1.3 軟件過程模型

軟件過程模型也稱為軟件生存期模型或軟件開發(fā)模型，是描述軟件過程中各種活動如何執(zhí)行的模型。它確立了軟件開發(fā)和演繹各階段的次序限制以及各階段活動的準(zhǔn)則，確立了開發(fā)過程所遵守的規(guī)定和限制，便于各種活動的協(xié)調(diào)以及各種人員的有效通信，有利于活動重用和活動管理。

目前常見的軟件過程模型有瀑布模型、增量模型、螺旋模型、噴泉模型、變換模型和基于知識的模型等。

1.3.1 瀑布模型

瀑布模型是經(jīng)典的軟件開發(fā)模型，是1970年由W.Royce提出的最早的軟件開發(fā)模型。如圖1-4所示，瀑布模型將軟件開發(fā)活動中的各項(xiàng)活動規(guī)定為依線性順序連接的若干個階段的工作，形如瀑布流水，最終得到軟件系統(tǒng)或軟件產(chǎn)品。換句話說，它將軟件開發(fā)過程劃分成若干個互相區(qū)別而又彼此聯(lián)系的階段，每個階段中的工作都以上一個階段工作的結(jié)果為依據(jù)，同時作為下一個階段的工作基礎(chǔ)。

每個階段的任務(wù)完成之后，產(chǎn)生相應(yīng)的文檔。它是以文檔作為驅(qū)動的，該模型適合于需求很明確的軟件項(xiàng)目開發(fā)。

在軟件工程的第一階段，瀑布模型得到了廣泛的應(yīng)用。它簡單、易用，在消除非結(jié)構(gòu)化軟件、降低軟件的復(fù)雜性、促進(jìn)軟件開發(fā)工程化方面起了很大的作用。但在軟件開發(fā)實(shí)踐中也逐漸暴露出它的缺點(diǎn)。由于瀑布模型是一種理想的線性開發(fā)模式，它將一個充滿回溯的軟件開發(fā)過程硬性分割為幾個階段，無法解決軟件需求不明確或者變動的問題。這些缺點(diǎn)對軟件開發(fā)帶來了嚴(yán)重影響，由于需求不明確，會導(dǎo)致開發(fā)的軟件不符合用戶的需求而夭折。

1.3.2 增量模型

增量模型是一種非整體開發(fā)的模型。根據(jù)增量的方式和形式的不同，分為基于瀑布模型的漸增模型和基于原型的快速原型模型。圖1-5描述的是一般的增量模型。

該模型具有較大的靈活性，適合于軟件需求不明確、設(shè)計方案有一定風(fēng)險的軟件項(xiàng)目。

增量模型和瀑布模型之間的本質(zhì)區(qū)別是：瀑布模型屬于整體開發(fā)模型，它規(guī)定在開始下一個階段的工作之前，必須完成前一階段的所有細(xì)節(jié)。而增量模型屬于非整體開發(fā)模型，它推遲某些階段或所有階段中的細(xì)節(jié)，從而較早地產(chǎn)生工作軟件。

1.3.3 螺旋模型

對于大型軟件，只開發(fā)一個原型往往達(dá)不到要求。螺旋模型將瀑布模型和增量模型結(jié)合起來，并加入了風(fēng)險分析。它是由TRW公司的B.Boehm于1988年提出的。該模型將開發(fā)劃分為制定計劃、風(fēng)險分析、實(shí)施工程和客戶評估4類活動。如圖1-6所示，沿著螺旋線每轉(zhuǎn)一圈，表示開發(fā)出一個更完善的新的軟件版本。如果開發(fā)風(fēng)險過大，開發(fā)機(jī)構(gòu)和客戶無法接受，則項(xiàng)目有可能就此終止。在多數(shù)情況下，會沿著螺旋線繼續(xù)下去，自內(nèi)向外逐步延伸，最終得到滿意的軟件產(chǎn)品。

螺旋模型將開發(fā)過程分為幾個螺旋周期，每個螺旋周期可分為4個工作步驟：

① 制定計劃：確定目標(biāo)、方案和限制條件。

② 風(fēng)險分析：評估方案、識別風(fēng)險和消除風(fēng)險。

③ 實(shí)施工程：開發(fā)驗(yàn)證下一級產(chǎn)品。

④ 客戶評估：計劃下一周期工作。

1.3.4 噴泉模型

噴泉模型是由B.H.Sollers和J.M.Edwards于1990年提出的一種新的開發(fā)模型，主要用于采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)的軟件開發(fā)項(xiàng)目。它克服了瀑布模型不支持軟件重用和多項(xiàng)開發(fā)活動集成的局限性。噴泉模型使開發(fā)過程具有迭代性和無間隙性。軟件的某個部分常常被重復(fù)使用多次，相關(guān)對象在每次迭代中隨之加入漸進(jìn)的軟件成分，即迭代性；而分析和設(shè)計活動等各項(xiàng)活動之間沒有明顯的邊界，即無間隙性。

噴泉模型是以面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)方法為基礎(chǔ)，以用戶需求作為噴泉模型的源泉。如圖1-7所示，噴泉模型有如下特點(diǎn)。

① 噴泉模型規(guī)定軟件開發(fā)過程有4個階段，即分析、系統(tǒng)設(shè)計、軟件設(shè)計和實(shí)現(xiàn)。

② 噴泉模型的各階段相互重疊，它反映了軟件過程并行性的特點(diǎn)。

③ 噴泉模型以分析為基礎(chǔ)，資源消耗呈塔形，在分析階段消耗的資源最多。

④ 噴泉模型反映了軟件過程迭代性的自然特性，從高層返回低層無資源消耗。

⑤ 噴泉模型強(qiáng)調(diào)增量開發(fā)，它依據(jù)“分析一點(diǎn)，設(shè)計一點(diǎn)”的原則，并不要求一個階段的徹底完成，整個過程是一個迭代的逐步提煉的過程。

⑥ 噴泉模型是對象驅(qū)動的過程，對象是所有活動作用的實(shí)體，也是項(xiàng)目管理的基本內(nèi)容。

⑦ 噴泉模型在實(shí)現(xiàn)時，由于活動不同，可分為系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和對象實(shí)現(xiàn)，這既反映了全系統(tǒng)的開發(fā)過程，也反映了對象的開發(fā)和重用過程。

1.3.5 智能模型

智能模型也稱為基于知識的軟件開發(fā)模型，是知識工程與軟件工程在開發(fā)模型上結(jié)合的產(chǎn)物，是以瀑布模型與專家系統(tǒng)的綜合應(yīng)用為基礎(chǔ)建立的模型。該模型通過應(yīng)用系統(tǒng)的知識和規(guī)則幫助設(shè)計者認(rèn)識一個特定的軟件的需求和設(shè)計，這些專家系統(tǒng)已成為開發(fā)過程的伙伴，并指導(dǎo)開發(fā)過程。

從圖1-8中可以清楚地看到，智能模型與其他模型不同，它的維護(hù)并不在程序一級上進(jìn)行，這樣大大地降低了問題的復(fù)雜性。

智能模型的主要優(yōu)點(diǎn)有：

① 通過領(lǐng)域的專家系統(tǒng)，可使需求說明更加完整、準(zhǔn)確和無二義性；

② 通過軟件工程的專家系統(tǒng)，提供一個設(shè)計庫支持，在開發(fā)過程中成為設(shè)計者的助手；

③ 通過軟件工程知識和特定應(yīng)用領(lǐng)域的知識及規(guī)則的應(yīng)用來提供開發(fā)的幫助。

但是，要建立適合于軟件設(shè)計的專家系統(tǒng)，或建立一個既適合軟件工程又適合應(yīng)用領(lǐng)域的知識庫都是非常困難的。目前，在軟件開發(fā)中正應(yīng)用AI技術(shù)，在CASE工具系統(tǒng)中使用專家系統(tǒng)，例如，使用專家系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)測試自動化，AI技術(shù)在軟件開發(fā)階段取得了局部進(jìn)展。