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📝 导读： 本章处于软件开发生命周期的“开发阶段”初期。 核心任务：解决“做什么”的问题（What to do），而不是“怎么做”（How to do）。 核心考点：结构化分析的三大模型（数据模型ERD、功能模型DFD、行为模型STD）及其绘制规则。

1. 软件开发阶段定位 (Context)

1.1 我们在哪里？

在软件开发的“3阶段7环节”中，需求分析处于开发阶段的第一步，连接了“策划阶段”与“系统设计”。

  • 问题定义 & 可行性分析：解决“我们要解决什么问题？值得做吗？”（宏观层面）。
  • 需求分析 (本章重点)：解决**“系统具体提供什么功能/流程？”**（详细层面）。
  • 系统设计：解决“如何实现系统？”（技术层面，如架构、数据库设计）。

1.2 为什么需求分析至关重要？

  • 成本放大效应：需求阶段的错误如果在运行阶段才发现，修正成本是需求阶段的几十倍甚至上百倍。
  • 沟通桥梁：它是连接非技术人员（用户/客户）与技术人员（开发者）的桥梁。

2. 核心分析方法：结构化分析 (SA)

结构化分析 (Structured Analysis, SA) 是一种自顶向下、逐步求精的分析方法。它主张将一个复杂的系统分解为若干个子系统，直到每个子系统都能被清晰理解。

SA 的三大视角（考试重点）

SA 方法通过三个维度来描述一个系统，构成了结构化分析的“三棱镜”：

  1. 数据模型：系统涉及哪些数据对象？ $\rightarrow$ ER图
  2. 功能模型：数据如何在系统中流动和处理？ $\rightarrow$ DFD (核心)
  3. 行为模型：系统状态如何变化？ $\rightarrow$ 状态图

3. 实体关系图 (ERD) —— 数据模型

核心概念：用于描述系统中的静态数据结构。不涉及数据如何处理，只关心数据本身及其关系。

3.1 三大要素

  1. 实体 (Entity)：
    • 解释：现实世界中可以区分的对象（如：学生、课程）。
    • 图示：矩形框。
  2. 属性 (Attribute)：
    • 解释：描述实体的特征（如：学生的学号、姓名）。
    • 图示：椭圆。
  3. 关系 (Relationship)：
    • 解释：实体之间的联系（如：学生“选修”课程）。
    • 图示：菱形框。

3.2 关系的基数 (Cardinality) [高频考点]

描述两个实体集之间数量上的对应关系：

  • 1:1 (一对一)：如“系主任”与“系”。
  • 1:N (一对多)：如“班级”与“学生”。
  • M:N (多对多)：如“学生”与“课程”。
    • 助教提示：在数据库设计（后续章节）中，M:N关系通常需要转化为中间表，但在需求分析画ER图时，直接画出M:N即可。

4. 数据流图 (DFD) —— 功能模型 [核心重点]

核心概念：描绘数据在系统中如何流动、被处理以及存储的图形化技术。它是结构化分析最重要的工具。

4.1 DFD 四大基本符号

  1. 数据流 (Data Flow)：
    • 解释：数据的流向，可以是数据项或文件。
    • 图示：带箭头的线。
  2. 加工/处理 (Process)：
    • 解释：对数据进行变换的逻辑（输入数据 $\rightarrow$ 变换 $\rightarrow$ 输出数据）。
    • 图示：圆形或圆角矩形。
  3. 数据存储 (Data Store)：
    • 解释：数据的静态停留处（如数据库表、文件）。
    • 图示：双平行线或开口矩形。
  4. 外部实体 (External Entity)：
    • 解释：系统之外的人、组织或其他系统（数据的源头或终点）。
    • 图示：矩形框。

4.2 DFD 的分层结构

为了降低复杂度，DFD 采用自顶向下的画法：

  1. 顶层图 (Context Diagram)：只有一个加工（代表整个系统），展示系统与外部环境的交互。
  2. 0层图 (Level-0 DFD)：将顶层加工分解为几个主要功能模块。
  3. 1层图及以下：继续细化，直到加工足够简单（称之为“原子加工”）。

4.3 绘图核心规则

  • 守恒原理：父图的输入/输出数据流必须与子图保持一致（父图子图平衡）。
  • 加工必有进出：每个加工（Process）必须既有输入数据流，也有输出数据流（黑洞/奇迹主要错误）。
  • 数据流向限制：
    • 错误：外部实体 $\leftrightarrow$ 外部实体（系统管不着）。
    • 错误：数据存储 $\leftrightarrow$ 数据存储（数据不会自己跑）。
    • 错误：外部实体 $\leftrightarrow$ 数据存储（必须经过“加工”来存取）。

5. 状态转换图 (STD) —— 行为模型

核心概念：描述系统如何响应外部事件，从一个状态变为另一个状态。主要用于实时系统或控制逻辑复杂的系统（如自动售票机、电梯控制）。

5.1 主要元素

  • 状态 (State)：系统所处的被动状况（如：空闲、等待输入、处理中）。
  • 事件 (Event)：触发状态转换的外部刺激。
  • 转换 (Transition)：从一个状态变迁到另一个状态的路径。

6. 数据字典 (DD)

核心概念：图形通常只能描述结构，数据字典则是对图中所有元素（数据流、数据项、存储、加工）进行精确定义的文本集合。

  • 作用：它是分析模型的“元数据”，确保所有人在看到“用户信息”这个词时，理解是一致的（例如：用户信息 = 姓名 + 学号 + 年龄）。
  • 常用符号：= (定义为), + (连接/与), [] (或), {} (重复/迭代), () (可选)。

💡 章节总结

  1. 定位明确：本章不仅是画图，更是为了理清业务逻辑。需求分析的核心是将模糊的用户需求转化为清晰的逻辑模型。
  2. 三维视图：结构化分析通过ER图看数据（静态），通过DFD看流程（动态），通过STD看状态（行为），三者互为补充。
  3. DFD是王道：在考试和实际应用中，数据流图 (DFD) 通常是考察的重中之重，务必掌握其分层绘制方法和数据平衡原则。
  4. 产出物：本阶段的最终产出通常是《软件需求规格说明书》(SRS)，它构成了后续设计和测试的基准。