[架构之路-251]：目标系统 - 设计方法 - 软件工程 - 软件建模 - 什么是建模，什么是软件系统建模？软件系统阶段性建模？正向建模与反向建模？

前言：

一、什么是建模

[1.1 什么是建模](#1.1 什么是建模)

[1.2 常见的建模的方式与种类](#1.2 常见的建模的方式与种类)

二、什么是软件系统建模

[2.1 软件系统建模的概念](#2.1 软件系统建模的概念)

[2.2 软件系统常见的三种建模方法和手段](#2.2 软件系统常见的三种建模方法和手段)

[2.3 软件系统建模的常见工具](#2.3 软件系统建模的常见工具)

三、软件系统阶段性建模

[3.1 软件工程在不同阶段对软件系统进行建模](#3.1 软件工程在不同阶段对软件系统进行建模)

[3.2 软件系统正向建模与反向建模](#3.2 软件系统正向建模与反向建模)

前言：

需求工程解决的是软件系统的需求，软件需求的方式有文字的方式，也是图形的方式，也可以建模的方式。当然，建模不仅仅可以为需求建模，也可以为架构建模，同时也可以在软件设计阶段建模。本文就是探讨软件系统的建模的基本概念和思想。

一、什么是建模

1.1 什么是建模

建模（Modeling）指的是将现实世界的对象、系统、过程或概念抽象化和简化的过程。通过建模，将复杂的现实世界问题转化为更易理解和处理的形式，以便进行分析、设计、验证和改进。

建模是一种用符号、图形、数学模型、描述语言等手段表达和呈现问题的方法。通过建模，可以将现实世界中的复杂性简化为可处理的模型，从而更好地理解、分析和预测系统的行为和性能。

建模可以用于各种领域和目的，如软件工程、系统工程、物理学、经济学、管理学等。在软件工程中，建模是软件开发生命周期中的重要环节，用于描述和设计软件系统的结构、行为和性能。

1.2 常见的建模的方式与种类

建模可以采用多种方式和种类，具体选择的方式和种类取决于建模的目的、问题的性质以及所使用的建模工具和方法。

以下是一些常见的建模方式和种类：

图形建模：使用图形符号、图表或图形工具进行建模。常见的图形建模包括流程图、数据流图、组织结构图等。图形建模可以直观地表示对象之间的关系和流程。如结构化建模。
文本建模：使用文字描述和表述的方式进行建模。常见的文本建模包括需求文档、用例描述、系统规约等。文本建模适合描述复杂的逻辑关系和要求。
数学建模： 使用数学模型和方程进行建模。数学建模适用于具有数量关系和数值计算的问题，如物理学、经济学等领域。常见的数学建模包括线性模型、非线性模型、概率模型等。
**图论建模：**使用图论的概念和方法进行建模。图论建模适用于描述对象之间的关系和网络结构。常见的图论建模包括图的表示、图的遍历、图的最短路径等。
面向对象建模：使用面向对象的概念和方法进行建模。面向对象建模将问题抽象为对象、类和它们之间的关系，常见的面向对象建模语言包括UML（统一建模语言）。
系统动力学建模： 使用系统动力学的概念和方法进行建模。系统动力学建模适用于描述系统的动态行为和复杂的因果关系。常见的系统动力学建模包括股市模型、经济模型等。
**计算机仿真建模：**使用计算机模拟技术进行建模和模拟。计算机仿真建模适用于对复杂系统的行为进行模拟和预测。常见的计算机仿真建模包括离散事件仿真、连续仿真等。
**机械结构建模（**Mechanical Structure Modeling）指的是对机械结构进行虚拟化、仿真和优化的过程。机械结构建模常用于设计、优化和分析机械结构、以及预测机械结构的性能、强度和可靠性等。
硬件电路建模（Hardware Circuit Modeling）是指将电路逻辑、组件、元器件和电源等电子元件进行符号化、抽象化，以图型或数学模型的形式表达电路特性和电路行为的过程。硬件电路建模通常是电路设计、仿真、测试和分析的前置工作，使工程师在实际物理硬件建立之前及时发现问题并优化设计。

现代硬件电路建模一般采用电子CAD工具，如Protel、PADS、Eagle、OrCAD等，并结合各种仿真工具和工程分析工具进行模拟和分析。硬件电路建模可以分为逻辑建模和模拟建模两种类型。

以上仅是一些常见的建模方式和种类，实际上建模的方式和种类非常丰富多样，可以根据具体需求和问题的特点选择适合的建模方法和工具。

二、什么是软件系统建模

2.1 软件系统建模的概念

软件系统建模是指对软件系统进行抽象、描述和分析的过程，目的是为了更好地理解和设计软件系统的各个方面，包括功能、结构、行为和交互 等。软件系统建模能够帮助开发团队和利益相关者 共同理解软件系统，从而更有效地进行需求分析、架构设计、测试和维护等工作。

2.2 软件系统常见的三种建模方法和手段

在软件系统建模中，常见的三种建模方法和手段包括结构化建模、面向对象建模和数据库建模。

**结构化建模：**结构化建模是一种基于系统的功能和数据流的建模方法。它以数据流图（DFD）为主要工具，描述系统的数据流动、处理过程和数据存储等元素，以及它们之间的关系。结构化建模侧重于系统的流程和控制流，并强调分治和模块化的思想。
**面向对象建模：**面向对象建模是一种基于对象和类的建模方法，强调对系统中的实体、行为和关系进行建模。面向对象建模使用类图、对象图、时序图等工具，描述系统中的类、对象、继承关系、关联关系等，以及对象之间的交互和消息传递。面向对象建模将程序的复杂性分解为对象和类的组合，提供了更多的灵活性和重用性。
**数据库建模：**数据库建模是一种基于数据和数据结构的建模方法。它关注系统中的数据内容、数据之间的关系和数据的操作。数据库建模使用实体关系图（ERD）来表示实体和实体之间的关系，定义数据库中的表、字段和约束等。数据库建模用于设计和组织数据，确保数据的完整性、一致性和有效性。

这三种建模方法和手段各有特点，可以根据需求和项目情况选择合适的方法。在实际应用中，常常会结合使用不同的建模方法，以获得更全面和准确的系统描述。同时，还有其他一些建模方法和手段，如用例建模、业务流程建模等，可根据实际需求灵活采用。

2.3 软件系统建模的常见工具

系统建模工具：为了支持软件系统建模，还有一些专门的建模工具可供使用。这些工具提供了图形化界面和丰富的建模功能，如绘制各种类型的图形、连接和关联元素、导出和共享模型等。

在软件系统建模中，有很多常见的工具可供使用。这些工具提供了丰富的功能和图形化界面，帮助开发团队进行系统建模、设计、分析和协作。

以下是一些常见的软件系统建模工具：

Enterprise Architect：Enterprise Architect 是一款强大的 UML 建模工具，支持各种 UML 图形的创建和编辑，如用例图、类图、时序图、活动图等。它还提供了需求管理、项目管理和文档生成等功能。
Visual Paradigm：Visual Paradigm 是一款多功能的建模工具，支持 UML 建模和其他多种建模方法，如BPMN、SysML、ERD等。它具有用户友好的界面和协作功能，并提供了多个版本以满足不同需求。
Lucidchart：Lucidchart 是一款在线协作建模工具，支持各种图形类型，包括流程图、用例图、类图等。它具有易于使用和共享的特点，方便团队成员远程协作和共同编辑。
IBM Rational Software Architect：IBM Rational Software Architect 是 IBM 公司开发的高级建模和设计工具，支持 UML 建模和其他多种建模方法。它具有强大的分析和设计能力，适用于大型和复杂的软件系统。
Sparx Systems Enterprise Architect：Sparx Systems Enterprise Architect 是一款功能全面的建模工具，支持 UML 建模和其他多种建模方法。它具有可扩展性和定制性，并提供了团队协作和版本控制功能。
Pencil Project：Pencil Project 是一款开源的原型设计工具，可用于创建简单的 UI 原型和流程图。它具有简单易用的界面，适用于快速设计和迭代原型。

这些工具都具有各自的特点和优势，选择适合你需求的工具取决于你的项目规模、复杂性和团队合作需求。需要根据具体情况进行评估和选择。

三、软件系统阶段性建模

3.1 软件工程在不同阶段对软件系统进行建模

软件工程在不同的开发阶段 ，需要进行不同种类的软件系统建模。

以下是软件工程中不同阶段对软件系统进行建模的概述：

需求分析阶段 - 领域建模：在需求分析阶段，需求工程师需要对系统需求进行建模，以确保所有需求得到充分记录和理解。需求工程师可以使用用例图、场景图和需求文档等工具，来描述系统的功能需求和非功能需求 ，以及用户角色和系统行为。
设计阶段 - 高层设计：在设计阶段，系统设计师需要对系统设计进行建模，以确保系统结构和功能得到合理设计。系统设计师可以使用系统结构图、类图、时序图和状态图等工具，来描述系统的架构、设计模式和交互方式。
编码阶段 - 详细设计：在编码阶段，程序员需要将系统设计转化为可执行代码。在此期间，程序员可以使用流程图和结构图来建模代码的实现方式和逻辑流程。
**测试阶段：**在测试阶段，测试人员需要对系统进行建模，以确保各项功能和性能得到有效测试。测试人员可以使用测试计划、测试用例和测试报告等工具，来描述测试策略和测试结果。

总之，软件工程在不同的阶段，都需要进行不同类型的软件系统建模。

建模的目的是为了确保系统的各个方面得到充分描述和分析，以便于检测和解决问题，从而优化系统的质量和可维护性。不同类型的建模工具和技术可以互相补充，提高系统建模的效率和精度。

3.2 软件系统正向建模与反向建模

软件系统建模可以分为正向建模和反向建模两种类型。

正向建模是指在软件系统开发的早期阶段，基于需求和设计文档等资料，使用建模工具进行系统的设计和建模，根据需求、设计和代码之间的关系来构建模型和图形化展示系统结构和行为。正向建模方式通常用于新系统的开发、重构或重新设计。

反向建模是指对已有的软件系统进行分析和建模，在没有或少有文档的情况下，通过代码对系统进行解析，生成模型来理解系统的现有结构和行为。反向建模方式通常用于对现有系统进行维护、改进或扩展。

正向建模和反向建模各有优劣：

正向建模的优点是建模过程清晰可控，能够对系统进行彻底的分析设计，系统各个方面得到充分考虑。但是正向建模需要大量的人力和时间，且不一定随需求变化而随时更新和调整，对于现有系统改进的需求无法应用。

反向建模的优点是建模成本相对较低，可以快速了解系统的内部结构和行为，缺乏文档的系统可以通过反向建模得到描述和分析。但是反向建模生成的模型可能并不完整或准确，需要人工修正、补充和校验，工作量相对较大。

因此，正向建模和反向建模可以互补的使用，根据具体情况来选择适合的建模方式和工具，加强对软件系统的理解和分析。