软件工程——结构化分析：一种自上而下的分析方法（包含习题）

在软件工程领域，解决复杂问题的一个重要方法是将问题分解为更小、更容易处理的部分。结构化分析（Structured Analysis）正是这样一种自上而下的分析方法，它可以帮助软件工程师更好地理解系统的需求、设计和实现。本文将简要介绍结构化分析的基本概念、组成部分以及其在软件工程实践中的应用。

什么是结构化分析？

结构化分析是一种分析软件系统的方法，旨在通过自上而下的分解，将大型复杂的问题划分为更小、更易于管理的部分。这种方法的主要目标是帮助软件工程师更好地理解系统的功能需求，并为之后的设计和实现阶段提供清晰、详细的指导。

结构化分析的主要组成部分包括数据流图（Data Flow Diagrams, DFD）、数据字典（Data Dictionary）、功能分解结构图（Functional Decomposition Diagrams, FDD）和过程描述（Process Description）。

数据流图

数据流图是结构化分析中的一种核心工具，用于展示系统中数据的流动、处理和存储。数据流图包括四个主要元素：处理（用圆圈表示）、数据流（用箭头表示）、数据存储（用双线表示）和外部实体（用方框表示）。通过使用数据流图，软件工程师可以清晰地展示系统的逻辑结构和数据流。

数据字典

数据字典是一种文档工具，用于详细记录系统中所有数据元素的定义、数据类型和使用。数据字典可以帮助开发人员确保对系统中数据的一致性和准确性，减少错误和歧义。

功能分解结构图

功能分解结构图是一种自上而下的分层表示法，用于将系统的功能分解为更小的、更易于理解和实现的子功能。每个子功能可以进一步细分为更小的功能模块。这种分解过程持续进行，直到到达一个可以直接实现的简单功能模块。这有助于软件工程师更好地组织和设计系统。

过程描述

过程描述是一种详细记录系统处理过程的文档工具。它包括对处理逻辑、输入、输出、操作和异常的详细描述。过程描述可以帮助软件工程师更好地理解和设计系统的处理过程。

结构化分析的优势与挑战

结构化分析具有以下优势：

易于理解：结构化分析使用简单的图形表示法和详细的文档工具，使得复杂的系统更易于理解和沟通。
易于维护：通过自上而下的分析方法，结构化分析可以更好地支持系统的修改和扩展。
良好的文档支持：结构化分析产生的文档可以作为项目过程中的关键参考资料，方便开发团队查阅和维护。

然而，随着面向对象方法和敏捷开发方法的兴起，结构化分析在某些情况下可能受到挑战。这是因为结构化分析关注的是过程和数据流，而面向对象方法关注的是类、对象和它们之间的交互。

结合不同方法以适应不同场景

为了权衡不同方法的优缺点，在实际项目中可能需要根据具体需求和团队经验来选择合适的分析方法。在某些情况下，结构化分析和面向对象分析甚至可以结合使用，以充分利用两种方法的优势。

例如，在需求分析阶段使用结构化分析，以帮助团队更好地理解和组织系统功能；在设计阶段使用面向对象方法，以便更好地抽象和建模类、对象和它们之间的关系。通过灵活地使用和结合不同的分析方法，软件工程师可以更好地应对各种项目挑战，提高软件质量和开发效率。

总结

结构化分析是软件工程领域中一种重要的自上而下分析方法，尤其在处理复杂问题时具有较好的适用性。虽然在某些情况下可能受到面向对象方法和敏捷方法的挑战，但结构化分析仍然在软件工程实践中发挥着重要作用。通过了解结构化分析的基本概念和方法，软件工程师可以更好地应对项目中的各种挑战，提高软件开发的质量和效率。

习题1：银行计算机储蓄系统

银行计算机储蓄系统的工作过程大致如下：储户填写的存款单或取款单由业务员键入系统，如果是存款则系统记录存款人姓名、住址（或电话号码）、身份证号码、存款类型、存款日期、到期日期、利率、密码（可选）等信息，并印出存款单给储户；如果是取款而且存款时留有密码，则系统首先核对储户密码，若密码正确或存款时未留密码，则系统计算利息并印出利息清单给储户。
请用数据流图描绘本系统的功能，并用实体-关系图描绘系统中的数据对象。
数据流图：
基本模型：

第一级模型：

第二级模型：

E-R图1：

E-R图2：

E-R图3：

习题2：机票预定系统

为方便旅客，某航空公司拟开发一个机票预定系统。旅行社把预定机票的旅客信息(姓名、性别、工作单位、身份证号码、旅行时间、旅行目的地等)输入进该系统，系统为旅客安排航班，印出取票通知和账单，旅客在飞机起飞的前一天凭取票通知和账单交款取票，系统校对无误即印出机票给旅客。
请用实体-关系图描绘本系统中的数据对象并用数据流图描绘本系统的功能。
解：
E-R图：

数据流图1：

数据流图2：

习题3：患者监护系统

目前住院病人主要由护士护理，这样做不仅需要大量护士，而且由于不能随时观察危重病人的病情变化，还会延误抢救时机。某医院打算开发一个以计算机为中心的患者监护系统，请画出本系统的实体-关系图和数据流图。
医院对患者监护系统的基本要求是随时接收每个病人的生理信号(脉搏、体温、血压、心电图等)，定时记录病人情况，以形成患者日志。当某个病人的生理信号超出医生规定的安全范围时，向值班护士发出警告信息。此外，护士在需要时还可以要求系统打印出某个指定病人的病情报告。
解：
E-R图：

数据流图1：

数据流图2：

习题4：复印机的状态转换图绘制

办公室复印机的工作过程大致如下：未接到复印命令时处于闲置状态，一旦接收到复印命令则进入复印状态，完成一个复印命令的规定工作后又回到闲置状态，等待下一个复印命令；如果执行复印命令时发现缺纸，则进入缺纸状态，发出警告，等待装纸后进入闲置状态，准备接收复印命令；如果复印时发生卡纸故障，则进入卡纸状态，发出警告等待维修人员来排除故障，故障排除后回到闲置状态。
请用状态转换图描绘复印机的行为。

习题5：高校计算机教材购销系统

某高校计算机教材购销系统有以下功能。学生购买书时，要先填写购书单，系统根据各班学生用表及售书登记表审查有效性，如果有效，系统根据教材库存量表进一步判断书库是否有书，如果有书，系统把领书单返回给学生，学生凭书单到书库领书，对短缺的教材，系统用缺书单的形式通知书库，新书购进书库后，也由书库将进书通知返回给系统。请采用 SA 方法画出该系统的分层数据流图。