程序设计方法学六
程序设计的基本方法
高一信息技术课程教案课题：第六章第一节程序设计的基本方法计划课时：1课时本课课时：1课时教学目的：1、理解算法的概念；2、知道两种算法的描述方法—语言描述法和流程图的区别；3、能初步掌握用流程图描述算法。
4、培养学生的理论联系实际能力和动手能力。
5、提高学生的信息技术素养和创新意识。
教学重点、难点算法的描述、流程图教具教师机、投影仪、视频展示台、多媒体CAI课件教学方法以任务为主线、教师为主导、学生为主体的任务驱动式教学教材分析本节所讲算法主要是指计算机解决问题的方法和步骤。
美国著名计算机科学家克努特教授提出了”计算机科学就是研究算法的科学”的著名论断，说明了算法在设计程序中的重要性，解决任何问题都必须设计算法，所以本节内容起到统领全章的作用。
但是，对于初学者而言，本节内容属于理论知识，具有一定的抽象性。
建构主义理论认为学习是新旧知识的联系，是学习者主动建构内在心理结构的过程。
而在初学者原有的认知结构中没有关于算法的认知。
如果直接讲算法，学生很难实现新旧知识的联系，无法做到意义建构和有意义的学习，对于算法的含义就难以做到真正理解。
按照从感性到理性、从已知到未知的认知规律，我从学生的感性认知入手，从学生的兴趣出发，先创设情境，引入三个用VB编写的小程序，把学生的兴趣调动起来，通过对具体问题的讨论，使学生明白解决任何问题都需要有清晰的解决思路和解题步骤，计算机解决问题和人解决问题一样都需要有明确的解题步骤，而计算机的解题步骤就称为算法，这样就很自然地引入了算法的概念。
易于学生接受和理解。
对于本节内容的重难点，即算法的描述，主要是通过对实际问题的解决来突破的。
本节所讲算法的实例，不在于程序的难易，而在于要易于学生接受。
【例6-1-1】交换两个杯中液体是为了便于学生理解【例6-1-2】交换两个变量的值而设计的。
【例6-1-3】找出三个人中最年轻的那位，【例6-1-4】1分钟的计时器，分别选取生活中的事例，培养学生的理论联系实际的能力。
程序设计方法学
程序设计方法学程序设计方法学是指用以指导程序设计各阶段工作的原理和原则，以及依此提出的设计技术。
有时也指研究这些原理、原则和技术的学科。
程序设计方法学的目标是能设计出可靠、易读而且代价合理的程序。
程序设计方法学包括程序理论、研制技术、支援环境、工程规范和自动程序设计等课题，使程序设计更加科学化和工程化。
其基本内容是：结构程序设计；程序理论在程序设计技术中的应用，以及规格说明和变换技术。
程序理论与程序设计方法学的发展密切相关，它丰富了程序人员的思维方法，促进了程序设计技术的发展。
程序设计方法学也与软件工程关系密切。
方法学对软件的研制和维护起指导作用。
软件工程要求程序设计规范化，建立新的原则和技术。
而一种新的方法的出现，又要求制订出相应的规范。
方法和工具是同一问题的两个侧面。
工具的研究以方法学为基础，而工具的研制成功又会影响程序设计。
程序设计方法学还涉及程序推导、程序综合、程序设计自动化研究、并发程序设计、分布式程序设计、函数式程序设计、语义学、程序逻辑、形式化规格说明和公理化系统等课题。
一、程序设计方法学的发展过程与历史现状程序设计方法学的发展过程与软件的发展过程以及语言的发展过程都存在密切的关系。
一般情况下，软件的发展分为三个阶段：第一阶段，开创阶段。
在１９５５——１９６５年，计算机软件刚刚起步，高级语言的作用还没有被接受，机器语言和汇编语言仍是程序员的主流编程语言。
在这个阶段，程序设计完全是一些专家才能完成的任务，他们能使庞大的机器按照预想执行，程序设计被看作是一门艺术，还没有上升到方法学的高度。
第二阶段，稳定阶段。
１９６５——１９８５年，像科学计算语言FORTRAN、商务计算语言COBOL这样的高级语言开始被人们所接受，软件也不再是随硬件附带的赠品，逐渐成为一个独立的商品，具有其自身的价值。
这个时期软件设计方法的主流是结构化分析和设计，以结构化分析、结构化评审、结构化设计以了结构化测试为特征。
常见的程序设计方法
常见的程序设计方法常见的程序设计方法=======================在软件开发过程中，程序设计是一个非常关键的环节。
良好的程序设计方法能够有效地提高程序的质量和可维护性。
下面将介绍一些常见的程序设计方法，帮助开发者在编写代码时更加高效和规范。
1. 模块化设计-模块化设计是将一个大型的程序拆分成若干个独立的模块，每个模块负责完成特定的功能。
通过模块化设计，可以降低程序的复杂度，提高代码的可读性和可维护性。
每个模块应该具有清晰的接口和功能，便于其他模块进行调用和复用。
2. 面向对象设计--面向对象设计是一种抽象和封装的思想，将现实世界中的事物抽象成对象，在程序中进行模拟和处理。
面向对象设计可以提高代码的可维护性和复用性，通过类和对象的组织结构，可以将代码划分成多个独立的模块，便于分工合作和协同开发。
3. 设计模式-设计模式是一种经过验证和实践的程序设计经验，它提供了一套通用的解决方案，用于解决特定的设计问题。
常见的设计模式包括单例模式、工厂模式、观察者模式等。
采用设计模式可以提高代码的可维护性和扩展性，降低代码的复杂度。
4. 接口设计-接口设计是指定义类或模块提供的公共接口，包括接口的方法、属性和事件等。
好的接口设计可以提高代码的可复用性和灵活性。
接口应该具有清晰的目的和功能，遵循接口隔离原则，确保每个接口的功能单一，便于修改和扩展。
5. 数据结构设计数据结构是程序中用于存储和组织数据的方式。
合理的数据结构设计可以提高代码的效率和性能。
常见的数据结构包括数组、链表、栈、队列等。
在设计数据结构时，需要考虑数据的访问方式和处理需求，选择合适的数据结构来存储和操作数据。
6. 异常处理-异常处理是指在程序运行过程中，当出现错误或异常情况时，及时地捕获并处理。
良好的异常处理可以提高程序的健壮性和可靠性。
在编写代码时，需要合理地使用异常处理机制，捕获和处理可能出现的异常情况，避免程序崩溃或出现未知错误。
c语言程序设计方法
c语言程序设计方法C语言是一种广泛应用于软件开发领域的高级编程语言，其简洁、高效和具有较强的可移植性，使其成为许多程序员首选的编程语言之一。
在进行C语言程序设计时，合理的设计方法能够提高代码的质量和可维护性。
本文将介绍几种常用的C语言程序设计方法，以帮助读者更好地进行程序开发。
一、模块化设计模块化设计是一种将程序拆分成多个独立模块的方法。
每个模块都具有特定的功能，通过模块化设计可以提高代码的可读性和重用性。
在C语言中，可以通过建立函数来实现模块化设计。
一个好的模块化设计应该考虑到函数的功能单一性、接口设计的灵活性以及模块之间的高内聚低耦合原则。
二、注释规范注释是程序开发中不可或缺的一部分，良好的注释规范可以使其他开发人员更好地理解代码的逻辑和意图。
在C语言中，可以使用单行注释（//）和多行注释（/* ... */）来添加注释。
在进行注释时，应尽量避免使用无意义的注释，而要注重对代码中关键逻辑或特殊处理的解释。
三、错误处理在程序开发中，错误处理是非常重要的一环。
良好的错误处理能够提高程序的健壮性和可靠性。
C语言提供了多种处理错误的方式，如使用错误码、异常处理等。
在进行错误处理时，首先应该考虑到可能出现的错误情况，然后针对每种情况制定相应的处理策略，以保证程序的正常运行。
四、优化算法在进行C语言程序设计时，算法的优化是一个至关重要的方面。
合理选择和设计算法能够使程序运行效率更高，减少资源的消耗。
在优化算法时，应注意避免过多的嵌套循环和重复计算，尽量使用已有的库函数和数据结构，以提高程序的执行效率。
五、代码风格良好的代码风格能够使程序的阅读和维护更加方便。
在C语言中，可以采用统一的代码缩进、命名规范和注释规范等来确保代码的可读性。
合理选择变量名和函数名，并使用有意义的命名能够提高代码的可理解性。
此外，在书写代码时，要注意代码的排版，以保持整洁美观。
六、调试技巧调试是程序开发中不可避免的一部分。
掌握一些常用的调试技巧能够帮助程序员更快地定位和解决问题。
程序设计的步骤和方法
程序设计的一般步骤
第四步：画出程序流程图
牛奶
可乐
程序流程图就是用框图来描述算法。流程图 直观、清晰、易懂，特别是编写较复杂的程序时， 更有利于设计、交流、检查和修改算法。因此，编 写程序时，一般要先画流程图。
流程图基本符号
处理框： 输入、输出框：
判断框： 连接框： 流程线： 开始、结束框： 赋值号：
练习二
某美术小组的同学第一天买了8支铅笔，每 支0.12元；第二天买了16张画纸，每张0.25元。 请写出计算平均每天支出多少元钱的步骤。
Thank You！
农夫带羊过河，农夫回来； 农夫带狼过河、农夫带羊回来； 农夫带菜过河，农夫回来； 农夫带羊过河。
程序设计的步骤 和方法
讲课者：沈怡嘉
什么是程序？
用计算机语言描述的解决问题的步骤。
程序设计的一般步骤
第一步：提出问题
牛奶
可乐
甲、乙两只玻璃杯中分别装着牛奶和 可乐，要求交换两个杯子中的饮料。
程序设计的一般步骤
逐步细化的流程图
开始
开始
x 1,y 2 输出x，y的值
开始
x 1,y 2 输出x，y的值
问题求 解
xy
zx xy
输出x，y的值
பைடு நூலகம்
yz 输出x，y的值
结束
结束
结束
画流程图，一般采用自顶向下、逐步求精的方法。
程序设计的一般步骤
第五步：编写程序
Private Sub Command1_Click() Rem 交换两个变量的值 x=1:y=2 Print “x=”;x,”y=”;y z=x x=y y=z Print “x=”;x,”y=”;y
End Sub
程序设计方法学
河海大学 计算机及信息工程学院
程序设计方法学
叶枫 yefeng1022@
课程内容（Contents）
1 2 3 4
程序设计概述 程序设计语言与环境
结构化程序设计方法
面向对象程序设计方法
课程内容（Contents）
(4-3)面向组件的程序设计 随着计算机网络的飞速发展。软件的应用环境变 得更加广阔。与此同时，软件的设计难度也在提 高。对应于软件的跨语言、跨平台和互操作性， 传统的面向对象程序设计方法难以适应现代分布 式软件应用，给开发商和客户带来了很多的问题。
组件：软件组件是一个明确定义了接口和相关环 境的可组合的单元，它可以独立地发行并供第三 方进行组装。（定义体现两个重要特征）
程序设计的内涵 不同的文化产生不同的思维和行为模式，也影响 程序设计的发展。 从文化内涵来看，以逻辑为核心的西方刚性文化 与以思辨为核心的东方柔性文化有着截然不同的 内涵，西方思维的基本特征是演绎思维，而东方 思维的基本特征是归纳思维。 前者强调整体概念框架，由此演绎各种具体技术； 后者则强调认识，通过各种技术归纳或建立整体 的概念。
软件的开发必须以工程化的思想为指导， 运用标准和规范的方法来进行。
学习程序设计方法是必须的！
程序设计人员既需要有严密 的思维能力，又需要有创意 甚至是一定的艺术修养。成 为一个优秀的程序设计者需 要经过艰苦的努力。
面向计算
面向过程
面向对象
……
(1)面向计算机的程序设计 最早的编程语言是由计算机可以直接识别的二进制 指令组成的机器语言。设计人员关注的重心是使程 序尽可能地被计算机接受并按指令正确地执行，至 于计算机的程序能否让人理解并不重要。
《程序设计方法学》课程教学大纲
《程序设计方法学》教学大纲一、课程基本信息1．课程中文名称：程序设计方法学2．课程英文名称：Programming Methodology3．课程类别：必修4．适用专业：信息管理与信息系统5．总学时：54学时（其中理论36学时，上机18学时）6．总学分： 3二、本课程在教学计划中的地位、作用和任务程序设计方法学是信管专业的一门必修课。
通过本课程的学习，使学生了解程序设计方法的发展概况，掌握结构化程序设计的概念、描述方法、设计技术和设计工具，学习程序结构分析方法和程序正确性证明、设计策略等内容，使学生具备初步的系统分析能力和较好的程序设计能力。
三、理论教学内容与教学基本要求1. 第一章程序设计方法学简介（4学时）教学内容：程序设计方法学的产生、结构程序设计及其讨论的一些主要问题。
教学基本要求：了解程序设计方法学的产生、定义、与其他学科的关系，掌握结构程序设计的定义、特点及其讨论的一些主要问题。
教学重点：程序设计方法学的产生、定义；结构程序设计的定义、特点及其讨论的一些主要问题。
教学难点：结构程序设计讨论的一些主要问题。
2．第二章结构化程序（4学时）教学内容：结构化程序、结构化定理及一些新的控制结构。
教学基本要求：掌握结构化程序、结构化定理、了解一些新的控制结构。
教学重点：结构化程序、结构化定理。
教学难点：结构化程序、结构化定理。
3．第五章程序正确性证明（10学时）教学内容：程序正确性证明的定义、程序的测试技术、不变式断言法、子目标断言法、公理化方法、良序集方法、计数器方法。
教学基本要求：理解程序正确性证明的定义，并掌握程序的测试技术、不变式断言法、子目标断言法、公理化方法、良序集方法、计数器方法的使用。
教学重点：程序的测试技术、不变式断言法、子目标断言法、公理化方法、良序集方法、计数器方法。
教学难点：程序的测试技术、不变式断言法、子目标断言法、公理化方法、良序集方法、计数器方法。
4.第六章结构化程序的正确性证明（4学时）教学内容：正确性定理、证明程序正确性的代数方法、产生循环不变式的方法。
谈谈程序设计方法学解决实际问题的应用
谈谈程序设计方法学解决实际问题的应用谈谈程序设计方法学解决实际问题的应用引言：程序设计方法学是指在解决实际问题时所采用的一系列系统化的方法和技术。
它包括了需求分析、系统设计、编码和测试等环节，通过合理的规划和组织，能够有效地解决各种实际问题。
本文将从需求分析、系统设计、编码和测试四个方面详细介绍程序设计方法学在解决实际问题中的应用。
一、需求分析1. 定义问题：首先需要明确待解决的实际问题是什么，明确问题范围和目标。
2. 收集信息：通过与用户交流、调研等方式收集相关信息，了解用户需求。
3. 分析需求：将收集到的信息进行整理和分析，提取出关键需求，并对其进行优先级排序。
4. 确定约束条件：考虑到实际情况中可能存在的限制条件，如时间、预算等，对需求进行进一步筛选和确定。
二、系统设计1. 制定总体方案：根据需求分析阶段得到的结果，制定一个总体方案来解决实际问题。
该方案应包括系统结构、功能模块划分等内容。
2. 设计数据结构：根据功能模块划分和数据流程，设计合适的数据结构，以便在编码阶段能够高效地处理数据。
3. 设计算法：根据需求和数据结构，设计合适的算法来实现各个功能模块。
算法应考虑到时间复杂度和空间复杂度等因素。
4. 界面设计：根据用户需求和系统功能，设计用户友好的界面，提高用户体验。
三、编码1. 选择合适的编程语言：根据系统设计阶段确定的总体方案和需求分析结果，选择合适的编程语言来实现系统功能。
2. 编写代码：按照系统设计阶段制定的总体方案和具体模块设计，编写代码来实现各个功能模块。
3. 进行单元测试：在编写代码过程中，及时进行单元测试，确保每个模块都能正常运行，并修复可能存在的错误。
四、测试1. 编制测试计划：根据需求分析和系统设计阶段得到的结果，制定详细的测试计划，并明确测试目标。
2. 进行黑盒测试：通过对系统输入输出进行测试，验证系统是否按照需求正常工作。
3. 进行白盒测试：通过检查程序内部状态、执行路径等方式进行测试，发现可能存在的错误或缺陷。
第六章 程序设计方法
程序模块语法为： $程序模块= $“MODULE”模块名[优先权]“;” ${移入表} ${说明} $[BEGIN语句序列] $“END”模块名“。” 程序模块通常是分级定义模块和实现模块的头。
程序模块编译单位的定义语法是： $编译单位= $定义模块| $实现模块 $程序模块 其中移出表语法： $移出表=“EXPORT”[“QUALIFIED”]标识符 表“;” 移入表语法： $移入表=[“FROM”模块名]“IMPORT”标识符 表“;”
第六章 程序设计方法
1.逐步求精方法
将一个完整的问题分解成若干相对独立的问题，只要 将这些问题分别得到正确的解决，整个问题也就解决 了。子问题又可分解成若干子问题重复进行下去，直 到每个问题都已简单到使我们满意的程度。对每一步 分解，要作出分解方法的决策；不同的决策会导致不 同的解法。这种程序设计方法称为逐步求精，也就是 编程时一步步地、不断地精细化过程。 精细化过程可从顶上开始向下进行或从底端开始向上 进行。程序自顶向下设计，再不断精细化较好。 精细化过程的技术有三种，分割技术、递推技术、分 析技术。
逐步求精方法的最大优点是摆脱了传统的程序设 计方法的束缚，按先全局后局部、先整体后细 节、先抽象后具体的过程组织人们的思维活动， 使得编写了的程序结构清晰、容易阅读、修改。
2、 模块化程序设计方法
降低大型软件系统结构的复杂性，采用： 分解和抽象。 分解：将软件系统划分成若干子系统分而 治之； 抽象：抽取系统的次要细节； 模块化方法正是基于这二者而发展起来的。
（3）求天数和。 int days(int year,int month,int day) {int i,ds=0; for (i=1;i<month;i++) ds=ds+month_days(year,i); ds=ds+day; return ds; }
《程序设计方法学》
《程序设计方法学》在当今数字化的时代，程序设计已经成为了一项至关重要的技能。
从我们日常使用的手机应用，到复杂的企业级系统，无一不是通过程序设计来实现其功能的。
而程序设计方法学，就是研究如何有效地进行程序设计的一门学科。
程序设计方法学涵盖了多个方面，包括程序设计的基本原则、方法、工具以及流程等。
首先，让我们来谈谈程序设计的基本原则。
其中最重要的一点就是清晰性。
一个好的程序应该是易于理解和阅读的，无论是对于编写者自己，还是对于其他可能需要维护或修改代码的人员。
这就要求我们在编写代码时，使用有意义的变量名和函数名，合理地组织代码结构，添加必要的注释等。
另一个重要原则是正确性。
程序必须能够按照预期的方式工作，产生正确的结果。
这需要我们在设计和实现程序时，进行充分的思考和测试，确保每一个功能模块都能正常运行，并且在各种可能的输入情况下都能给出正确的输出。
还有一个关键原则是效率。
在满足清晰性和正确性的前提下，程序应该尽可能地高效运行，占用较少的资源，如内存和 CPU 时间。
这就需要我们选择合适的数据结构和算法，对程序进行优化。
在方法方面，结构化程序设计是一种被广泛采用的方法。
它强调将程序分解为多个独立的模块，每个模块具有明确的功能和接口。
通过这种方式，可以使程序的结构更加清晰，易于维护和扩展。
面向对象程序设计则是另一种重要的方法，它将数据和操作数据的方法封装在一起，形成对象。
这种方法更符合人们对现实世界的认知方式，有助于提高程序的可复用性和可维护性。
程序设计工具也是不可或缺的一部分。
集成开发环境（IDE）为程序员提供了一个方便的编程环境，包括代码编辑、编译、调试等功能。
版本控制系统则可以帮助我们管理代码的版本，方便团队成员之间的协作和代码的回滚。
此外，还有各种代码分析工具、测试工具等，都可以提高程序设计的效率和质量。
程序设计的流程一般包括需求分析、设计、编码、测试和维护等阶段。
需求分析是理解用户的需求，确定程序要实现的功能和性能要求。
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– 现有的定理证明器有：
(1) 用户导引自动推理工具，如：ACL2，Eves、 LP、Nqthn和RRL等它们由引理或定义序列导 引，每一个定理采用已建立的推演、引理驱动 重写和简化启发式来自动证明。
(2) 证明检验器，如：Coq、HOL、LEGO等。
(3) 复合证明器，如：Analytica中将定理证明和符 号代数系统Mathematica复合，PVS和Step将决 策过程，模型检验和交互式证明复合在一起。
华东师大计算机科学技术系
2
创跨
新越
根源
植之
汪 成
辨 短
识 规
为 院
长
律
士
11.07.2020
华东师大计算机科学技术系
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软件自动化的三个层次
• 软件自动化（自动程序设计） 广义：尽可能地借助计算机系统实现软件开发
狭义：从形式化的软件功能规范到可执行程序代码 这一过程的自动化
• 从软件需求规范 软件功能、性能规范的转换 解决从 “非形式” “形式” 难度很大，寄希望于受限自然语言方面的突破
(3) 双重类：此类方法兼具二者的特点，如：扩展状 态机/实时时态逻辑等。
11.07.2020
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形式化规范的成功案例
• IBM商用信息系统，牛津大学和Hursley实验室使用Z 语言。总体成本降低9％，获皇家技术成就奖。
பைடு நூலகம்
• Praxis公司使用VDM开发的伦敦机场信息显示系统， 软件质量大为提高，故障率0.75(2~20)每K行代码。
11.07.2020
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– 在进行求精的过程中必须要保证程序的正确性， 即保证程序是满足最初的形式规范的。
– 程序的这种正确性可以通过求精过程中所遵循的 一系列规则来保证，也可以采用验证工具来证明。
– 程序求精技术是形式化方法研究的一个热点，尽 管目前真正用于实际软件开发过程中并不多，但 是这是一个很重要的方向。
– 应用的类型，考虑问题领域的特点和模型的复 杂性
– 规模和结构，较适应中等规模的系统，大型系 统应考虑具有良好的结构
– 类型的选择，应从所确定的目标出发考虑采用 的形式化方法的类型
– 形式化的级别，应先确定应用的关键程度、项 目规模、可用资源等确定采用非、半或高度形 式化的描述
网络体系 集成芯片 虚拟计算 软件工程 知识处理 高效系统
传感器网与因特网的高效融合 从System on chip到Chip on demount 资源聚合的有效性和可靠性验证 基于网络环境的需求工程 挖掘从消息到知识到决策的元知识 在高性（效）能计算系统中系列关注
信息安全
信息教育
11.07.2020
– 基于SMV输入语言建立了IEEE Futurebus＋ 896.1－1991标准下cache一致协议精确模型，通 过SMV的验证，发现了原先未找到和潜在的错误。 此工作是第一次从IEEE标准中发现错误。
11.07.2020
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(2) 定理证明采用逻辑公式来规范系统及其性质，这 儿的逻辑由一个具有公理或推理规则的形式系统 给出，进行定理证明的过程就是应用这些公理或 推理规则来证明系统具有某些性质。
• 形式规范语言： 提供了一个称为语法域的记号系统。一个称为语义 域的目标集合，以及一组精确定义的哪些目标系统 满足那个规范的规则。
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• 因此，形式化方法是在软件系统的开发过程中使用 一种形式系统来表示模型的方法。
• 形式系统是二元组（L，Cn） – L：语言（形式规范语言）
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– 模型检验需要工具的支持，已有的工具有：
时态逻辑模型检验工具，如：EMC、CESAR、 SMV、Nurphi、SPIN、UV等。
行为一致检验工具，如：FRD、Cospan/Formal Check等
复合检验工具，如：HSIS、VIS、STcP等
– 贝尔实验室用FormalCheck对其高级数据链路控 制器进行验证，从6个性能的规范中发现一个失 败，进而发现一个影响信道流量的Bug。
11.07.2020
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• 三项任务分别对应三方面的活动：
1. 形式化规范（规格）：
– 软件规范是指对软件系统对象及用来对系统对 象进行操作的方法的集合。以及对所开发系统 中的各对象在生命周期间的集体行为的描述。
– 对应与软件生命周期的各个阶段，规范应该理 解为是一个多阶段的行为。见例图
– 基本思想是：用一个抽象程度低、过程性强的 程序去替代一个抽象程度高、过程性弱的程序， 并保持二者功能的一致性。这儿的“程序”是 广义的“程序”，是对规范、设计文档、程序 代码的统称。
– 按这种观点，程序开发的过程就是从最高层的 程序开始，通过一系列的求精变换，每一次都 降低一些抽象程度或增加一些可执行性，最终 得到能指导计算机明确执行的程序代码。
给出并发过程的一个显式模型，并通过过程间允 许的可观察的通信上的限制来约束表示行为。
如：CSP（通信顺序进程）和CCS（通信系统计算）
⑷ 基于逻辑的方法
采用逻辑来描述系统的特性，包括程序行为的低 级规范和系统时间的行为规范。
如：时态逻辑、模态逻辑
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⑸ 基于网络的方法 根据网络中的数据流显式地给出系统的并发模
(1) 操作类：此类方法基于状态和转移，通过可执行 模型来描述系统，模型本身能够采用静态分析和
模型执行而得到验证。如：有限状态机、 Statecharts、Petri网等。
(2) 描述类：此类方法基于数学公理和概念，通过逻 辑或代数给出系统状态空间，具有高度抽象的特
点，便于通过自动工具进行验证。如：基于代数 的Z、VDM、Larch等，基于逻辑的命题线性时态 逻辑、一阶线性时态逻辑、计算树逻辑等。
• 开发过程中的任务为：
(1) 模型获取：从现实世界向模型表示的过程，涉及如何 提取、表示模型。对应需求分析、设计等活动。
(2) 模型验证：对得到的模型表示进行检验，判断是否捕 获了所有的需求，该模型是否具有所期望的特性。
(3) 模型变换：是向计算机系统变换的过程， 关键的任 务是一致性检测。对应实现和测试。
– 规范可以采用非、半形式化的方法来描述，形 式化规范精确地描述了用户的需求、软件系统 的功能及各种性质，其描述的是“做什么”， 而不考虑“如何做”。因此，在理解、掌握形 式规范语言和方法的基础上对所描述的系统的 全面、深入的了解，给出恰如其分的描述上至 关重要的。
11.07.2020
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– 定理证明可以处理无限状态空间问题，粗略地 分为自动和交互两种类型，
– 自动定理证明系统是通用搜索过程，在解决各 种组合问题中比较成功。
– 交互式定理证明系统需要与用户进行交互，要 求用户能提供验证中创造性最强的部分（如断 言等），因此效率较低，较难用于大系统的验 证。
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三、分类 ⑴ 基于模型的方法
给出系统（程序）状态和状态变换与操作的显式的 表示但亦是抽象的定义，不涉及并发的行为。 如：Z、VDM
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⑵ 代数方法
通过联系不同的操作间的行为关系给出操作的隐 式定义，未给出并发的显式表示。
如：OBJ、Larch
⑶ 过程代数方法
• 从软件功能、性能规范 软件设计 从“做什么” “如何做“
• 从软件设计规范 高级语言 已有相当的进展，出现了许多工具……
11.07.2020
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§1 概述
一、重要意义 • 软件发展中的问题：
– 整体功能不强、缺乏智能、质量欠佳、生产效 率低
– 软件自动化是提高软件生产率的根本途径 – 软件自动化的前提是形式化 • 因此将形式化的理论和方法用于需求分析与规格 说明是实现软件自动化的前提
– 基于符号代数运算的自动证明用于证明Pentium 中SRT算法的正确性，查出了一个由故障商数 字选择表引起的错误
– 。。。。
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3. 程序求精（又称程序变换）
是将自动推理和形式化方法相结合而形成的一门 新技术，研究从抽象的形式规范推演出具体的面 向计算机的程序代码的全过程。
第六章 程序设计的形式化方法
• 软件新技术 – 智能化技术 – 自动化技术 – 集成化技术 – 并行化技术 – 自然化技术
扩大软件功能的关键途径 提高软件生产率的根本途径 助于提高生产率、提高质量 提高系统实效的关键技术 实现社会信息化
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重要方向
攻克的关键教技术
• 其他领域：
– 数据库：HP医用仪器实时数据库系统
– 电子仪器：Tektronix系列谐波发生器
– 硬件：INMOS浮点处理器、INMOS中T9000系列 虚拟信道处理器
– 运输系统：巴黎地铁自动火车保护系统、以色列机 载航空电子软件等等
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2. 形式化验证
13
包含各规格阶段的生命周期模型例
需求分析 SRD BS
系统设计1
DS
软件开发
PS
系统设计2
代码实现
软件测试
运行
SRD：软件需求文档
BS：行为规范
DS：设计规范
PS：程序规范
11.07.2020
华东师大计算机科学技术系
14
软件系统规范的形式化方法