第4章系统建模的结构方法
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第4章 系统仿真模型-系统动力学
§4-5 DYNAMO仿真计算
一、 一阶正反馈回路 二、 一阶负反馈回路 三、 两阶负反馈回路
§4-6 系统动力学建模步骤
一、系统动力学模型的建模步骤 二、 DYNAMO仿真流程框图 三、系统动力学模型的评价 课后作业
第六章 系统仿真模型——系统动力学
§6-1 系统仿真的基本概念及其实质 一、基本概念 系统仿真——（Systems simulation）是对真 实过程或系统在整个时间内运行的模仿。 ◆依系统的分析目的进行构思 ◆建立系统模型 ◆建立描述系统结构和行为、具有逻辑和数学性 质的仿真模型 ◆依仿真模型对系统进行试验和分析 ◆获得决策所需信息
第六章 系统仿真模型——系统动力学
§6-2 系统动力学概述 一、系统动力学及其发展
（二）国内外系统动力学（Systems dynamics, SD）发展
1 国外学者SD研究现状
系统动力学在国外的应用非常广泛，其应用几乎遍及 各类系统，深入到各类领域。在商业上模拟复杂竞争 环境中的商业模型；在经济学上解释了SamuelsonHicks模型；在医学研究上模拟不同药物效用对病人的 生理学反映，如测试经过胰岛素治疗后糖尿病病人血 液葡萄糖水平的医学模型；在生物学上模拟并推导了 捕食者——被捕食者问题；还有模拟地区经济模型， 模拟生态系统模型等研究。
一、基本概念 二、系统仿真的实质 三、系统仿真的作用
§4-2 系统动力学概述
一、系统动力学及其发展 二、反馈系统
§4-3 系统动力学结构模型
一、信息反馈系统的动力学特征 二、反馈系统 三、流程图（结构模型）
第六章 系统仿真模型——系统动力学
目 录
§4-4 系统动力学数学模型（结构方程式）
一、基本概念 二、 DYNAMO方程
系统建模方法1何谓系统模型系统模型有哪些主要特征2.doc
第四章系统建模方法1、何谓系统模型？系统模型有哪些主要特征？2、何谓系统分析？系统分析包括有哪些要素？画简图说明这些要素间的关系。
3、为什么在系统分析中，广泛使用系统模型而不是真实系统进行分析？4、对系统模型有哪些基本要求？系统建模主要有哪些方法，请分别说明这些建模方法的适用对象和建模思路。
5、什么是投入产出分析？它在经济管理中有什么用处？6、试举例说明某种产品对另一种产品的直接消耗和间接消耗关系。
7、在编制投入产出表时，如何确定部门的划分？8、设某地区的经济分为工业、农业和其他生产部门，其投入产出表如下表1所示。
（1）试求直接消耗系数表；（2）试求完全消耗系数表；（3）如果计划期农业的最终产品为350亿元，工业为2300亿元，其他部门为450 亿元，请计算出各部门在计划期的总产品分别为多少亿元？表1 某地区的投入产出表（亿元）9、设某地区的投入产出表如下表2所示。
（1）试求直接消耗系数表；（2）试求完全消耗系数表；（3）如果计划期（翌年）各部门的最终产品量和构成如表3所示，请计算各部门计划期的总产品分别为多少亿元？各部门应提供多少中间产品？（4）如果在计划期间，制造业产品出口量增加20亿元，问各部门的产量要相应增加多少？（5）如果在计划期间，农业由于自然灾害减少4亿元的最终产品，问各部门的总产品将如何调整？表2 某地区的投入产出表（亿元）表3 计划期各部门的最终产品量和构成（亿元）10、某钢筋车间制作一批直径相同的钢筋，需要长度为3米的90根，长度为4米的60根。
已知所用的下料钢筋长度为10米，问怎样下料最省？请建立解决此问题的数学模型。
11、某卫星测控站每天至少需要下列数量的干部值班：每班值班的干部在班次开始时上班，连续工作8小时。
测控站首长需要确定每个班次应派多少干部值班，才能既满足需要又使每天上班的干部人数最少，请帮助建立解决此问题的数学模型。
11、举例说明系统结构、系统单元以及单元之间的关系，试用集合A、A上关系R、关系矩阵M、关系图G以及系统结构或层次结构进行描述。
第4章系统建模的结构方法
如果R(tu ) R(t v ) 则元素t u 和 t v属于同一区域；否则元素和属于不 同区域。经过这样运算后的集合N就叫做区域分解， 1 ( N ) P 可以写成 1, P 2 ,, P m 式中，是m区域数。
2019年3月22日星期 PPT 10
4.1.2 可达矩阵的分解 ——结构模型的建立
图4-1 有向图
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4.1.1 有向图、邻接矩阵、可达矩阵
邻接矩阵 除了用图表示系统结构外，还可以使用 与有向图相对应的矩阵来表示系统结构，其 中最直接的一种称为邻接矩阵。其定义如下
X [ xij ]
式中，
i点指向点 j； 1, 如果有一条边出自 xij i点指向点 j。 0, 如果没有边出自
系统工程 第四章 系统建模的结构方法
2019年3月22日星期
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本章学习目标
1. 解析结构模型建模 2. 系统动力学建模原理与步骤 3. 系统动力学建模的基本工具
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章节框架
4.1 解析结构模型 4.2 系统动力学建模 本章小结 思考与练习题
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4.1.1 有向图、邻接矩阵、可达矩阵
可达矩阵 可达矩阵（R）是用矩阵形式来反映有向 图各节点之间，通过一定路径可以到达的程 度。可达矩阵可以用邻接矩阵（X）加上单位 矩阵（I），经过一定运算后求得。即先将X 加上I ，得到一新的矩阵 X 1 X I ，其中， 若 X 1中的元素 xij 为1，即表示从节点 i 到 j 就 就节点可以直接到达。
式中，是由可达矩阵中第行中所有矩阵元素 为1的列所对应得要素组成；是由矩阵中第列中的 所有矩阵元素为1的行所对应得要素组成。
系统工程第4章系统结构模型
系统工程第4章系统结构模型
• 系统结构模型概述 • 系统结构模型的构建 • 系统结构模型的应用 • 系统结构模型的局限性 • 系统结构模型案例分析
01
系统结构模型概述
系统结构模型定义
01
系统结构模型是描述系统各组成部分之间关系的图形表示，通 过节点和边来表示系统中的元素和它们之间的相互关系。
02
难以处理系统中的不确定 性和模糊性。
难以反映系统的实时变化 和动态行为。
难以描述系统与环境之间 的相互作用。
系统结构模型未来的发展方向
结合其他建模方法，如流程 图、数据流图等，形成综合 的建模方法。
结合仿真技术，实现系统结 构模型的动态模拟和预测。
引入人工智能和机器学习技 术，实现自适应的系统结构 建模。
文字表示法
使用文字描述系统各组成部分及其相 互关系，如系统说明、功能说明等。
数学表示法
使用数学符号和公式表示系统各组成 部分及其相互关系，如状态方程、概 率统计等。
系统结构模型的优化方法
模块化优化
结构重组优化
将系统划分为若干个模块，优化模块间的 接口和联系，提高系统的可维护性和可扩 展性。
对系统结构进行重新组合和优化，提高系 统的效率和性能。
比较不同系统
通过比较不同系统的系统结构模型，可以评 估不同系统的性能和优缺点，为决策提供依 据。
04
系统结构模型的局限性
系统结构模型的适用范围
01
02
03
适用于描述简单、静态 的系统结构。
适用于分析系统的组成 和相互关系。
适用于描述系统的功能 和行为。
系统结构模型的局限性分析
难以描述动态、复杂的系 统结构。
分析系统结构
• 系统结构模型概述 • 系统结构模型的构建 • 系统结构模型的应用 • 系统结构模型的局限性 • 系统结构模型案例分析
01
系统结构模型概述
系统结构模型定义
01
系统结构模型是描述系统各组成部分之间关系的图形表示，通 过节点和边来表示系统中的元素和它们之间的相互关系。
02
难以处理系统中的不确定 性和模糊性。
难以反映系统的实时变化 和动态行为。
难以描述系统与环境之间 的相互作用。
系统结构模型未来的发展方向
结合其他建模方法，如流程 图、数据流图等，形成综合 的建模方法。
结合仿真技术，实现系统结 构模型的动态模拟和预测。
引入人工智能和机器学习技 术，实现自适应的系统结构 建模。
文字表示法
使用文字描述系统各组成部分及其相 互关系，如系统说明、功能说明等。
数学表示法
使用数学符号和公式表示系统各组成 部分及其相互关系，如状态方程、概 率统计等。
系统结构模型的优化方法
模块化优化
结构重组优化
将系统划分为若干个模块，优化模块间的 接口和联系，提高系统的可维护性和可扩 展性。
对系统结构进行重新组合和优化，提高系 统的效率和性能。
比较不同系统
通过比较不同系统的系统结构模型，可以评 估不同系统的性能和优缺点，为决策提供依 据。
04
系统结构模型的局限性
系统结构模型的适用范围
01
02
03
适用于描述简单、静态 的系统结构。
适用于分析系统的组成 和相互关系。
适用于描述系统的功能 和行为。
系统结构模型的局限性分析
难以描述动态、复杂的系 统结构。
分析系统结构
第四章离散事件系统仿真方法1
第四章离散事件系统仿真方法1d第4章离散事件系统仿真方法4.1离散事件系统仿真一般概念4.1.1 一般概念离散事件系统：系统中的状态只在离散时间点上发生变化，而且这些离散时间点一般是不确定的。
系统状态是离散变化的，而引发状态变化的事件是随机发生的，因此这类系统的模型很难用数学方程来描述。
随着系统科学和管理科学的不断发展及其在军事、航空航天、CIMS和国民经济各领域中应用的不断深入，逐步形成一些与连续系统不同的建模方法：流程图和网络图。
离散事件系统建模与仿真的基本概念：⑴ 实体：是描述系统的三（四）要素之一，是系统中可单独辨识和刻画的构成要素。
如：工厂中的机器，商店中的服务员，生产线上的工件，道路上的车辆等。
从仿真角度看，实际系统就是由相互间存在一定关系的实体集合组成的，实体间的相互联系和作用产生系统特定的行为。
实体可分为两大类：临时实体和永久实体临时实体――在系统中只存在一段时间的实体。
一般是按一定规律有系统外部到达系统，在系统中接受永久实体的作用，按照一定的流程通过系统，最后离开系统。
临时实体存在一段后即自行消失，消失有时是指实体从屋里意义上退出了系统的边界或自身不存在了；有时仅是逻辑意义上的取消，意味着不必再予以考虑。
如：进入商店的顾客、路口的车辆、生产线上的工件、进入防空火力网的飞机、停车场的汽车等。
永久实体――永久驻留在系统中的实体。
是系统产生功能的必要条件。
系统要对临时实体产生作用，就必须有永久实体的活动，也就d必须有永久实体。
可以说临时实体与永久实体共同完成了某项活动，永久实体作为活动的资源而被占用，如：理发店中的理发员、生产线上的加工装配机械、路口的信号灯等。
属性和行为相同或相近的实体可以用类来描述，这样可以简化系统的组成和关系。
如：理发店服务系统可以看成是由“服务员”和“顾客”两类实体组成的，两类实体之间存在服务与被服务的关系。
⑵ 属性是实体特征的描述，一般是系统所拥有的全部特征的一个子集，用特征参数或变量表示。
软件工程实用案例 第4章 结构化需求分析
2 项目前景 2.1 前景概述 2.2 主要特性
3项目范围 3.1 第一版范围 3.2 后续版本范围 3.3 限制与排除
4项目环境 4.1 操作环境 4.2 涉众 4.3 项目属性
词汇表 参考资料 附录
4.3 需求获取
4.3.3 选择信息的来源
• 1. 涉众
• 包括用户、客户、领域专家、用户替代源(市场人员、销售人员) 等。
4.4 需求分析
4.4.1 过程建模
4.4.1.1 数据流图
3. 分层结构 （3）N层图
图4-12 功能分解示意图
4.4 需求分析
4.4.1 过程建模
4.4.1.1 数据流图
3. 分层结构 （3）N层图
图4-13 食物订货系统的1层图
4.4 需求分析
4.4.1 过程建模
4.4.1.2 微规格说明
正式规定文档所需具有的条件或能力。
(3) 对(1)或(2)所描述的条件或能力的文档化表述。 其中，(1)是从用户角度定义的，(2)是从开发人员、
系统的角度定义的。
4.1 需 求
4.1.2 需求的层次
需求通常体现为三个层次：业务需求、用户需求和系 统需求。
4.1 需 求
4.1.2 需求的层次
4.3 需求获取
4.3.2 定义项目前景和范围
• 1.明确问题
P1 决策者：生产的废品过多。
• 2.发现业务需求
BR1：提供销售订单的准确性，减少因此而产生废品。
BR2：提供销售订单的准确性，在使用后3个月内，减少50%因此而产生 的废品。
4.3 需求获取
4.3.2 定义项目前景和范围
• 3.定义解决方案及系统特性
4.3 需求获取
4.3.4 需求获取的方法
3项目范围 3.1 第一版范围 3.2 后续版本范围 3.3 限制与排除
4项目环境 4.1 操作环境 4.2 涉众 4.3 项目属性
词汇表 参考资料 附录
4.3 需求获取
4.3.3 选择信息的来源
• 1. 涉众
• 包括用户、客户、领域专家、用户替代源(市场人员、销售人员) 等。
4.4 需求分析
4.4.1 过程建模
4.4.1.1 数据流图
3. 分层结构 （3）N层图
图4-12 功能分解示意图
4.4 需求分析
4.4.1 过程建模
4.4.1.1 数据流图
3. 分层结构 （3）N层图
图4-13 食物订货系统的1层图
4.4 需求分析
4.4.1 过程建模
4.4.1.2 微规格说明
正式规定文档所需具有的条件或能力。
(3) 对(1)或(2)所描述的条件或能力的文档化表述。 其中，(1)是从用户角度定义的，(2)是从开发人员、
系统的角度定义的。
4.1 需 求
4.1.2 需求的层次
需求通常体现为三个层次：业务需求、用户需求和系 统需求。
4.1 需 求
4.1.2 需求的层次
4.3 需求获取
4.3.2 定义项目前景和范围
• 1.明确问题
P1 决策者：生产的废品过多。
• 2.发现业务需求
BR1：提供销售订单的准确性，减少因此而产生废品。
BR2：提供销售订单的准确性，在使用后3个月内，减少50%因此而产生 的废品。
4.3 需求获取
4.3.2 定义项目前景和范围
• 3.定义解决方案及系统特性
4.3 需求获取
4.3.4 需求获取的方法
软件工程导论第四章 概要设计
模式4：共享数据模式
共享数据系统以一个或多个数据库 / 数据仓库为中心进行 组织，其它部件可以从中读写存储的数据。共享数据系统还 提供并发访问、容错处理、访问权限控制等功能。 典型的共享数据系统包括： a. 数据库 b. 知识库 c. 源代码控制程序
模式5：信息系统模式
现代信息系统平台模式，主要考虑B/S模式。 B/S模式的三层：表示层（presentation），业务 层（business），和数据存储层（data access） 。 B/S模式的优点： a. 架构简化了客户端。它无需象C/S模式那样在 不同的客户机上安装不同的客户应用程序，而只需安 装通用的浏览器软件。 b. 简化了系统的开发和维护。 c. 使用户的操作变得更简单。 d. 特别适用于网上信息发布 。
第四章 概要设计
•4.1软件体系结构 •4.2概要设计任务与步骤 •4.3软件设计的基本概念 •4.4面向数据流的设计方法 •4.5面向数据结构的分析设计方法 •4.6概要设计文档评审
概要设计
一是要覆盖《需求规格说明书》的全部内容, 二是要作为指导详细设计的依据。
概要设计注重于宏观上和框架上的设计，它是软 件系统的总体结构设计、全局数据库(包括数据结 构)设计、外部接口设计、功能部件分配设计、部 件之间的接口设计。 概要设计又称为架构设计。 • 用于描述系统最顶的结构和组织形式，标识出软 件的各个组成部分。
2．子系统和模块的区别 （1）一个子系统独立一个构成系统，不依赖 于其他子系统提供的服务。 （2）一个模块通常是一个能提供一个或多个 服务的系统组件。 3．体系结构设计的结果 体系结构设计过程的结果是一个体系结构 的设计文档。
4.1软件体系结构 4.1.1概述
4．体系结构模型 （1）静态结构模型 将子系统或组件作为一个个独立的单元来开发 （2）动态过程模型 给出系统在运行时的过程组成。它与静态模型不 同。 （3）接口模型 定义每个子系统从他们的公共接口能得到的服务。 （4）关系模型 关系模型给出子系统间的数据流的关系。
系统工程课程要点总结2
系统工程要点总结第四章系统模型化方法１模型的本质：利用模型与原型间的相似关系，用模型代替原型，通过对模型的研究得到关于原型的一些信息。
２模型的特征:是现实世界部分的抽象或模仿；是由与分析问题有关的因素构成的；表明了有关因素间的因果作用及相互关系。
★好的模型能反映出系统的：本质属性和主要特征３模型的作用——为什么建模★便于了解系统的整体结构及其特征；利用模型可以进行“思想”试验，便于预测未来的趋势，及对方案进行评价和决策；模型提供了脱离具体内容的逻辑演绎和计算的基础，这会导致对科学规律理论及原理的发现；模型可用较少的时间、费用和风险、重复演示、研究系统的行为及其规律.可以起到实验室的作用。
４系统建模的基本步骤★明确目标：明确模型的目的、功能及要求；建立概念模型，确定种类形式及规模确定组成要素：确定系统要素及其因果关系；构建模型：确定模型结构；估计模型参数，用数量描述因果关系验证模型：检验模型、修改并完善模型５解释结构模型法——规范化方法。
见课件６二元关系通常有影响关系、因果关系、包含关系、隶属关系以及各种可以比较的关系(如大小、先后、轻重、优劣等)系统要素二元关系经量化后的表达方式有三种：邻接矩阵，可达矩阵，骨架矩阵７在无回路条件下的最大路长或传递次数为r，即有0≤t≤r，则可达矩阵元素的取值为mij=1,SiRtSj (存在着i至j的路长最大为r的通路) ；mij= 0,Si Sj (不存在i至j的通路) 要素二元关系的分类：t=1时,M表系统要素的基本二元关系，M=A；t=0时,M表要素自身到达，称反射性二元关系；t≥2时,M表系统要素传递性二元关系８可达矩阵的求取和计算可达矩阵M★——要素间接关系方阵矩阵A和M符合布尔代数运算规则，即：0+0=0, 0+1=1, 1+0=1, 1+1=1,0×0=0,0×1=0,1×0=0,1×1=1通过邻接矩阵A，可得M，计算公式为：M=(A+I)r其中I为与A同阶次的单位阵，反映要素自身到达；最大传递次数(路长)r根据下式确定：(A+I)≠(A+I)2≠(A+I)3≠…≠(A+I)r-1≠(A+I)r=(A+I)r+1=…=(A+I)n (A+I)2=A2+A+I骨架矩阵A’——最小二元关系矩阵９解释结构模型法ISM :是现代系统工程中广泛应用的一种分析方法，能够利用系统要素之间已知的零乱关系，根据研究目的分析复杂系统要素间关联结构，揭示出系统内部层次结构ISM规范化方法基本步骤（1）组织实施ISM的小组。
第4章 软件体系结构风格
• 系统有一定的目标，各子系统在某一种消息机制的控制下，为了这个目标而协调行动；
现某种功能，仅仅是为了信号的传输），也可以从某种意义上看做是过滤器 • 接收设备从接收信号中恢复出相应的原始信号； • 受信者（也称为信息宿或接收终端）是将复原的原始信号转换成相应的消息。 • 噪声源是信道中的噪声以及分散在通信系统其它各处的噪声的集中体现，它使
原信号受到了干扰，产生畸变。
诚信求是，笃学致公
诚信求是，笃学致公
4.2. 经典软件体系结构风格
◇ 管道和过滤器特性
• 过滤器是独立运行的构件
• 非邻近的过滤器之间不共享状态 • 过滤器自身无状态
• 过滤器对其处理上下连接的过滤器“无知”
• 对相邻的过滤器不施加任何限制
• 结果的正确性不依赖于各个过滤器运行的先后次序
• 各过滤器在输入具备后完成自己的计算。完整的计算过程包含在过滤器之间 的拓扑结构中。
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诚信求是，笃学致公
4.2. 经典软件体系结构风格
◇面向对象风格实例——人事档案管理系统
人事 档案管 理系统
档
信
档
软件体系结构
推荐参考书
诚信求是，笃学致公
软件体系结构：原理、方法与实践（第 2版）张友生著，清华大学出版社， 2014年。
软件建模与设计：UML、用例、模式和 软件体系结构，Hassan Gomaa著，彭 鑫等译，机械工业出版社，2014年。
软件体系结构（第3版），谭征著，清 华大学出版社，2015年。
第4章 面向对象系统分析与对象类建模 2
⑶ 类的操作
其语法如下： [方向]名称：类型[ = 默认值] [direction] name：type [= default value] 方向可以取下述值之一： in输入参数，不能对它进行修改。 out输出参数，为了向调用者传送信息可以对它进 行修改。 inout输入参数，为了向调用者传送信息可以对它 进行修改。
第4章 面向对象系统分 析与对象类建模
教学目的
⑴ 掌握面向对象系统分析的过程 ⑵ 掌握系统用例模型的设计方法
⑶ 了解类和对象的概念、类与对象的关系等
⑷ 重点掌握系统用例模型的设计和对象与类图 的设计
4.1 面向对象系统分析
面向对象分析，就是抽取和整理用户需求并 建立问题域精确模型的过程。 面向对象分析过程从分析陈述用户需求的文 件开始 可能由用户（包括出资开发该软件的业主代 表及最终用户）单方面写出需求陈述，也可 能由系统分析员配合用户，共同写出需求陈 述 当软件项目采用招标方式确定开发单位时，
关联可以有方向，即导航。 一般不作说明的时候，导航是双向的，不需要在线上标出箭头。 大部分情况下导航是单向的，可以加一个箭头表示。 导航性描述的是一个对象通过链（关联的实例）进行导航访问另 一个对象，即对一个关联端点设置导航属性意味着本端的对象可 以被另一端的对象访问。 可以在关联关系上加箭头表示导航方向。 只在一个方向上可以导航的关联称为单向关联，用一条带箭头的 实线来表示。 在两个方向上都可以导航的关联称为双向关联，用一条没有箭头 的实线来表示。
关联的多重性是指有多少对象可以参与该关联，多重性可 以用来表达一个取值范围、特定值、无限定的范围或一组 离散值。 将多重性写成一个表示取值范围的表达式，其最大值和最 小值可以相同，用两个圆点把它们分开。 多重性说明对于关联另一端的类的每个对象，本端的类可 能有多少个对象出现，对象的数目必须是在给定的范围内。 可以精确地表示多重性为：一个（1）；多个（0..*）；一 个或多个（1..*）；整数范围，
UML第4课数据建模
6. 创建表(table)。如果有必要，也可以创建视图，视图是类的 <<View>>版型。
7. 创建列(column)。在表中创建每一列，包括列名、列的属性等。
8. 创建关系(relationship)。如果表与表之间存在关系，则创建它们 之间的关系。
9. 在必要的情况下对数据模型进行规范化，如从第二范式转变为 第三范式。
第4章 数据建模
3
4．1 基本概念
数据库数据的总体逻辑结构称为模式(Schemas)。
关系数据库数据的总体逻辑结构是关系模式，这些数据结构的关 系模式通过各种表来描述。
一个面向对象的系统，要利用关系数据库来表示对象模型 需要进行一定的转换，即把面向对象模式的数据模型转换 成关系模式的数据模型。其思想可以用如图所示的建模方 法表示。
对象类间的一对一关联。
可以在两个对象类转换成的关系模式中的任意一个模式内加 入一个外键，指向另一个模式的主键，即可建立两个表之间 的连接。
对象类间的一对多关联。
可以通过在具有多个对象的类的关系模式中加入一个外键， 指向另一模式的主键建立两个表的连接。
实现对象类间的多对多关联。
需要将类之间的关联也设计成一个类——关联类，把一个多 对多的关联转化成两个一对多的关联。引入的该关联类映射 为关系数据库中的一个关联表，用来映射关联对象。在新增 的关联表中设置一个标识符作为主键，加入两个外键分别指 向初始关联的两个关系模式表的主键。
16
4.3 数据库设计的步骤
结合Rose 2003工具提供的功能来说明如何用UML的类图进 行数据库设计，在Rose 2003中数据库设计的步骤如下：
1. 创建数据库对象。这里所说的数据库对象是指Rose中构件图中 的一个构件，其版型为Database。
7. 创建列(column)。在表中创建每一列，包括列名、列的属性等。
8. 创建关系(relationship)。如果表与表之间存在关系，则创建它们 之间的关系。
9. 在必要的情况下对数据模型进行规范化，如从第二范式转变为 第三范式。
第4章 数据建模
3
4．1 基本概念
数据库数据的总体逻辑结构称为模式(Schemas)。
关系数据库数据的总体逻辑结构是关系模式，这些数据结构的关 系模式通过各种表来描述。
一个面向对象的系统，要利用关系数据库来表示对象模型 需要进行一定的转换，即把面向对象模式的数据模型转换 成关系模式的数据模型。其思想可以用如图所示的建模方 法表示。
对象类间的一对一关联。
可以在两个对象类转换成的关系模式中的任意一个模式内加 入一个外键，指向另一个模式的主键，即可建立两个表之间 的连接。
对象类间的一对多关联。
可以通过在具有多个对象的类的关系模式中加入一个外键， 指向另一模式的主键建立两个表的连接。
实现对象类间的多对多关联。
需要将类之间的关联也设计成一个类——关联类，把一个多 对多的关联转化成两个一对多的关联。引入的该关联类映射 为关系数据库中的一个关联表，用来映射关联对象。在新增 的关联表中设置一个标识符作为主键，加入两个外键分别指 向初始关联的两个关系模式表的主键。
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4.3 数据库设计的步骤
结合Rose 2003工具提供的功能来说明如何用UML的类图进 行数据库设计，在Rose 2003中数据库设计的步骤如下：
1. 创建数据库对象。这里所说的数据库对象是指Rose中构件图中 的一个构件，其版型为Database。
第4章 系统建模的结构方法
第四章 系统建模的结构方法
October 5, 2010
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主要内容
1. 解析结构模型建模 2. 系统动力学建模原理与步骤 3. 系统动力学建模的基本工具
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模型 模型有三个特征： 模型有三个特征： 1.它是现实世界部分的抽象或模仿； 它是现实世界部分的抽象或模仿； 它是现实世界部分的抽象或模仿 2.它是由那些与分析的问题有关的因素构成； 它是由那些与分析的问题有关的因素构成； 它是由那些与分析的问题有关的因素构成 3.它表明了有关因素间的相互关系； 它表明了有关因素间的相互关系； 它表明了有关因素间的相互关系 模型化就是为了描述系统的构成和行为， 模型化就是为了描述系统的构成和行为，对实 体系统的各种因素进行适当筛选后， 体系统的各种因素进行适当筛选后，用一定方式 表达系统实体的方法。 表达系统实体的方法。
汇点
S2
S3
S5
S6
S4
源点
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邻接矩阵特点
汇点：矩阵A 汇点：矩阵A中元素全为零的行所对应的节 点 源点：矩阵A 源点：矩阵A中元素全为零的列所对应的节 点 对应每节点的行中，元素值为1的数量， 对应每节点的行中，元素值为1的数量，就 是离开该节点的有向边数；列中1的数量， 是离开该节点的有向边数；列中1的数量，就 是进入该节点的有向边数
二元关系，给出系统的邻接矩阵； 二元关系，给出系统的邻接矩阵；
第2步： 考虑二元关系的传递性，建立反映诸要素间关系的可 考虑二元关系的传递性，
达矩阵； 达矩阵；
第3步： 依据可达矩阵，找到特色要素，进行区域划分； 依据可达矩阵，找到特色要素，进行区域划分； 第4步：在区域划分基础上继续层次划分； 在区域划分基础上继续层次划分；
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主要内容
1. 解析结构模型建模 2. 系统动力学建模原理与步骤 3. 系统动力学建模的基本工具
October 5, 2010
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模型 模型有三个特征： 模型有三个特征： 1.它是现实世界部分的抽象或模仿； 它是现实世界部分的抽象或模仿； 它是现实世界部分的抽象或模仿 2.它是由那些与分析的问题有关的因素构成； 它是由那些与分析的问题有关的因素构成； 它是由那些与分析的问题有关的因素构成 3.它表明了有关因素间的相互关系； 它表明了有关因素间的相互关系； 它表明了有关因素间的相互关系 模型化就是为了描述系统的构成和行为， 模型化就是为了描述系统的构成和行为，对实 体系统的各种因素进行适当筛选后， 体系统的各种因素进行适当筛选后，用一定方式 表达系统实体的方法。 表达系统实体的方法。
汇点
S2
S3
S5
S6
S4
源点
October 5, 2010
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邻接矩阵特点
汇点：矩阵A 汇点：矩阵A中元素全为零的行所对应的节 点 源点：矩阵A 源点：矩阵A中元素全为零的列所对应的节 点 对应每节点的行中，元素值为1的数量， 对应每节点的行中，元素值为1的数量，就 是离开该节点的有向边数；列中1的数量， 是离开该节点的有向边数；列中1的数量，就 是进入该节点的有向边数
二元关系，给出系统的邻接矩阵； 二元关系，给出系统的邻接矩阵；
第2步： 考虑二元关系的传递性，建立反映诸要素间关系的可 考虑二元关系的传递性，
达矩阵； 达矩阵；
第3步： 依据可达矩阵，找到特色要素，进行区域划分； 依据可达矩阵，找到特色要素，进行区域划分； 第4步：在区域划分基础上继续层次划分； 在区域划分基础上继续层次划分；
软件工程课件之第4章用例和用例图
4.2.3 泛化关系
借阅者
.9 泛化关系
4.2.4 分组关系
在一些用例图中，用例的数目可能很多，这时就需要把 这些用例组织起来。这种情况在一个系统包含很多子系 统时就会出现。另一种可能就是，当你按顺序和用户会 谈，收集系统需求时，每个需求必须用一个单独的用例 来表达，这时就需要某种方式来对这些需求进行分类。
4.1.1 参与者
例如，在“图书管理系统”中，可以认为“读者”是 “学生读者”和“教师读者”的泛化，而“学生读者” 还可以具体化为“本科生读者”和“研究生读者”；同 样，“图书管理员”也是“采购员”、“ 编目员”及 “借阅人员”的泛化。图4.3表示出了参与者之间的泛 化关系。
4.1.1 参与者
“<<extend>>”是扩展关系的构造型，箭头指向基本用例。
4.2.2 扩展关系
借阅者
<<include>>
还书
<<extend>>
查询图书 交罚款
图4.8 扩展关系
区别与联系：
联系：都是从现有的用例中抽取出公共的那部分信息
，作为一个单独的用例，然后通过不同的方法来重用这 个公共的用例，以减少模型维护的工作量。
因此，在“图书管理系统”中“借阅者”和“系统管理 员”都是参与者。
4.1.1 参与者
【例4-1】客户给销售员发来传真订货， 销售员下班前 将当日订货单汇总输入系统。谁是系统的参与者？
分析：根据参与者的定义可知，此系统的参与者是销售 员。
4.1.1 参与者
【例4-2】在需求分析中常见的权限控制问题，一般的 用户只可以使用一些常规的操作，如查询等，而管理员 除了常规操作之外还需要进行一些系统管理工作，如一 些关键数据的增加、删除、修改等，操作员既可以进行 常规操作又可以进行一些配置操作。
系统工程(第四章)
2 优化变量
• 对于过程系统参数优化 过程系统参数优化问题，优化变量向量就 过程系统参数优化 是过程变量向量。过程变量向量包括决策变量 决策变量 和状态变量 状态变量 • 决策变量等于系统的自由度，它们是系统变量 中可以独立变化以改变系统行为的变量； • 状态变量是决策变量的函数，它们是不能独立 变化的变量，服从于描述系统行为的模型方程
过程系统优化问题可表示为
Min
f (w, x, z) = 0
c(w, x, z) = 0
F(w, x)
h(w, x) = 0
g(w, x) ≥ 0
w－决策变量向量（w1，…，wr）; x－状态变量向量（x1，…，xm） z－过程单元内部变量向量（z1，…，zs） F－目标函数 f－m维流程描述方程组（状态方程） c－s维尺寸成本方程组 h－l维等式设计约束方程 g－不等式设计约束方程
4.2.3 化工过程系统最优化方法的分类
• • • • • 无约束最优化与有约束最优化 线性规划与非线性规划 单维最优化和多维最优化 解析法与数值法 可行路径法和不可行路径法
（1） 无约束最优化与有约束最优化
• 在寻求最优决策时，如果对于决策变量及状态变 量无任何附加限制，则称为无约束最优化 无约束最优化 • 问题的最优解就是目标函数的极值。这类问题比 较简单，求解方法是最优化技术的基础 • 在建立最优化模型方程时，若直接或间接的对决 策变量施以某种限制，则称为有约束最优化 有约束最优化。又 有约束最优化 等式约束最优化和 可分为等式约束最优化和不等式约束最优化 等式约束最优化 不等式约束最优化。 • 求解方法是通过把有约束最优化问题转化成无约 束最优化模型进行求解
• 实际生产操作必须根据环境和条件的变化来 调节决策变量（即操作变量），从而使整个 过程系统处于最佳状态，也就是目标函数达 到最优。这就是操作参数优化问题 操作参数优化问题
第4章系统建模理论与方法
平均反应时间 tr=15/22 秒
2024/5/12
2266
4 则最短停车距离的影响D因素有
①车速——车速越大，停车距离越大，则要限制最大时速。 <<中华人民共和国道路交通安全法实施条例>>规定： 高速公路车速：60~120km/h
载客汽车≤120km/h 机动车≤100km/h 摩托车≤80km/h 没有道路中心线道路： 城市道路≤30km/h，公路≤40km/h 同方向只有一条机动车道的： 城市道路≤50km/h，公路≤70km/h
平均致死率：中国27.3%、日本0.9%、美国1.3%，30分钟死 亡占85%。
2024/5/12
1144
10月13日下午5时30分，佛山南海黄岐的广佛五金城里，两岁小女孩悦悦， 在路上被一辆面包车撞倒和碾轧。而之后将近7分钟时间，还有呼吸的悦悦一直 孤零零地躺在路边，18个路人先后经过，但都当没看见，而其间悦悦又被一辆货 车碾轧过去。
事故死亡人数同比上升。
2024/5/12
1100
交通事故特点：
（1）下午至晚间时段交通死亡事故多发 下午至晚间时段（14:00～22:00），共死亡44835人，占总数 的45.4％。
（2）年末年初月份交通事故较多（最多11月） 低驾龄驾驶人员事故多发（三年以下驾龄司机为主）
（3）在中国，交通事故每死亡四个人中有三个是交通弱者 司机13.4%，行人和骑自行车占45%（包括骑电动自行车者）
2024/5/12
1122
2011年7月4日，凌晨4时许，湖北随(州)岳(阳)高速公路229KM附 近，(湖北省仙桃市毛嘴镇珠玑村)，发生一起两车追尾的交通事故导 致翻倒燃烧。事故发生时，该客车搭载52名乘客(其中有5名儿童)，在 事发路段的应急车道内停车下客，被后面一辆满载冬瓜的“鄂FEA30 挂”大型货车追尾相撞，造成两车翻出高速公路护栏外起火燃烧，货 车驾驶员当场死亡。事故造成26人死亡、31人受伤。
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4 则最短停车距离的影响D因素有
①车速——车速越大，停车距离越大，则要限制最大时速。 <<中华人民共和国道路交通安全法实施条例>>规定： 高速公路车速：60~120km/h
载客汽车≤120km/h 机动车≤100km/h 摩托车≤80km/h 没有道路中心线道路： 城市道路≤30km/h，公路≤40km/h 同方向只有一条机动车道的： 城市道路≤50km/h，公路≤70km/h
平均致死率：中国27.3%、日本0.9%、美国1.3%，30分钟死 亡占85%。
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10月13日下午5时30分，佛山南海黄岐的广佛五金城里，两岁小女孩悦悦， 在路上被一辆面包车撞倒和碾轧。而之后将近7分钟时间，还有呼吸的悦悦一直 孤零零地躺在路边，18个路人先后经过，但都当没看见，而其间悦悦又被一辆货 车碾轧过去。
事故死亡人数同比上升。
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交通事故特点：
（1）下午至晚间时段交通死亡事故多发 下午至晚间时段（14:00～22:00），共死亡44835人，占总数 的45.4％。
（2）年末年初月份交通事故较多（最多11月） 低驾龄驾驶人员事故多发（三年以下驾龄司机为主）
（3）在中国，交通事故每死亡四个人中有三个是交通弱者 司机13.4%，行人和骑自行车占45%（包括骑电动自行车者）
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2011年7月4日，凌晨4时许，湖北随(州)岳(阳)高速公路229KM附 近，(湖北省仙桃市毛嘴镇珠玑村)，发生一起两车追尾的交通事故导 致翻倒燃烧。事故发生时，该客车搭载52名乘客(其中有5名儿童)，在 事发路段的应急车道内停车下客，被后面一辆满载冬瓜的“鄂FEA30 挂”大型货车追尾相撞，造成两车翻出高速公路护栏外起火燃烧，货 车驾驶员当场死亡。事故造成26人死亡、31人受伤。
第4章 初识UML
4.4 UML中的扩展机制
4.4.3 标记值
4.4.3.2 自定义标记值
► 标记值是有关模型和模型元素的附加信息，在最终
的系统中是不可见的。 ► 自定义标记值时的具体步骤分成以下的几步： 1. 确定要定义标记值的目的。 2. 定义需要标记值的元素。 3. 为标记进行命名。 4. 定义值类型。 5. 根据使用标记值对象的不同，适当定义标记值。 6. 在文档中给出一个以上使用该标记值的例子。
4.4 UML中的扩展机制
4.4.2 构造型
► 构造型可以基于所有种类的模型元素：类、节点、
组件、注释、关联、泛化和依赖等都可以用来作为 构造型的基类。 ► 要表示一个构造型，可以将构造型名称用一对尖括 号括起来，然后放置在构造型模型元素名字的邻近， 例如<<use>>、<<extends>>等，<<use>>和 <<extends>>构造型的名字就是由UML预定义的。 ► 使用这些预定义的构造型用于调整一个已存在的模 型元素，而不是在UML工具中添加一个新的模型元 素。 ► UML中已经预定义了多种标准构造型，我们可以在 这些标准构造型的基础上自己定义构造型。
4.4 UML中的扩展机制
4.4.1 UML的体系结构
4.4.1.1 四层元模型体系结构
►
UML具有一个四层的体系结构，每个层次是根据该层 中元素的一般性程度划分的。从一般到具体，这四层 分别为元元模型层、元模型层、模型层、用户模型层， 如下图所示。
4.4 UML中的扩展机制
4.4.1 UML的体系结构
图、状态图、活动图、构件图和部署图。
4.1 UML的构成
4.1.2 图
系统工程：第4章 系统建模方法
4.1.1 系统模型的定义
根据不同的研究目的，同一个系统可以建立不同的系统模 型。例如 ，城市经济模型，可以用一、二、三产业表示， 也可以用各个行政管理部门来表示。
同一种模型可以代表多个系统 。例如，y=kx (k是为常量)， 几何上：代表一条通过原点的直线；代数上：表示比例关 系；设k＝π，x代表直径，则y表示圆周长；设k表示弹簧 刚度，x表示伸长量，则y表示弹簧力大小；当k＝a表示加 速度，x＝m表示质量，则y表示物体所受外力大小等等。
《系统工程》 第四章 系统建模方法
程森林
二Ｏ一Ｏ年一月
主要内容
4.1 系统模型概述 4.2 系统建模方法 4.3 典型模型介绍
4.1 系统模型概述
4.1.1 系统模型的定义 4.1.2 系统模型与原型 4.1.3 系统模型的分类 4.1.4 数学模型 4.1.5 计算机模型
4.1.1 系统模型的定义
抓住主要矛盾 模型只应包括与研究目的有关的方面，而 不是对象系统的所有方面。例如，对—个空运指挥调度系 统的研究，建模只需考虑飞机的飞行航向而无需考虑其飞 行姿态。 清晰明了 一个大型复杂系统是由许多联系密切的子系统 组成的，因此对应的系统模型也是由许多子模型(或模块) 组成的。在子模型与子模型之间，除了保留研究目的所必 要的信息联系外，其它的耦合关系要尽可能减少，以保证 模型结构尽可能清晰明了。
4.1.3 系统模型的分类
比例模型 是放大或缩小的系统，使之适合于研究。 文字模型 如技术报告、说明书等。在物理模型和数 学模型都很难建立时，有时不得不用它来描述研究结 果。 网络模型 用网络图来描述系统的组成元素以及元素 之间的相互关系(包括逻辑关系与数学关系)
4.1.3 系统模型的分类
图表模型 用图像和表格描述的模型，它们可以互 相转化，这里说的图像是指坐标系中的曲线、曲 面和点等几何图形。 逻辑模型 表示逻辑关系的模型，如方框图、程序 单等。 数学模型 用数学方程式表示的模型。 计算机模型 用计算机语言描写的模型。
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4.1 解析结构模型
4.1.1 有向图、邻接矩阵、可达矩阵 4.1.2 可达矩阵的分解——结构模型
的建立
2020年7月23日星期
PPT 4
4.1.1 有向图、邻接矩阵、可达矩阵
有向图 在系统中，用点表示事物，用点与点之
间的有向线段表示事物之间的联系，所作出 的抽象图称为有向图，如下图所示。
作j返回步骤（1）在重新进行运算。最后把
分解结果写成
(P) L1, L2 ,, Ll
式中，l表示级数；L1 表示第一级；Ll 表
示最后一级。
2020年7月23日星期
PPT 12
4.1.2 可达矩阵的分解
——结构模型的建立
建立递阶结构模型
经过上面的分解，就可以构成系统的结构模型。 以图4-1为例：
2020年7月23日星期
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4.2.1系统动力学的方法论
基本信息反馈结构
所谓基本信息反馈结构是指组成一个系
统动力学模型所必须具有单元，单元类型以 及单元间最简单的联结。系统动力学认为， 一个即便是最简单的动力学系统，也必须由 单元、单元的运动和信息反馈三大方面的因 素组成（见图4-2） 。其中单元是系统赖以 存在的实在基础；单元的运动反应系统的变 化、发展的动力学行为；信息反馈描述了系 统内部自我调节的作用机制。
系统工程
第四章 系统建模的结构方法
2020年7月23日星期
PPT 1
本章学习目标
1. 解析结构模型建模 2. 系统动力学建模原理与步骤 3. 系统动力学建模的基本工具
2020年7月23日星期
PPT 2
章节框架
4.1 解析结构模型 4.2 系统动力学建模 本章小结 思考与练习题
2020年7月23日星期
级间分解 级间分解就是将系统划分成不同级（层）
次。级间分解在每一区域内进行， 设 L0 , j 1 ，按以下步骤反复进行运算。
（1）L j {ni P L0 L1 L j1 | R j1 (ni ) Aj1 (ni ) R j1 (ni )} 这里 R j1 (ni ) {n j P L0 L1 L j1 | rij 1}
今有属于共同集合的任意两个元素 tu 、tv ，
如果R(tu ) R(tv )
则元素tu 和 tv属于同一区域；否则元素和属于不 同区域。经过这样运算后的集合N就叫做区域分解，
可以写成
1(N ) P1, P2,, Pm
式中，是m区域数。
2020年7月23日星期
PPT 10
4.1.2 可达矩阵的分解 ——结构模型的建立
2020年7月23日星期
PPT 7
4.1.2 可达矩阵的分解 ——结构模型的建立
通过对可达矩阵的分解，即可求解系统 的结构模型。其分析步骤和方法是：①区域 分解（分块对角化）即把元素分解成几个区 域，不同区域间的元素相互之间是没有关系 的；②级间分解，即对属于同一区域内的元 素进行分级分解；③建立递阶结构模型。
式中，是由可达矩阵中第行中所有矩阵元素 为1的列所对应得要素组成；是由矩阵中第列中的 所有矩阵元素为1的行所对应得要素组成。
2020年7月23日星期
PPT 9
4.1.2 可达矩阵的分解 ——结构模型的建立
区域分解 将共同集合T定义如下
T {ni N | R(ni ) A(ni ) A(ni )}
2020年7月23日星期
PPT 6
4.1.1 有向图、邻接矩阵、可达矩阵
可达矩阵 可达矩阵（R）是用矩阵形式来反映有向
图各节点之间，通过一定路径可以到达的程 度。可达矩阵可以用邻接矩阵（X）加上单位 矩阵（I），经过一定运算后求得。即先将X 加上I ，得到一新的矩阵 X1 X I ，其中， 若 X1中的元素 xij 为1，即表示从节点 i 到 j 就 就节点可以直接到达。
（1）通过区域分解，将可达矩阵分解为两个区域 {3，4，5，6}和{1，2，7}。
（2）通过级间分解，第一区域的要素分在三个级 内。第一级要素为 L1 {5}，第二级要素 为 L2 {4.6}，第三级要素为L3 {3}。同样,为第二 区域进行分级后可得第一级要素为L1 {1} ，第二 级要素为 L2 {2} ，第三级要素为 L3 {7} 。
结构、功能双模拟 系统动力学对应实际系统的构摸和模拟是从系
统的结构和功能两方面同时进行的。系统的结构是 指系统所包含的各单元以及各单元之间的相互作用 与相互关系。而系统功能是指系统中各单元本身及 各单元之间相互作用的秩序、结构和功能，分别表 征了系统的组织和系统的行为，它们是相对独立的， 又可以在一定条件下互相转化。所以在系统模拟时 既要考虑到系统结构方面的要素，又要考虑到系统 功能方面的因素，才能比较准确地反映出实际系统 的基本规律。
2020年7月23日星期
PPT 8
4.1.2 可达矩阵的分解 ——结构模型的建立
区域分解 所谓区域分解就是要把系统分为有关系的几个
部分或子部分。
在可达矩阵中，可将元素组成可达性集合和先 行集合，并定义如下
R(ni ) {n j N | rij 1}
A(ni ) {n j N | rji 1}
Aj1 (ni ) {n j P L0 L1 L j1 | rji 1}
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PPT 11
4.1.2 可达矩阵的分解 ——结构模型的建立
级间分解
（2）当时{P L0 L1 Lj} 0 ，则分解完毕。
反之，如
{P L0 L1 L时j } ，0 则把j+1当
2020年7月23日星期
图4-1 有向图
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4.1.1 有向图、邻接矩阵、可达矩阵
邻接矩阵
除了用图表示系统结构外，还可以使用 与有向图相对应的矩阵来表示系统结构，其 中最直接的一种称为邻接矩阵。其定义如下
X [xij ]
Hale Waihona Puke 式中，1, 如果有一条边出自i点指向点 j；
xij
0,
如果没有边出自i点指向点 j。
（3）将可达矩阵按级别变位后，可以得到4和6是 强连接关系，构成回路。
2020年7月23日星期
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4.2 系统动力学建模
4.2.1 系统动力学的方法论 4.2.2 建模原理与步骤 4.2.3 建模的基本工具 4.2.4 模型的基本模块
2020年7月23日星期
PPT 14
4.2.1系统动力学的方法论