用鲁棒性分析创建设计模型
鲁棒分析方法
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可视化建模与UML
鲁棒分析—寻找边界对象
• •
图书管理员向系统发出“新增书籍信息”请求——
主窗口、“新增书籍信息”按钮
系统要求图书管理员选择要新增的书籍是计算机类 还是非计算机类——书籍类别列表框。
•
图书管理员做出选择 后，显示相应界面， 让图书管理员输入信 息，并自动根据书号 规则生成书号—— “新书信息录入”窗口 及辅助的“提交”按钮
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可视化建模与UML
构建交互模型
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可视化建模与UML
转换成通信图
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可视化建模与UML
交互模型的类型与演变
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可视化建模与UML
分析阶段的交互模型
工作方法：针对用例图中的每个用例，并结合领域模型
中的类，寻找分析类，并通过Robustness分析来理清业 务逻辑流程，再用交互模型将其确定下来
质量评审： -- 低耦合：耦合性是指两个类之间的连接强度 -- 高内聚：内聚性是指一个类的属性与方法高度集成 -- 效率：解决方案的执行效率是否满足系统的需求 -- 完整性：是指在任何环境下都可以重复使用 -- 简单性：类越简单，出错的可能性越小，系统的灵活 性和可维护性也越好 优化类设计：设计模式与重构
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可视化建模与UML
边界类 边界类位于系统与外界的交界处，窗体、报表、 以及表示通讯协议的类、直接与外部设备交互的 类、 直接与外部系统交互的类等都是边界类。 通过用例图可以确定需要的边界类，每个 Actor/Use Case对至少要一个边界类，但并非每 个Actor/Use Case对应唯一的边界类。
附：鲁棒分析方法
Robustness分析不是UML模型的一部分，它 是一个强大的草图工具，是介于分析和设计之间 的一种有效工具 在Robustness分析中，将应用边界类、控制类 和实体类 从一个用例中抽取三类对象的方法：
鲁棒性分析ppt课件
………… 11预约代理输入顾客姓名 12.预约代理点击“查询”按钮 13.如果没有找到匹配的顾客：
13.1预约代理输入地址信息 13.2预约代理输入电话信息 13.3预约代理点击“增加新顾客” 14.否则 14.1系统显示匹配信息列表 14.2预约代理选择所要查找的顾客 14.3系统跳转到顾客信息界面
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谢 谢！
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对于用例的每一个动作： a.确定并增加边界组件 b.确定并增加服务组件 c.确定并增加实体组件 d.画出这些组件间的关联 e.把每个组件都贴上用来满足用例交互的动作标签
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第1步——选择一个用例
选择一个用例：创建预约
1.顾客联系预约代理 2.预约代理选择“新建预约”图标 3.预约代理输入查询标准
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鲁棒性分析
鲁棒性分析是这样一个过程，它引导我们从用例转换为 支持用例的模型：
需求模型 设计模型
SRS
用例模型 域模型
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鲁棒性分析
鲁棒性分析的输入： 一个用例 这个用例的用例场景 这个用例的活动图（如果可以用到） 域模型（domain model）
鲁棒性分析的输出： 通过一个UML序列图和一些设计组件：边界、服务、 实体组件，我们得出设计模型。
架构模型 设计模型
解决方案 模型
编码
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流程图
用例表
TCP
Client
Server
使用鲁棒性分析为用例创 建一个设计模型
通过合并设计和架构模型 来创建解决方案模型
精化域模型来满足解决方案 建立复杂 对象状态的模型
鲁棒图
软件体系结构V2012
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14.2 鲁棒性分析──分析和设计间的鸿沟
• 鲁棒性分析技术是由Ivar Jacobson提出的，其实是一种设计技术；它仅关注功能需求，根据 功能需求导出初步设计，并能“反过来”帮助发现用例规约中的遗漏和错误
• 从用例规约向概念性设计过度时会遇到一些困难：
用例是面向问题域的，设计是面向机器域的， 这两个“空间”间存在映射 用例技术本身不是面向对象的，而设计应该 是面向对象的，这是两种不同的思维方式 用例规约采用自然语言描述，而设计采用形 式化的模型描述，描述手段也不同 软件体系结构V2012
软件体系结构V2012
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14.2 鲁棒性分析── 从用例图到鲁棒图
• 将对不同用例进行分析得到的鲁棒图进行综合，可以得到和具体 实现无关的理想化职责模型。这个模型关注职责的划分，而无论 是交互、控制，还是信息维度的职责，都是和具体实现技术这一 维是正交的，如下右图所示：
软件体系结构V2012
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• • • • (1) 参与者只能与边界对象交谈 (2) 边界对象只能与控制体和参与者交流 (3) 实体对象也只能与控制体交谈 (4) 控制体既能与边界对象交谈，也能与控制体交谈，但不能与参与者交 谈
——《UML用例驱动对象建模》
软件体系结构V2012 5
14.2 鲁棒性分析── 鲁棒图简介
• 举例 • 为了实现销户的功能，银 行工作人员要访问三个边 界对象 1.活期账户销户界面 2.磁条读取设备 3.打印设备 • ”销户“是一个控制对象， 和“计算利息”一起进行 销户功能的逻辑控制 其中“计算利息”对“活 期账户”，“利息率”， “利息税率”这三个实体 对象进行读取操作 而“销户”负责读出“客 户资料“.......最终销户的 完成意味着写入”活期账 户“和”销户流水信息“
数学建模中实际问题的鲁棒性分析与模型优化
数学建模中实际问题的鲁棒性分析与模型优化数学建模是一种将实际问题抽象化为数学模型，并通过数学方法求解的过程。
然而，在实际应用中，数学模型的鲁棒性往往是一个重要的考量因素。
本文将围绕数学建模中实际问题的鲁棒性分析与模型优化展开讨论。
一、实际问题的鲁棒性分析在数学建模中，我们常常需要将实际问题转化为数学模型。
然而，实际问题往往伴随着一些不确定性因素，如参数的不确定性、数据的噪声等。
这些不确定性因素会对模型的输出结果产生一定的影响，因此需要对模型的鲁棒性进行分析。
鲁棒性分析是指在面对不确定性因素时，模型能够保持良好的性能。
一种常用的鲁棒性分析方法是敏感性分析。
敏感性分析可以通过改变模型中的参数或输入数据，观察模型输出结果的变化情况，从而评估模型对不确定性的响应程度。
另外，对于一些具有随机性质的问题，如金融市场的波动性预测、气候变化的模拟等，我们可以采用蒙特卡洛模拟方法进行鲁棒性分析。
蒙特卡洛模拟通过随机生成大量的参数组合或输入数据，运行模型多次，从而得到模型输出结果的分布情况，进而评估模型的鲁棒性。
二、模型优化在实际应用中，我们常常会面临模型的不准确性和不完善性。
这时，我们需要对模型进行优化，以提高其预测或决策的准确性和可靠性。
模型优化可以从多个方面进行，如参数优化、结构优化、数据优化等。
参数优化是指通过调整模型中的参数，使模型与实际问题更好地拟合。
常用的参数优化方法包括遗传算法、粒子群算法等。
结构优化是指通过改变模型的结构，使其更好地适应实际问题。
结构优化可以涉及模型的变量选择、函数形式的选择等。
例如，在回归分析中，我们可以通过选择适当的自变量和函数形式，来提高模型的拟合效果。
数据优化是指通过改进数据的质量和数量，提高模型的性能。
数据优化可以包括数据清洗、数据平滑、数据插值等。
同时，我们还可以通过采集更多的数据、改进数据采集方法等，来提高模型的预测能力。
三、实例分析为了更好地理解鲁棒性分析与模型优化的意义和方法，下面我们以一个实例进行分析。
控制系统的鲁棒性分析与设计
控制系统的鲁棒性分析与设计控制系统是现代工程中的重要组成部分，其设计和应用对于提高工程的稳定性和性能至关重要。
然而，在实际应用中，控制系统常常面临来自外界环境、传感器误差、模型不准确等各种不确定性因素的干扰，这些干扰会严重影响控制系统的性能。
因此，控制系统的鲁棒性分析与设计成为了解决这些问题的关键。
一、什么是鲁棒性分析与设计鲁棒性分析与设计是指通过对控制系统的鲁棒性进行分析，找出系统的脆弱性和鲁棒性不足的原因，并通过设计措施来提高系统的鲁棒性。
鲁棒性是指系统对于参数变动、外部扰动和建模误差等不确定性因素的稳定性和性能表现。
二、鲁棒性分析的方法1. 传统方法传统的鲁棒性分析方法主要基于频域和时域的数学分析技术，如极点分析、干扰灵敏度函数分析等。
这些方法适用于线性系统，并且需要系统的数学模型。
2. 基于仿真的方法基于仿真的鲁棒性分析方法不需要系统的数学模型，而是通过对系统进行数值仿真，模拟系统在不确定性变动下的性能表现。
常用的方法有蒙特卡洛仿真法、参数扰动法等。
3. 基于优化的方法基于优化的鲁棒性分析方法通过对系统的控制器参数进行优化，使得系统在不确定性条件下具有较好的性能表现。
常用的方法有H∞优化、μ合成等。
三、鲁棒性设计的原则1. 鲁棒稳定性原则鲁棒性设计的首要目标是保证系统的稳定性，即使在不确定性因素发生变化的情况下，系统也能保持稳定的性能。
2. 鲁棒性增益裕度原则鲁棒性设计的另一个重要原则是增加系统的增益裕度，即在系统的参数变动和外部扰动发生时，系统仍然能够保持稳定。
3. 鲁棒性性能原则除了稳定性，鲁棒性设计还需要考虑系统的性能表现。
鲁棒性性能原则要求系统在不确定性条件下具有良好的跟踪能力、鲁棒抑制能力等。
四、鲁棒性设计的方法1. 系统建模鲁棒性设计需要基于系统的数学模型进行分析和设计。
因此，首先需要对控制系统进行准确的数学建模，包括传递函数模型、状态空间模型等。
2. 鲁棒性分析通过对系统的鲁棒性进行分析，找出系统的脆弱性和不足之处，确定需要改进的方面。
控制系统的鲁棒性分析与设计
控制系统的鲁棒性分析与设计控制系统是现代科技中的重要组成部分，它广泛运用于工业自动化、机械控制、电力系统等领域。
在控制系统设计中，鲁棒性是一个非常重要的概念。
它可以指控制系统的稳定性、抗扰性和适应性。
这篇文章旨在介绍鲁棒性的概念、分析和设计方法，以帮助读者更好地理解控制系统的鲁棒性问题。
一、鲁棒性的概念控制系统的鲁棒性是指该系统对于环境扰动和系统参数变化的变动能力。
它是保证控制系统稳定性和良好性能的基础，也是控制系统设计中的重要问题。
例如，对于温度控制系统，如果控制系统鲁棒性不够好，当它遇到外界温度变化时，可能导致系统失去稳定性，无法维持所需温度。
因此，鲁棒性可以看作是控制系统抵抗外界扰动和环境变化的能力。
二、鲁棒性的分析方法要分析控制系统的鲁棒性，可以使用现代控制理论中的鲁棒控制方法。
鲁棒控制方法主要有两类：1）基于频域方法；2）基于时域方法。
下面分别介绍这两种方法。
1、基于频域方法基于频域方法主要利用控制系统的传递函数描述控制系统稳定性和鲁棒性问题。
具体方法包括Bode图和Nyquist图等方法。
其中，Bode图是一种将传递函数的幅频特性和相频特性绘制于同一图像中的图形。
Nyquist图则可以描述传递函数对相位变化的响应特性。
这两种方法均依赖于传递函数，因此并不是所有的控制系统都可以用这种方法进行鲁棒性分析。
2、基于时域方法基于时域方法则主要利用控制系统的状态空间模型来描述控制系统的稳定性和鲁棒性。
基于时域方法主要有两种：Lyapunov函数法和Pole Placement法。
其中，Lyapunov函数法是通过构造Lyapunov函数来对控制系统进行稳定性分析的方法。
Pole Placement法则是通过选择控制系统的极点来使得控制系统保持稳定性。
三、鲁棒性的设计方法设计鲁棒控制器是控制系统鲁棒性分析的重要环节。
鲁棒控制器的设计可以基于H∞控制器或者μ控制器。
其中，H∞控制器是一种基于最优控制思想的，优化控制器的灵敏度权重函数来制定控制器的方法。
最优控制问题的鲁棒H∞控制设计
最优控制问题的鲁棒H∞控制设计随着科技的发展，控制理论在工程领域发挥着越来越关键的作用。
最优控制是控制理论中的一个重要分支，它的目标是在给定的约束条件下，使系统的性能达到最佳。
然而，实际系统常常受到各种不确定因素的干扰，这就需要应用鲁棒控制来解决这些问题。
本文将探讨最优控制问题的鲁棒H∞控制设计。
1. 引言最优控制问题是控制理论中的一个经典问题，它的目标是在给定的约束条件下，通过合适的控制策略使系统的性能达到最佳。
最优控制的方法有很多种，比如动态规划、最优化理论等。
而鲁棒控制是一种可以应对系统参数不确定性或者外部干扰的控制方法。
H∞控制是鲁棒控制的一种重要方法，可以有效地抑制系统的不确定性，并在一定程度上保证系统的稳定性和性能。
2. 最优控制与鲁棒控制的结合最优控制问题的解决需要考虑系统的性能以及各种约束条件，而鲁棒控制则可以应对系统参数变化或者外部扰动对系统性能的影响。
将最优控制和鲁棒控制相结合，可以得到更加鲁棒的控制策略。
在最优控制问题中引入鲁棒性的考虑，可以通过引入H∞范数来描述系统的性能和不确定性。
H∞范数可以有效地衡量系统的响应对不确定因素的敏感程度，通过优化H∞范数，可以得到更加鲁棒的控制策略。
3. 鲁棒H∞控制设计的方法鲁棒H∞控制设计的关键是确定系统的H∞范数和设计合适的控制器来优化H∞范数。
通常可以采用以下步骤进行鲁棒H∞控制设计：(1) 确定系统的数学模型，并分析系统的不确定性和外部干扰。
(2) 设计系统的H∞性能指标，可以根据系统的需求和约束条件来确定。
(3) 根据系统的H∞指标和约束条件，设计合适的控制器结构。
可以采用线性控制器，如PID控制器，或者非线性控制器，如模糊控制器等。
(4) 利用数学工具和优化算法，优化系统的H∞范数，得到最优的控制器参数。
(5) 实施最优控制器，并进行系统的仿真和实验验证。
4. 实例分析为了更好地理解鲁棒H∞控制设计的方法和效果，我们选取一个简单的控制系统进行实例分析。
鲁棒图
软件体系结构V2012
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14.2 鲁棒性分析──分析和设计间的鸿沟
• 鲁棒性分析技术是由Ivar Jacobson提出的，其实是一种设计技术；它仅关注功能需求，根据 功能需求导出初步设计，并能“反过来”帮助发现用例规约中的遗一些困难：
用例是面向问题域的，设计是面向机器域的， 这两个“空间”间存在映射 用例技术本身不是面向对象的，而设计应该 是面向对象的，这是两种不同的思维方式 用例规约采用自然语言描述，而设计采用形 式化的模型描述，描述手段也不同 软件体系结构V2012
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14.2 鲁棒性分析── 鲁棒图简介
• 鲁棒图的三种对象很好地概括了实际系统中对象的三类职责：交 互、控制、信息 • 并且，这三种职责和组成架构的抽象元素及MVC架构的元素有完 美的对应关系
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14.2 鲁棒性分析── 鲁棒图简介
• 鲁棒图的建模规则:
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14.2 鲁棒性分析── 从用例图到鲁棒图
• 将对不同用例进行分析得到的鲁棒图进行综合，可以得到和具体 实现无关的理想化职责模型。这个模型关注职责的划分，而无论 是交互、控制，还是信息维度的职责，都是和具体实现技术这一 维是正交的，如下右图所示：
软件体系结构V2012
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14.1 概念性架构设计的步骤
• 1. 鲁棒性分析（是一个强大的草图工具，是介于分析和设计之间 的一种有效工具）:通过分析用例规约中的事件流，识别出实现用 例规定的功能所需的主要对象及其职责，形成以职责模型为主的 初步设计 • 2. 引入架构模式:也称为架构风格，核心是架构机制 • 3. 质量属性分析
• • • • (1) 参与者只能与边界对象交谈 (2) 边界对象只能与控制体和参与者交流 (3) 实体对象也只能与控制体交谈 (4) 控制体既能与边界对象交谈，也能与控制体交谈，但不能与参与者交 谈
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目标
本章学习目标:
➢ 能够解释一个鲁棒性分析以及相应设计模型的 目的及元素。
➢ 能够识别UML协作图的基本元素。 ➢ 利用鲁棒性分析为一个用例创建一个设计模型。 ➢ 能够识别UML序列图的基本元素。 ➢ 生成一个设计模式的序列图视图。
流程图
需求模型
项目干系人 脑海中的模型
鲁棒性分析
鲁棒性分析是这样一个过程，它引导我们从用例转换为 支持用例的模型：
需求模型 设计模型
SRS
用例模型 域模型
鲁棒性分析
鲁棒性分析的输入： 一个用例 这个用例的用例场景 这个用例的活动图（如果可以用到） 域模型（domain model）
鲁棒性分析的输出： 通过一个UML序列图和一些设计组件：边界、服务、 实体组件，我们得出设计模型。
第1步——选择一个用例
选择一个用例：创建预约 1.顾客联系预约代理 2.预约代理选择“新建预约”图标 3.预约代理输入查询标准 3.1预约代理输入入住和退宿日期 3.2预约代理输入房间类型 4.预约代理点击“查询”按钮 ………… 11预约代理输入顾客姓名 12.预约代理点击“查询”按钮 13.如果没有找到匹配的顾客： 13.1预约代理输入地址信息 13.2预约代理输入电话信息 13.3预约代理点击“增加新顾客” 14.否则 14.1系统显示匹配信息列表 14.2预约代理选择所要查找的顾客 14.3系统跳转到顾客信息界面 ………… 21.系统保存预约并显示预约编号 22.预约代理点击“确定”
架构模型 设计模型
解决方案 模型
编码
流程图
用例表TCPFra bibliotekClientServer
使用鲁棒性分析为用例创 建一个设计模型
通过合并设计和架构模型 来创建解决方案模型
精化域模型来满足解决方案 模型
应用设计模式到域模型和 解决方案模型中
使用状态图确定并建立复杂 对象状态的模型
open() edit() edit()
实体组件
“一个实体类（组件）通常用来模拟那些长期存在并且具 用持久性的信息。”（Jacobson，Booch，和Rumbaugh 第 184页）。
实体通常与域对象通信。
（Entities usually correspond to domain objects ）
大多数实体是具有持久性的。
实体可以有非常复杂的行为。
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Dirty
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设计模型简介
设计模型是根据需求模型（用例和域模型）来创建的。 设计模型与架构模型结合产生出解决方案模型。
分析与设计的差异
分析能够帮助你对系统必须支持的业务过程（业务流程） 进行建模：
用例 域模型 设计能够帮助你对系统是怎样支持业务进程进行建模。 设计模型包括： 边界（用户界面）组件 服务组件 实体组件
第2步——在图中放置参与者
把参与者放到协作图中：
第3a步——确定边界组件
活动：2.预约代理选择“新建预约”
第3a步——确定边界组件
活动：2.预约代理选择“新建预约”
第3b步——确定服务组件
活动：2.预约代理选择“新建预约”
第3c步——确定实体组件
活动：2.预约代理选择“新建预约”
在活动图里分析所有动作
2.在第一次活动中为每一个消息添加信息链（message link）和活动条（activation bars）.
3.对于每一个活动都重复第2步操作，直至转换完成为 止。
第1步——为第一个活动安排组件
第2步——添加消息连接和活动条
第3步——每一个活动重复第2步
第3步——每一个活动重复第2步
总结
鲁棒性分析过程描述
1.选择一个用例 2.构造一个满足用例活动性的协作图。
a.识别支持用例活动的设计组件。 b.画出这些组件间的关联 c.用信息标记这些关联 3.从另一个角度，把协作图转换成序列图（可选的）。
协作图元素
UML协作图元素如下：
协作图元素
先前协作图变更为：
协作图元素
消息箭头可以指示： 一个方法调用 远程方法请求 一个异步信息
序列标签指示： 消息的顺序 即将调用的信息的活动
多对象（Multi-objects ）代表了一个相关对象的集合。
鲁棒性分析演示
1.选择一个适当的用例。 2.把一个参与者放到协作图里面。 3.分析这个用例（活动图）。
对于用例的每一个动作： a.确定并增加边界组件 b.确定并增加服务组件 c.确定并增加实体组件 d.画出这些组件间的关联 e.把每个组件都贴上用来满足用例交互的动作标签
服务组件
（“控制（服务）类（组件）扮演协调、序列化、事务 以及控制另外的对象的角色，而且他们经常被用来封装 与某个特定用例的控制。”Jacobson，Booch，和 Rumbaugh 第185页）。
BookingAgent
ResvUI
ResvService
调整控制流
在工作流中隔离所有从边界组件到实体组件的更改。
鲁棒性分析创建了一个满足用例的设计组件模型。它被 称为设计模型。 我们用UML的协作图来可视化设计模型。 为了提供用例协作的另外一种视角,我们通常把设计模型 转换成序列图。
谢 谢！
边界组件
“一个边界类（或者边界组件）用于针对系统和参与者 （用户或者外部系统）之间交互建模。”（Jacobson， Booch，和Rumbaugh 第183页）。
BookingAgent
ResvUI
抽取用户界面、传感器(sensors) 、通信接口等。 高层（High-level）用户接口组件。 每一个边界组件必须至少与一个参与者关联起来。
活动：3.预约代理输入查询标准
在活动图里分析所有动作
活动：4.预约代理点击“查询”按钮
把协作图转换成序列图
为了给鲁棒性分析提供另外一个视角，你可以把协作图 转换成序列图。这个图对开发者而言将更为有用。 下一个部分将描述UML序列图。
序列图元素
利用序列图弄清设计模型
1.按照对第一次动作反映的时间顺序将合作者安排在序 列图的顶部。