《软件工程》第 3 章 -需求工程概论

在软件工程的开发流程中,需求工程是奠定项目成功基础的关键环节。它专注于获取、分析、定义和管理软件需求,确保开发出的软件能真正满足用户需求。接下来,我们将按照目录内容,结合 Java 代码和实际案例,深入讲解需求工程的核心知识。

3.1 软件需求的概念

3.1.1 软件需求的分类

软件需求主要分为功能需求非功能需求领域需求三类:

  1. 功能需求:定义软件必须实现的具体功能,例如一个在线购物系统的 "商品下单""订单查询" 等功能。
  1. 非功能需求 :描述软件的质量属性,如性能(响应时间、吞吐量)、安全性(用户认证、数据加密)、可用性(易用性、容错性)等。
  1. 领域需求:特定领域的需求,比如医疗软件需符合行业法规和数据标准。

以一个简单的 "学生成绩管理系统" 为例,用 Java 代码定义功能需求的接口:

java 复制代码
// 学生成绩管理系统功能需求接口

public interface StudentGradeManagement {

// 添加学生成绩

void addStudentGrade(String studentId, double grade);

// 查询学生成绩

double queryStudentGrade(String studentId);

// 更新学生成绩

void updateStudentGrade(String studentId, double newGrade);

// 删除学生成绩

void deleteStudentGrade(String studentId);

}

3.1.2 软件需求的质量要素

高质量的软件需求应具备以下要素:

  • 完整性:覆盖所有用户需求,无遗漏。
  • 一致性:需求之间无矛盾冲突。
  • 准确性:精确描述用户期望,避免歧义。
  • 可行性 :在现有技术和资源下可实现。
  • 可验证性:需求可通过测试或评审进行验证。

以学生成绩管理系统的 "添加学生成绩" 需求为例,说明可验证性:

java 复制代码
import org.junit.jupiter.api.Test;

import static org.junit.jupiter.api.Assertions.*;

// 测试学生成绩管理系统的添加成绩功能

public class StudentGradeManagementTest {

@Test

public void testAddStudentGrade() {

StudentGradeManagement management = new StudentGradeManagementImpl();

management.addStudentGrade("001", 85.5);

assertEquals(85.5, management.queryStudentGrade("001"));

}

}

// 学生成绩管理系统功能实现类

class StudentGradeManagementImpl implements StudentGradeManagement {

private java.util.HashMap<String, Double> gradeMap = new java.util.HashMap<>();

@Override

public void addStudentGrade(String studentId, double grade) {

gradeMap.put(studentId, grade);

}

@Override

public double queryStudentGrade(String studentId) {

return gradeMap.getOrDefault(studentId, -1.0);

}

@Override

public void updateStudentGrade(String studentId, double newGrade) {

if (gradeMap.containsKey(studentId)) {

gradeMap.put(studentId, newGrade);

}

}

@Override

public void deleteStudentGrade(String studentId) {

gradeMap.remove(studentId);

}

}

上述代码通过 JUnit 测试验证了 "添加学生成绩" 需求的正确性,体现了需求的可验证性。

3.2 需求工程的预备知识

3.2.1 与用户 / 客户交流的技巧

与用户交流时,可采用以下实用技巧:

  1. 提问技巧:使用开放式问题(如 "您希望系统实现什么功能?")和封闭式问题(如 "系统是否需要支持批量导入数据?")结合的方式获取信息。
  1. 倾听与反馈:认真倾听用户需求,重复和确认关键内容,确保理解一致。
  1. 避免技术术语 :用通俗易懂的语言与用户沟通,防止产生误解。

3.2.2 需求调查的基本方法

常见的需求调查方法包括:

  • 访谈:通过一对一或小组访谈获取用户需求,例如针对学生成绩管理系统,访谈教师、学生和教务管理人员。
  • 问卷调查:适用于大量用户场景,设计问卷收集用户对系统功能和期望的反馈。
  • 观察法:观察用户在实际工作中的操作流程,挖掘潜在需求。

3.2.3 需求建模的基本方法

需求建模用于以可视化方式表达需求,常见方法有:

  • 数据流图(DFD):描述数据在系统中的流动和处理过程。
  • 实体 - 关系图(ERD) :展示数据实体及其关系,如学生、课程和成绩之间的关系。
  • 用例图:从用户角度展示系统功能和参与者之间的关系。

以学生成绩管理系统的用例图为例:

3.3 需求工程的过程模型

3.3.1 需求工程中的活动

需求工程包含以下核心活动:

  1. 需求获取:通过访谈、问卷等方式收集用户需求。
  1. 需求分析:对获取的需求进行整理、分析和细化,识别矛盾和遗漏。
  1. 需求规格说明:编写详细的需求规格说明书,明确需求的内容、优先级和约束。
  1. 需求验证:通过评审、测试等方式确保需求的质量。
  1. 需求管理:对需求变更进行控制和跟踪,确保项目顺利进行。

3.3.2 迭代式过程模型

迭代式过程模型将需求工程划分为多个迭代周期,每个周期都包含需求获取、分析、规格说明、验证和管理等活动。随着迭代推进,需求不断细化和完善。

迭代式过程模型流程图:

3.3.3 过程模型的裁剪

根据项目规模、复杂度和团队能力,可对需求工程过程模型进行裁剪:

  • 小型项目:简化需求规格说明,采用敏捷方式快速迭代。
  • 大型复杂项目:加强需求验证和变更管理,确保需求的稳定性。

3. 4小结

本章围绕需求工程概论,从软件需求的概念出发,介绍了需求分类、质量要素,阐述了需求工程的预备知识和过程模型。通过学生成绩管理系统的 Java 代码案例和流程图,帮助大家理解和实践相关知识。需求工程是软件开发的基石,后续的设计、开发和测试都依赖于高质量的需求。在实际项目中,应根据具体情况灵活运用这些知识和方法,做好需求管理工作。

以上内容全面呈现了需求工程概论的要点。若你觉得某些部分需要更深入的案例或有其他修改意见,欢迎随时和我说。

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