素包括用例图、类图、时序图、活动图、状态图等。
每种图表都有其特定的用途和表达能力，开发人员可以根据实际需要选择合适的图表进行建模。
除了建模元素外，UML还定义了一系列的建模工具，这些工具可以帮助开发人员更高效地进行建模和分析。
其中一些常用的建模工具包括Enterprise Architect、Rational Rose、StarUML等。
下面将对13种UML简介、工具及示例进行详细介绍：1. 用例图（Use Case Diagram）用例图是UML中描述系统功能和用户交互的基本图表之一。
它用椭圆表示用例，用直线连接用例和参与者，展示了系统外部用户和系统之间的交互。
用例图可以帮助开发人员更清晰地理解系统的功能需求，从而指导系统的设计和实现。
示例：一个简单的在线购物系统的用例图包括用例“浏览商品”、“添加商品到购物车”、“提交订单”等，以及参与者“顾客”和“管理员”。
2. 类图（Class Diagram）类图是UML中描述系统结构和静态关系的基本图表之一。
它用矩形表示类，用线连接类之间的关系，包括关联关系、聚合关系、继承关系等。
类图可以帮助开发人员更清晰地理解系统的对象结构和类之间的关系，从而支持系统的设计和重构。
示例：一个简单的学生信息管理系统的类图包括类“学生”、“课程”、“教师”等，以及它们之间的关系如“选修”、“授课”等。
UML建模过程中的常见问题与解决方法
PART THREE
问题描述：模型设计过于复杂，难以理解和维护 原因分析：缺乏对UML建模原则的理解，过度追求细节 解决方法：遵循UML建模原则，简化模型设计 实践建议：采用分层、模块化的设计方法，提高模型的可读性和可维护性
问题：对业务需求理解不足，导致模型设计不准确 解决方法：加强与业务人员的沟通，深入了解业务需求 问题：对业务规则理解不足，导致模型设计不完整 解决方法：深入研究业务规则，确保模型设计全面
打开建模工具：选择合适的建模工具，如Visio、StarUML等，并打开。 创建新项目：在工具中创建一个新的项目，并为其命名。 绘制UML图：在项目中绘制UML图，包括类图、序列图、状态图等。 编辑元素：在UML图中编辑元素，如添加、删除、修改元素等。 保存和导出：将绘制好的UML图保存为文件，并导出为PDF、PNG等格式。
问题描述：在UML建模过程中，无法准确描述系统需求，导致模型与实际需求不符 原因分析：需求理解不到位，缺乏有效的沟通和协作 解决方法：加强需求分析，提高沟通和协作能力，确保模型与实际需求一致 案例分析：通过实际案例，分析如何解决无法正确表达系统需求的问题
问题描述：在设计过程中，由于缺乏有效的沟通和协作，导致问题无法及时发现和解决。
分析业务流程：梳理业务流 程，识别关键节点
理解业务需求：明确业务需 求，理解业务场景
确定业务规则：明确业务规 则，确保业务一致性
设计业务模型：根据业务需求， 设计业务模型，确保模型符合 业务需求
结构视图：使用结构视图描述 系统结构，包括模块、组件、 接口等
功能视图：使用功能视图描述 系统功能，包括用户界面、业 务流程等
采用敏捷开发方法 ，快速迭代和反馈 ，及时解决问题
加强团队沟通和协 作，共同解决设计 中的问题
UML建模实例教程教学设计
UML建模实例教程教学设计教学目标本教学设计旨在帮助学生学习和掌握UML建模技能，包括了解UML的基本概念，学习UML的核心元素和图表，掌握UML的应用方法和技巧，能够使用UML进行软件设计和开发。
教学内容第一节：UML概述1.UML的定义和发展历程2.UML的应用领域和优势3.UML的基本概念和术语第二节：UML核心元素和图表1.UML的结构图表和行为图表2.UML的类图表和对象图表，包括类、接口、关联、继承、聚合、组合、依赖等3.UML的交互图表和状态图表，包括序列图、通信图、活动图、状态图等第三节：UML的应用方法和技巧1.UML建模的过程和方法2.如何运用UML进行软件需求分析3.如何运用UML进行软件设计和开发教学方法1.讲授课堂教学，通过介绍和讲解UML的基本概念、核心元素和图表，让学生掌握UML的基本知识和技能；2.组织实验教学，让学生在实践中体验UML的应用方法和技巧，加深对UML的理解和应用能力；3.论文辅导，让学生结合实际项目，撰写UML模型的设计文档，加强UML的应用能力和文档编写能力。
教学评估针对本教学设计，可采用以下评估方式：1.课堂抽查：在课堂上随机提问学生UML的基本概念和核心元素，检验学生的掌握情况；2.实验报告：学生根据指定的项目，运用UML进行建模设计，并撰写完整的文档，评估学生的应用能力和文档编写能力；3.论文分析: 学生撰写UML应用的相关论文，半个月后由本科专业教师进行评估，评估主要从论文格式、思维深度、案例研究等方面进行分析。
总结本教学设计通过引入UML的概述、核心元素和图表、应用技巧和方法等教学内容，旨在为学生提供全面系统的UML建模技能训练，培养学生的系统分析、设计和编码能力，对于软件工程专业学生而言，这无疑是一份难得的学习资料。
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▪ 元素表示任何需要处理的业务领域对象或概念 ▪ 每个模型元素都有一个特定的UML图元与之对应
▪ 1) 元素的分类
▪ A. 结构元素：包括类、对象、接口、用例、协作、主动类、构件 和节点
张三 :People
类名
-memberName
-memberName
功能 类、类的特征以及类之间的关系 系统中各个对象的快照 构件的结构和联系 系统拓扑的物理描述 用户与系统如何交互 过程行为与并行行为 事件如何改变生命周期中对象 对象之间的交互，强调顺序 对象之间的交互，强调连接 静态 结构 建模 物理 建模 需求 建模 动态 行为 建模
▪ 3. 视图
▪ 完整反映系统的各个方面一般需要用一组视图从各个方面来反映 系统，每种视图描述系统的一个特定的方面 ▪ 每种视图都是由一组图构成，图中包含了强调某个方面的描述 ▪ 视图与视图之间不是相互独立的，它们之间是有联系的，另外视 图与视图之间可能还会产生一点重叠 ▪ 用例视图、逻辑视图、并发视图、构件视图和部署视图
▪ D.依赖关系：描述的是一个元素与另一个元素的语义上的连接关 系，其中一个元素是独立的，另一个元素是不独立的，它依赖于 独立元素 ▪ 如果两个元素是类，那么下面几种情况都属于依赖关系：
▪ 一个类是另一个类的属性成员； ▪ 一个类是另一个类的某些方法的参数； ▪ 一个类调用另一个类的某些方法
订单处理
订单
-memberName
-memberName
订单明细
-memberName
-memberName
▪ B. 实现关系：用来定义接口和实现接口的类或组件之间的关系。 实现关系用从类指向接口的带有空心三角箭头的虚线来表示
<<接口 >>
接口名称
-memberName
-memberName
类名
-memberName -memberName
▪ 结构化建模工具
▪ E-R图 ▪ 数据字典 ▪ 数据流图 ▪ 决策树/决策表
数据 功能 行为
▪ 2. 面向对象建模技术
▪ 面向对象是把构成问题事务分解成各个对象，主张从客观 世界固有的事物出发来构造系统
▪ 面向对象建模工具
▪ UML：一种建模语言，利用UML图可以创建不同类型的模型
数据 功能 行为
II. 聚合关联：表示的语义是“整体与部分之间”的关系，空心小 菱形端表示整体类，另一端表示事物的部分类
订单明细
-memberName
-memberName
商品
-memberName
-memberName
III. 组合关联（Composition）:表示部分类强烈依赖整体类，当整 体类删除时，部分类也就不复存在了
▪ （3）使用关系 ▪ 用例的使用关系是指一个用例使用另一个用例的关系 ▪ 如果若干个用例都有一些相同的行为，则把这些相同的行为抽取出来称为 抽象用例。用例之间的使用关系用构造型<<use>>表示
<<use>>
读者
预定图书
登陆系统
图 5-31 用例间的使用关系
▪ B. 用例图的绘制 ▪ C. 用例的描述
过期
过期
书籍“过期”状态的表示方法（ROSE）
书籍“过期”状态的表示方法（VISIO）
▪ C. 分组元素：主要目的就是能够分门别类的管理这些软件元素， 使得相同的或相似功能的软件元素集中存放，便于管理和理解 ▪ D. 注释元素:用来对其它的元素进行解释说明的,在UML中模型一 般用一个缺口矩形表示，解释的文字就写在矩形中
▪ C.泛化关系：表示一般类与特殊类之间的关系，用于对继承进行 建模的UML元素，表示的是一种“is a kind of”关系，用一条带有 空心三角箭头的实现表示泛化关系，空心三角指向父类，另一端 是子类
汽车
-memberName -memberName
交通工具
-memberName -memberName
类B
-memberName
-memberName
I.
直接关联
导航性：表示的是通信的方 向性单向导航带有一个箭头 的实线表示，双向导航用没 有箭头的实线表示，一个端 点设置导航性意味着另一端 的对象可以访问本端的对象
客户
-memberName
信用卡
-memberName
-memberName
-memberName
业务逻辑层
我是注释元素，会让模型 更加容易理解！
图 5-11 “业务逻辑层 ”包的表示方法
图 5-12 注释元素的表示方法
▪ 2）元素之间的关系
▪ A. 关联关系：表示两个类之间存在某种语义上关系。关联中重要 的关系包括直接关联、聚合关联、组合关联等
类A
-memberName
-memberName
▪ 对象模型，对象模型采用类、对象、属性、操作、关联、接口、继承等面向 对象的概念展示系统的结构，包括类图、对象图 ▪ 功能模型，功能模型从用户的角度来说明系统的各项功能，包括用例图 ▪ 动态模型，动态模型展示系统内部交互的动态行为，包括序列图、活动图和 状态图等。
UML介绍
▪ UML建模语言作为一种设计语言，主要由模型元素、 图、视图和公共机制几部分构成
▪ 用例图本身有点过于简单 ▪ 要使用用例规约(use case specification)来对用例进行详细表述，用例规约一 般以文字的形式进行表述 ▪ 建立用例规约是需求建模的主要工作，而不是简单的仅仅画几张用例图而已
用例编号
用例名称
用例目标 参与者
▪ 用例规约说明：
▪ （1）目标：用例的目标指用例最终的任务是什么，能得到什么样的结果 ▪ （2）前置条件和后置条件：前置条件指在本用例启动之前，系统应该具备 的启动条件；后置条件指在本用例结束之后，系统将要保证的限定条件 ▪ （3）事件流：事件流是指参与者与系统为达到一个功能目标而进行的一系 列的活动 ▪ 主事件流是指能够达到目标的成功路径。主事件流通常不包括条件和分支， 容易理解和扩展，也被称作基本路径 ▪ 备选事件流：多分支路径和扩展路径来自前置条件后置条件
事件流 基本事件流 备选事件流 扩展点 变异点 补充说明
用例规约模板
用户登录
用例图
添加联系人
用例图
▪ 2. 静态结构建模（数据）
▪ 静态结构建模就是要寻找并发现信息系统的静态模型，建 立静态模型的实质是对问题域进行抽象的过程，把问题域 有关的类和对象以及它们的相互关系进行分类，以揭示系 统的结构 ▪ 静态结构建模工作需要借助于类图和对象图来完成
▪ A. 类图(Class Diagram)：是描述软件系统中类及类之间 关系的一种图示，是从静态角度表示系统的
▪ 类图是构件其它图的基础，是系统静态结构建模的第一步
订单 图 5-32 实体类的表示方法
▪ 面向对象的建模领域里，通常将类分成三种类型，即实体 类、边界类和控制类
▪ （1）实体类
▪ 表示系统领域内的实体，可以代表人、地点、事物或概念 ▪ 实体对象具有永久性的特点，需要持久的存储在数据库中 ▪ 通常将实体类与关系数据库中表对应，实体对象对应表中的一行记录，实体 类中属性与表中的字段相对应 ▪ 实体类可以通过事件流和交互图发现
ROSE
VISIO
▪ 用例是系统中特定的角色为完成某个特定的任务而执行的一系列 动作的集合，在UML中通常用一个带有用例名称的实线椭圆来表 示
借书 图 5-4 用例 “借书 ”的表示方法
▪ B. 行为元素：是UML模型中的动态部分，用来描述业务系统或软 件系统中元素之间的交互或元素的状态变化，通常和其它的结构 元素、类、对象连接在一起，有交互和状态机两种
▪ 交互是为了完成某个任务而进行的一系列元素之间的相互作用，这种相互作 用一般通过元素之间发送和接收消息来完成。在UML中交互表示为带有箭头 的直线，直线的上方标注消息名称即可，如图所示
消息名称 元素 元素
▪ 状态机是由一系列对象的状态构成的。在对象的生命周期内，在一系列事件 的驱动下，对象总是在不同的状态之间迁移，这些状态序列就构成了状态机。 在UML中，状态用一个圆角的矩形表示，矩形内部标注状态名称
图 5-2 结构元素 ——对象
（VISIO）
（ROSE）
▪ 接口表示类或构件能够对外提供的服务，在UML中，接口是用一 个带有名称的小圆圈来表示的，并且通过一条实线与实现它的类 或构件相连（ROSE）
<<接口 >>
接口名称
-memberName
-memberName
类名
-memberName -memberName
▪ A. 用例图：外部用户所能观察到的系统功能的模型图，它描述人 们希望如何使用一个系统，用例图的主要元素是用例和参与者， 用来描述系统功能，并指出各个功能的操作者
查询书目
查询借阅情况
读者 预定图书
取消预定 图 5-28 图书馆管理系统用例图
▪ 1．用例（use case）
▪ 一个用例是用户与计算机之间的一次典型的交互作用，它代表的是系统的一 个完整的功能
▪ 用来显示系统的内部是如何设计和写作的，包括系统的静态结构描述和动态 行为描述 ▪ 静态结构由类图和对象图；动态行为用状态图、顺序图、通信图和活动图来 描述 ▪ 逻辑视图的使用者主要是设计人员和开发人员
UML建模
▪ 1. 需求建模（功能）
▪ 也称用例建模，一般由一个用例图或一组用例图构成，此 外还必须由额外的用例描述文档 ▪ 用例图从宏观上给出了模型的总体概观，但用例的真正细 节则是由用例规约来描述的
-接受订单任务()
-memberName
订单
-memberName