一种基于仿生构件的软件工程方法分析-analysis of a software engineering method based on bionic components.docxVIP

1绪论1.1课题研究背景随着人类文明的快速发展，现实世界对软件产品的要求越来越高，软件越来越趋向于智能化、综合化。随之而来的是软件愈加庞大和复杂，软件产品开发预算超支、进度落后、质量不能满足要求的现象更加突出，寻找更为有效的软件开发方法仍然是当前软件工程领域的研究重点和热点。经过数十年的研究与实践，人们已经成功地摸索和建立了多种软件工程方法，譬如：结构化方法、面向对象方法、基于构件的方法、面向Agent方法、基于净室技术的方法、基于敏捷技术的方法等等。这些方法在自身的发展过程中不断吸收其它方法和技术的长处，导致新技术新方法层出不穷，成为现代软件工程发展过程中的亮点，从而不断丰富和发展了软件工程的理论与实践。在已经提出的软件工程方法中，被实践证明是成熟的和实用的方法仍然只有结构化方法和面向对象方法。结构化方法在软件工程发展史中具有里程碑的意义，因为它是从无序的软件开发方法中走出的第一步。结构化方法引入数据字典、数据流图、实体关系图等表示方法，通过结构化分析、结构化设计、结构化实现等步骤，使软件开发由一种混乱的过程走向标准化、规范化和有序化。结构化方法曾经给软件产业带来了巨大的进步，部分地缓解了软件危机，使用这种方法开发许多中、小规模的软件项目都取得了成功，但是当把这种方法应用于大型软件产品的开发时，却很少取得成功[1]。为应对这种情况，软件工程方法学领域提出了面向对象方法，面向对象方法与传统的结构化方法相比，包含了很多方法学上的进步。面向对象方法模拟人类习惯的思维方式，用对象分解取代结构化方法中的功能分解，使描述问题的问题空间与实现解法的解空间在结构上尽可能一致。面向对象方法引入类、对象、封装、继承等概念，建立对象模型、动态模型和功能模型，通过面向对象分析、面向对象设计、面向对象实现等步骤完成软件的开发过程。面向对象方法在开发大型软件软件产品时体现出了优势与进步，不仅使得软件开发成本降低，而且更有利于软件的维护和重用。然而，FrederickP.Brooks在影响深远的软件工程著作《人月神话》中提出了两个重要观点：其一，向进度落后的软件项目中增加人手只会使进度更加落后；其二，由于软件本身固有的复杂性，没有一种策略、技术或者方法可以极大地提高程序员的生产力，即“没有银弹”之说[2]。作者在提出第二个观点的时候，分析了面向对象方法取代传统的结构化方法提高了软件开发效率，但增长却很缓慢，原因是面向对象方法理论过多和抽象层次较低。同时他还指出了可能大力提高程序员生产力的软件开发方法，即从传统的编写（writing）系统——搭建（building）系统——培育（grow）系统。然而，由于概念性的结构非常复杂，以至于难以事先精确地说明和零缺陷地开发，搭建（building）系统的方法不是最佳的。软件是复杂的，然而生物界中生物的复杂程度更令我们敬畏，光是大脑本身，就比任何对它的描述都要复杂，比任何的模拟仿真都要强大，它的多样性、自我保护和自我更新能力异常丰富和有力，其中的秘密就是个体发育成长，而不是一次性搭建（building）。FrederickP.Brooks在软件工程试验班上开始推行这种培育（grow）系统的方法，他发现在过去几十年中，没有任何方法和技术能如此彻底地改变软件工程实践，开发团队可以在四个月内，培育（grow）出比搭建（building）复杂得多的系统。虽然作者并没有详细阐述如何培育（grow）系统，但是由此可知培育（grow）系统的方法能够显著提高软件开发人员的生产力，是一个有重大意义的软件工程方法研究方向。生物界中的个体都是逐步发育而成的，师法自然是中国的传统哲学，我们把目光转向生物界中的生物。生物界中的生物的多样性、复杂性、结构的巧妙性和功能的丰富性令我们敬畏。同时，我们也发现生物界中的生物和计算机界的软件具有许多的相似性。例如：生物生活在自然界中，软件在Internet平台上；生物的物质基础是土壤，空气等资源，软件的物质基础是各种各样的计算机硬件资源；生物有各自的生、老、病、死等过程，软件也有自己的软件生命周期；在生物界里微生物、植物和动物有依赖关系、竞争关系，软件之间也有依赖关系、竞争关系；生物界中的各种生物直接相互影响和作用，构成了整个生物界，软件在生命周期中与其它软件相互交互，协调运作，构成了整个Internet。生物和软件的类比关系见表1-1。表1-1生物和软件的类比生物软件自然界Internet微生物、植物、动物等类型各种需求简单或复杂的系统土壤、空气、水等计算机硬件资源个体生物的生长过程软件的开发过程生物生命周期软件生命周期生物的进化软件升级和进化基于生物和软件具有如此多的相似性，而经过几十亿年进化的生物，内部结构之复杂、构造之巧妙、功能之丰富，生物界是我们技术创的知识宝库和学习源泉，由此我们提出了仿生软