形式化说明技术

一、概述
- （一）非形式化方法的缺点
- （二）形式化方法的优点
- （三）应用形式化方法的准则
- - 1.应该选用适当的表示方法
  - 2. 应该形式化，但不要过分形式化
  - 3. 应该估算成本
  - 4.应该有形式化方法顾问随时提供咨询
  - 5.不应该放弃传统的开发方法
  - 6. 应该建立详尽的文档
二、有穷状态机
- （一）概念
三、 Petri网
- （一）概念

一、概述

按照形式化的程度，可以把软件工程使用的方法划分成3类：非形式化、半形式化、形式化。

用自然语言描述需求规格说明，是典型的非形式化方法。
用数据流图或实体-联系图建立模型，是典型的半形式化方法。

所谓形式化方法，是描述系统性质的基于数学的技术，也就是说，如果一种方法有坚实的数学基础，那么它就是形式化的。

（一）非形式化方法的缺点

用自然语言书写的系统规格说明书，可能存在矛盾、二义性、含糊性、不完整性及抽象层次混乱等问题。
所谓矛盾是指一组相互冲突的陈述。
二义性是指读者可以用不同方式理解的陈述。

（二）形式化方法的优点

为了克服非形式化方法的缺点，人们把数学引入软件开发过程，创造了基于数学的形式化方法。
　　
　　在开发大型软件系统的过程中应用数学，能够带来下述的几个优点：

能够简洁准确地描述物理现象、对象或动作的结果，因此是理想的建模工具。

数学特别适合于表示状态，也就是表示“做什么”，数学比自然语言更适于描述详细的需求。
　　在软件开发过程中使用数学的另一个优点是，可以在不同的软件工程活动之间平滑地过渡。
不仅功能规格说明，而且系统设计也可以用数学表达，当然，程序代码也是一种数学符号(虽然是一种相当繁琐、冗长的数学符号)。
　　数学作为软件开发工具的最后一个优点是，它提供了高层确认的手段。可以使用数学方法证明，设计符合规格说明，程序代码正确地实现了设计结果。

（三）应用形式化方法的准则

对形式化方法应该“一分为二”，既不要过分夸大它的优点也不要一概排斥。
下面给出应用形式化方法的几条准则：

1.应该选用适当的表示方法

通常，一种规格说明技术只能用自然的方式说明某一类概念，如果用这种技术描述其不适于描述的概念，则不仅工作量大而且描述方式也很复杂。因此，应该仔细选择一种适用于当前项目的形式化说明技术。

2. 应该形式化，但不要过分形式化

目前的形式化技术还不适于描述系统的每个方面。带使用之，有助于防止含糊和误解。

3. 应该估算成本

为了使用形式化方法，通常需要事先进行大量的培训。最好预先估算所需的成本并编入预算。

4.应该有形式化方法顾问随时提供咨询

绝大多数软件工程师对形式化方法中使用的数学和逻辑并不很熟悉，而且没受过使用形式化方法的专业训练，因此，需要专家指导和培训。

5.不应该放弃传统的开发方法

把形式化方法和结构化方法或面向对象方法集成起来是可能的，而且由于取长补短往往能获得很好的效果。

6. 应该建立详尽的文档

建议使用自然语言注释形式化的规格说明书，以帮助用户和维护人员理解系统。

不应该放弃质量标准
不应该盲目依赖形式化方法
应该测试、测试再测试
应该重用
　　即使采用了形式化方法，软件重用仍然是降低软件成本和提高软件质量的惟一合理的方法。而且用形式化方法说明的软件构件具有清晰定义的功能和接口，使得它们有更好的可重用性。

二、有穷状态机

（一）概念

有穷状态机可以准确描述一个系统，是表达规格说明的一种形式化方法。

通过一个简单例子介绍有穷状态机的基本概念：
　　一个保险箱上装了一个复合锁，锁有三个位置，分别标记为1、2、3，转盘可向左(L)或向右®转动。这样，在任意时刻转盘都有6种可能的运动，即1L、1R、2L、2R、3L和3R。保险箱的组合密码是1L、3R、2L，转盘的任何其他运动都将引起报警。如图描绘了保险箱的状态转换情况。

三、 Petri网

（一）概念

并发系统中需要解决的主要问题是定时问题：包括同步问题、竞争条件以及死锁问题。
定时问题常常是因不好的设计或有错误的实现引起的，归根到底又是由不好的规格说明造成的.
Petri网技术可用于确定系统中隐含的定时问题。
Petri网技术在计算机领域应用较多，已经证明，用Petri网可以有效地描述并发活动。
Petri网包含4种元素：
一组位置P、一组转换T、输入函数I及输出函数O。
如图举例说明了Petri网的组成：
一组位置P为｛P1，P2，P3，P4｝：用圆圈代表；
一组转换T为｛t1，t2｝：图中用短直线表示转换；
两个用于转换的输入函数，用由位置指向转换的箭头表示，它们是：I(t1)=｛P2，P4｝
I(t2)=｛P2｝
两个用于转换的输出函数，用由转换指向位置的箭头表示，它们是：O(t1)=｛P1｝
O(t2)=｛P3，P3｝

Petri网是一个四元组C=(P，T，I，O)，其中：
P={P1,P2,…Pn}是一个有穷位置集，n≥0；
T=(t1,…,tm)是一个有穷转换集，m≥0,且T和不相交；
I:T→P∞为输入函数，是由转换到位置无序单位组的映射；
O:T→P∞为输出函数，是由转换到位置无序单位组的映射。

Petri网的标记是在Petri网中权标(token)的分配。如图中有4个权标：一个在P1中，两个在P2中，P3中没有，还有一个在P4中。

上述标记可以用向量(1，2，0，1)表示。
由于P2和P4中有权标，因此t1启动(即被激发)。
通常，当每个输入位置所拥有的权标数大于等于从该位置到转换的线数时，就允许转换。当t1被激发时，P2和P4上各有一个权标被移出，而P1上则增加一个权标（2，1，0，0）。
Petri网中权标总数不是固定的，在这个例子中两个权标被移出，而P1上只能增加一个权标。

如图4.6，P2上有权标，因此t2也可以被激发。当t2被激发时，P2上将移走一个权标，而P3上新增加两个权标（1，1，2，1）。

Petri网具有非确定性，如果数个转换都达到了激发条件，则其中任意一个都可以被激发。图4.6所示Petri网的标记为(1，2，0，1)，t1和t2都可以被激发。假设t1被激发了，则结果如图4.7所示，标记为(2，1，0，0)。
此时，只有t2可以被激发。如果t2也被激发了，则权标从P2中移出，两个新权标被放在P3上，结果如图4.8所示，标记为(2，0，2，0)。

带有标记的Petri网成为一个五元组(P，T，I，O，M),其中标记M，是由一组位置P到一组非负整数的映射：

M：P→｛0，1，2，…｝
对Petri网的一个重要扩充是加入禁止线
禁止线是用一个小圆圈而不是用箭头标记的输入线，如图所示。
通常，当每个输入线上至少有一个权标，而禁止线上没有权标的时候，相应的转换才是允许的。图中P3上有一个权标而P2上没有权标，因此转换t1可以被激发。

[软件工程] 形式化说明技术相关推荐

软件工程形式化技术简介
形式化技术在软件工程中有效的提高了开发的效率.改进了软件开发的质量.减少了开发费用.形式化的技术容易在软件的规约上取得一致性,它属于一种非常有效的交流方式. (一)非形式化的缺点用自然语言书写的系统 ...
[软件工程导论(第六版)]第4章形式化说明技术（课后习题详解）
文章目录 1. 举例对比形式化方法和欠形式化方法的优缺点. 2. 在什么情况下应该使用形式化说明技术?使用形式化说明技术时应遵守哪些准则? 3. 一个浮点二进制数的构成是:一个可选的符号(+或-),后 ...
形式化说明技术有穷状态机
形式化说明技术有穷状态机一.概述 1.1 软件工程方法分类按照形式化的程度进行划分. 1.2 非形式化方法的缺点 1.3 形式化方法的优点 1.4 应用形式化方法的准则二.有穷状态机 2.1 保 ...
ChinaSoft 论坛巡礼 | 面向可解释人工智能的软件工程方法与技术论坛
2022年CCF中国软件大会(CCF ChinaSoft 2022)将于2022年11月25-27日在线上举行.预期将有林惠民.陈左宁.邬江兴.何积丰.梅宏.吕建.柴洪峰.廖湘科.王怀民.郑纬民.蒋昌 ...
在什么情况下应该使用形式化说明技术？使用形式化说明技术时应遵守哪些准则？...
在开发大型软件系统的过程中应该使用形式化说明技术. 应用形式化方法的准则:(1)应该选用适当的表示方法.(2)应该形式化,但不要过分形式化.(3)应该估算成本.(4)应该有形式化方法顾问随时提供咨询. ...
软件工程——形式化方法概述
目录前言一.形式化方法定义二.形式化方法分类三.形式化方法意义四.形式化方法作用五.形式化方法优缺点 1.优点 2.缺点前言形式化方法英文的名称是formalmethods,形式化方法 ...
软件工程课程设计——技术栈【Go+Vue+PGSQL】的人事管理系统
一.项目架构介绍项目技术栈:Go+Vue+PGSQL 开发工具:IDEA2021.1 后端开发语言:Go 前端框架:Vue3.0(集成ElementUI组件) 后端框架:Gin.Gorm 数据库:P ...
鉴源论坛 · 观模丨µC/OS内核的形式化验证技术
作者 | 郭建上海控安可信软件创新研究院特聘专家丁继政上海控安研发中心研究员版块 | 鉴源论坛 · 观模操作系统作为软件系统的核心,其安全性与可靠性是构造高可信软件最为关键 ...
软件工程-系统需求获取技术、结构化需求建模和系统设计（上）
目录一.患者监护系统二.机票预订系统三.某商场进销存管理的业务流程图四.银行计算机储蓄系统五.复印机工作的状态转换图六.火车售票系统七.给出某系统的数据流程图一.患者监护系统目前住院 ...
ChinaSoft 论坛巡礼 | 高可信嵌入式软件工程技术论坛
2022年CCF中国软件大会(CCF ChinaSoft 2022)将于2022年11月25-27日在线上举行举行.预期将有林惠民.陈左宁.邬江兴.何积丰.梅宏.吕建.柴洪峰.王怀民.郑纬民.蒋昌俊等 ...

[软件工程] 形式化说明技术

形式化说明技术

一、概述

（一）非形式化方法的缺点

（二）形式化方法的优点

（三）应用形式化方法的准则

1.应该选用适当的表示方法

2. 应该形式化，但不要过分形式化

3. 应该估算成本

4.应该有形式化方法顾问随时提供咨询

5.不应该放弃传统的开发方法

6. 应该建立详尽的文档

二、有穷状态机

（一）概念

三、 Petri网

（一）概念

[软件工程] 形式化说明技术相关推荐

最新文章

热门文章

[软件工程] 形式化说明技术

形式化说明技术

一、概述

（一） 非形式化方法的缺点

（二） 形式化方法的优点

（三） 应用形式化方法的准则

1.应该选用适当的表示方法

2. 应该形式化，但不要过分形式化

3. 应该估算成本

4.应该有形式化方法顾问随时提供咨询

5.不应该放弃传统的开发方法

6. 应该建立详尽的文档

二、有穷状态机

（一） 概念

三、 Petri网

（一） 概念

[软件工程] 形式化说明技术相关推荐

最新文章

热门文章

（一）非形式化方法的缺点

（二）形式化方法的优点

（三）应用形式化方法的准则

（一）概念

（一）概念