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第5章系统建模

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第五章结构化分析与建模

第五章结构化分析与建模

结构化分析模型

系统模型从以下不同的角度表述系统：


从外部来看，它是对系统分析上下文或系统环境建模； 从行为上看，它是对系统行为建模； 从结构上看，它是对系统的体系结构和系统处理的数 据结构建模。
系统行为模型：


结构化的需求分析模型有：

数据流模型，用来描述系统中的数据处理过程。 状态转换模型，用来描述系统如何对事件做出响应。

数据流图举例
假设我们要开发一个学生管理系统。 其中开发小组通过进行进一步的需求调查，明 确了该系统的主要功能是进行学籍管理，包括 学生报到、入学、毕业的管理，学生上课情况 的管理。 通过详细的信息流程分析和数据收集后，生成 了该子系统的数据流图。
将0层 DFD中的加工“1.0报到”分解成1层DFD中的3个子 加工：“ 1.1 核对录取通知书”、“ 1.2 核对体检结果”和 “1.3同意入学”。保留0顶层DFD加工边界中的7个数据流。 随着加工的分解，新增两个数据流“已核对的录取通知书” 和“已核对的体检结果”。


数据流图举例：飞机机票预订系统：旅行社把预订机票的旅客信 息输入机票预订系统。系统为旅客安排航班，打印出取票通知单 （附应交的帐款）。旅客在飞机起飞的前一天凭取票通知等交款 取票，系统检验无误，输出机票给旅客。
旅行社
订票单 分类并检查
有效订票单 订票
航班 取票单 有效取 票单 记账文件 机票准备 账单 记账 取票通知单 航班目录
旅客
机票
机票文件
旅行社
数据流图举例（分层）


设一个工厂采购部每天需要一张定货报表。定货 的零件数据有：零件编号、名称、数量、价格、 供应者等。零件的入库、出库事务通过计算机终 端输入给定货系统。当某零件的库存数少于给定 的库存量临界值时，就应该再次定货。 数据流分析：

课件—UML系统建模与分析设计(5)

课件—UML系统建模与分析设计(5)
第五章
系统设计与对象动态交互模型
动态模型主要描述系统的动态行为和控制结构。动态行 为包括系统中对象生存期内可能的状态以及事件发生时状态 的转移，对象之间动态合作关系，显示对象之间的交互过程 以及交互顺序，同时描述了为满足用例要求所进行的活动以 及活动间的约束关系。 在动态模型中,对象间的交互是通过对象间消息的传递来 完成的。对象通过相互间的通信(消息传递)进行合作,并在其 生命周期中根据通信的结果不断改变自身的状态。
16
5.2.1 一个简单的顺序图例子
17
顺序图有两个坐标： 垂直坐标--时间（从上到下），水平坐标—对象。
对象
生存线
时间
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激活期
消息
顺序图和用例图、类图的关系
19
5.2.2顺序图的主要元素：
（1）对象：顺序图中所包含的每个对象用一个 对象框（短式）表示，对象名需带下划线。
对象图
（2）生存线：对象框下画的一条垂直虚线，称 为该对象的生存线，表示对象的生存时间。 （3）激活期：对象生存线上的一个细长方形框， 表示该对象的激活时间段，即活动期间。一 个激活的对象要么正在执行自己的代码，要 么等待另一个对象的返回。 （4）消息：对象之间消息的发送和接收用两个 对象生存线（激活期）之间的消息箭头线。
28
5.3
对象之间的同步与异步操作
1．对象之间的同步操作
同步消息的发送者把进程控制传递给消息 的接收者，然后暂停活动，等待消息的接收者 放弃或返回控制； 同步消息的接收者执行所请求的操作，如 果需要的话，可以把控制传递给另一个对象角 色，请求做某个操作，并且当该操作完成后把 控制返回给原来的同步消息的发送者； 同步消息的接收者也可以直接返回或发送 信息给原来的消息发送者。

软件工程 第5章--UML

软件工程 第5章--UML
10
UML的定义
UML定义有两个主要组成部分：语义和表示法。 语义用自然语言描述，表示法定义了UML的可 视化标准表示符号，这决定了UML是一种可视 化的建模语言。 在语义上，模型是元模型的实例。UML定义给 出了语法结构的精确定义。 使用UML时，要从不同的角度观察系统，为此 定义了概念“视图(View)‖。视图是对系统的模 型在某方面的投影，注重于系统的某个方面。
独立于过程
系统建模语言，独立于开发过程。
9

容易掌握使用 概念明确，建模表示法简洁明了，图形结 构清晰，容易掌握使用。 着重学习三个方面的主要内容： (1) UML的基本模型元素 (2) 组织模型元素的规则 (3) UML语言的公共机制 与程序设计语言的关系 用Java，C++ 等编程语言可实现一个系统。 一些CASE工具可以根据 UML所建立的系 统模型来产生Java、C++ 等代码框架。
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UML事物 — 注释事物
11) Note（注释）
依附于一个元素或一组元素之上，对其进
行约束或解释的简单符号。没有语义影响。
See policy8-5-96.doc for details about these algorithms.
CashAccount presentValue()
32
15
UML定义 9 种图，表达UML中的 5 种视图，各 视图在静态和动态方面表示系统模型。
结构 视图 静态 方面
动态 方面
行为 视图 同左
实现 视图 构件图
环境 视图 部署图
同左
用例 视图 用例图
同左
类图 对象图
顺序图 同左 顺序图 合作图 (注重 合作图 状态图 进程、 状态图 活动图 线程) 活动图

系统工程导论 第五章 系统建模与仿真 第一节系统模型

系统工程导论 第五章 系统建模与仿真 第一节系统模型
5.2系统建模
❖5.2.1对系统模型的要求和建模的原则 ❖5.2.2系统建模方法与步骤
系统模型与仿真
5.3系统工程研究中常用的主要模型
❖5.3.1结构模型 ❖5.3.2网络模型 ❖5.3.3状态空间模型
5.4系统仿真概述
❖5.4.1系统仿真的概念 ❖5.4.2仿真技术的发展 ❖5.4.3系统仿真分类 ❖5.4.4系统仿真的基本步骤
5.1系统模型
（3）便于抓住问题的本质特征 在现实系统中的有些因素要经过很长的时间才能看出其变化情况，
但用模型时，可以很快看出其变化规律。而且通过对模型进行灵敏度分 析，可以看出哪些因素对系统的影响更大，从而最迅速地抓住问题的本 质特征。
（4）便于优化 运用系统模型有利于系统优化，能用统一的判断标准比较方案的优
5.1系统模型
5.1.3系统模型的分类 系统模型按不同观点、不同角度、不同形式有各种分类方法。基本
的分类法把模型分为实物模型和抽象模型。 （1） 实物模型 实物模型又可分为原样模型和相似模型
1）原样模型 —— 原样模型是一种工程实体，它与客观真实系统相 同，例如，在批量生产机床之前，首先要造出样机。
系统模型与仿真
实际的系统描述极为困难:
社会、经济、军事大系统，其行为和政策效果往往无法用直接 试验的办法得到。
有些工程技术问题，虽然可以通过试验掌握系统的部分结构功 能和特性，但是往往代价太大，
解决方法：
采用系统模型和仿真的方法来研究分析比较复杂的现实系统。
系统模型与仿真
5.1系统模型
❖5.1.1系统模型的定义与特征 ❖5.1.2建立系统模型的必要性 ❖5.1.3系统模型的分类 ❖5.1.4系统模型的作用
外在的影响并对一些过程作合理的简化。

地理信息系统原理第五章 空间分析与建模5.2

地理信息系统原理第五章 空间分析与建模5.2
（1）每个区域单元的LISA，是描述该区域单元周围 显著的相似值区域单元之间空间集聚程度的指标；
（2）所有区域单元LISA的总和与全局的空间联系指 标成比例。
星蓝海学习网
LISA包括局部Moran指数（local Moran index） 和局部Geary指数（local Geary index），下面重 点介绍和讨论局部Moran指数。
i
j
星蓝海学习网
✓对统计量的检验与局部Moran指数相似，其检验值为
Z
Gi ) VAR(Gi )
✓显著的正值表示在该区域单元周围，高观测值的区域单元趋 于空间集聚，而显著的负值表示低观测值的区域单元趋于空 间集聚，与Moran指数只能发现相似值(正关联)或非相似性 观测值(负关联)的空间集聚模式相比，具有能够探测出区域 单元属于高值集聚还是低值集聚的空间分布模式。
为什么要用空间统计分析？
✓空间统计分析，其核心就是认识与地理位置相关的数据间的空间 依赖、空间关联或空间自相关，通过空间位置建立数据间的统计 关系。
✓空间统计分析的任务，就是运用有关统计方法，建立空间统计模 型，从凌乱的数据中挖掘空间自相关与空间变异规律。
星蓝海学习网
为什么要用空间统计分析？
空间数据分析与传统统计分析主要有两大差异：
Tobler， W. R. (1970). "A computer movie simulating urban growth in the Detroit region". Economic Geography， 46(2): 234-240.
Waldo Tobler（born in 1930） receiving a plaque for his contributions to geography. On the event of his November 2000 birthday.

第5章 系统建模

第5章 系统建模

5.3 系统模型的分类
按模型的形态进行分类
5.3.1
形象模型 5.3.2 抽象模型
– 包括数学模型、图形模型、计算机程
序和概念模型
5.3.3 几种基本的建模工具 – 矩阵、文氏图、树形图和卡氏图
5.3.1 形象模型

定义：用少量文字、简明的数字、不同形式的 直线和曲线所构成的图形来直观、生动地表示 系统的功能、结构，揭示系统的本质和规律的 模型

5.2.3 系统建模的基本步骤

（1）分析现实系统
– 分析系统的目标、约束、范围、环境，并确定模型
的类型

（2）收集相关信息 （3）找出主要因素 （4）找出系统的变量并对变量进行分类 （5）确定变量之间的关系 （6）确定模型结构 （7）检验模型效果 （8）将模型应用于实际
5.1.2 现实世界与模型

建模是将现实世界进行抽象的过程。 影响系统的因素：
– 第一类因素：在模型中可以忽略不计 – 第二类因素：对模型其作用但不属于模型描述范围
的因素，在模型中视为“外生变量”，或自变量。 – 第三类因素：模型所需研究的因素，叫“内生变 量”，或因变量。 – 根据输入变量是否可控，将变量划分为控制变量和 干扰变量。
– 实例：汽车模型、沙盘模型

分类： 1）模拟模型（用物理属性来描述系统的模型）
– 实例：系统动力学模型、铁粉模拟磁场
2）实物模型（用实体形式抽象出的系统模拟 模型）
– 实例：飞机模型、玩偶
5.3.2 抽象模型
定义：用数字、字符或运算符号等
非物质形态来描述系统的模型，它 没有具体的物理结构 分类
2. 图形模型

定义：用少量文字、不同形式的直线和 曲线所构成的图和表来描述系统结构和 系统机理的模型。

第5章 系统模型


练习
识别“超市进销存管理系统”中的参与者
2 用例
用例是一组连续的操作，当用户使用系统来完成某个
过程时出现，它是外部可见的系统功能单元。通过将 这些不同功能单元的组合，就构成了对系统总体需求 的描述。
用例要点:
1.位于系统 --必须由系统运行 2.目标导向 --用例运行必须有所目的 3.止于边界 --可以观测到结果,并且是在边界和外部 有所交互的 4.用户观点 --参与者观测 5.粒度 --是一组有共同目标或者可以类聚的目标的 实例组成
用例1.1
Maintenance Asministrator
用例1.2
主角2 用例1.2.1 用例1.3.1
Maintenance BorrowInfo Maintenance BookInfo
图书维护系统
泛化参与者
参与者也可以进行泛化。
以图书管理系统中管理员 为例，图书管理系统的管 理员的参与者有 Administrator，Librarian， 而Manager则能表示 Administrator，Librarian两 者的泛化。
第五章 系统建模（System models）
1
学习引导
软件的固有困难之一：复杂性。其实是描述的复 杂性。首先是需求描述的复杂性。怎样克服？——
建立模型来帮助我们思考和讨论。
本章介绍一系列不同的系统模型，这些模型是在
需求工程过程中必须建立有用工具。
主要内容：

为什么确立系统的边界和对系统上下文建模是重要的； 行为建模、数据建模和对象建模等概念； 统一建模语言（UML）中定义的符号及其建模应用。 模型驱动工程，从结构模型和行为模型自动的生成系统。
注意

5系统建模分析与仿真

系统建模、分析与仿真
第四章 反馈控制 机电系统建模 开环直流电机建模 开环仿真 闭环仿真 反馈控制基本术语 开环传函与闭环传函 系统的阶数与类型 开环传函的形式 系统稳态误差 误差拉式变换 终值定律 OLTF类型与稳态误差
机电系统的建模/分析与仿真
机械研究生
2013～2014第二学期 2014年4月
另一种角度分析系统——系统的简化
电气时间常数
机械时间常数
L a R
t
J f
Kt 1 1 ( s ) Rf a s 1 t s 1 GV ( s ) kb K t / Rf V (s) 1 a s 1 t s 1
1 /[ f ( t s 1)] GTdist ( s) kb K t / Rf Tdist ( s) 1 ( a s 1)( t s 1)
625 625 11 .573 0.16 *1.6 0.086 * 625 54.006
K sTdist
Ls R LJs 2 ( Lf RJ ) s Rf kb K t
s 0
0.16 29 .63 54 .006 e 4
系统建模、分析与仿真
第四章 反馈控制 机电系统建模 开环直流电机建模 开环仿真 闭环仿真 反馈控制基本术语 开环传函与闭环传函 系统的阶数与类型 开环传函的形式 系统稳态误差 误差拉式变换 终值定律 OLTF类型与稳态误差
系统总传递函数

电机输出转速由两部分组成
Tdist
根据线性 系统符合 叠加原理
GTdist(s)
V
GV(s)
(s) V (s) GV (s) Tdist (s) GTdist (s)

系统建模与仿真概述

系统建模与仿真概述System Modeling and Simulation第一章系统建模与仿真概述主要内容•系统与模型-系统建模-系统仿真•系统建模与仿真技术14系统与模型1.1.1系统1.系统的广义定义：x由相互联系、相互制约、相互依存的若干组成部分（要素）结合起来在一起形成的具有特定功能和运动规律的有机整体。

举例：宇宙世界，原子分子，电炉温度调节系统, 商品销售系统，等等。

例一：电炉温度调节系统例二：商品销售系统经理部［市场部I I采购部仓储部销售部I14系统与模型2系统的特性：1）系统是实体的集合+实体是指组成系统的具体对象例如：电炉调节系统中的比校器、调节器、电炉、温度计。

商品销售系统中的经理、部门、商品、货币、仓库等。

+实体具有一定的相对独立性，又相互联系构成一个整体，即系统。

14系统与模型2）组成系统的实体具有一定的属性属性是指实体所具有的全部有效性，例如状态、参数等。

在电炉温度调芒系统中，温度、温度偏差. 电压等都是属性。

在商品销售系统中，部门的属性有人员的数董、职能范围，商品的属性有生产日期、进货价格.销售日期.售价等等。

X系统处于活动之中+活动是指实体随时间的推移而发生属性变化。

例如: 电炉温度调节系统中的主要活动是控制电压的变化, 而商品销售系统中的主要活动有库存商品数量的变化、零售商品价格的增长等。

14系统当摆型X系统三要素：实体、属性与活动。

系统是在不断地运动、发展、变化的；系统不是孤立存在的；系统边界的划分在很大程度上取决于系统研究的目的。

系统研究：系统分析、系统综合和系统预测O 系统描述：同态、同构+同态：系统与模型之间行为的相似（低级阶段）同构：系统与模型之间结构的相似（高级阶段）同态与同构建模+同构系统：对外部激励具有同样反应的系统十同态系统：两个系统只有少数具有代表性的输入输出相対应14系统与模型——3.系统的分类X按照系统特性分类：+工程系统（物理系统）：为了满足某种需要或实现某个预定的功能，采用某种手段构造而成的系统，如机械系统、电气系统等。

UML系统建模基础教程课后习题答案

UML 系统建模基础教程课后答案第一章面向对象设计与UML1．填空题（1）UML（2）封装继承多态（3）继承（4）瀑布模型喷泉模型基于组件的开发模型XP 开发模型2. 选择题（1）C（2）A B C D（3）A B C D（4）A B C（5）A1.试述对象和类的关系。

（1）类是具有相同或相似结构、操作和约束规则的对象组成的集合，而对象是某一类的具体化实例，每一个类都是具有某些共同特征的对象的抽象。

类与对象的关系就如模具和铸件的关系，类的实例化结果就是对象，而对一类对象的抽象就是类.类描述了一组有相同特性和相同行为的对象。

第二章UML 通用知识点综述（1）依赖泛化关联实现（2）视图图模型元素（3）实现视图部署视图（4）构造型标记值约束（5）规格说明修饰通用划分2. 选择题（1）D（2）C（3）A（4）A B（5）D（6）1）在UML 中面向对象的事物有哪几种？在UML 中，定义了四种基本的面向对象的事物，分别是结构事物、行为事物、分组事物和注释事物等。

（7）2）请说出构件的种类。

构件种类有：源代码构件、二进制构件和可执行构件。

（8）3）请说出试图有哪些种类。

在UML 中主要包括的视图为静态视图、用例视图、交互视图、实现视图、状态机视图、活动视图、部署视图和模型管理视图。

（9）4）请说出视图和图的关系。

视图和图是包含和被包含的关系。

在每一种视图中都包含一种或多种图。

（10）5）请简述UML 的通用机制。

UML 提供了一些通用的公共机制，使用这些通用的公共机制（通用机制）能够使UML 在各种图中添加适当的描述信息，从而完善UML 的语义表达。

通常，使用模型元素的基本功能不能够完善的表达所要描述的实际信息，这些通用机制可以有效地帮助表达，帮助我们进行有效的UML 建模。

UML 提供的这些通用机制，贯穿于整个建模过程的方方面面。

前面我们提到，UML 的通用机制包括规格说明、修饰和通用划分三个方面。

第三章Rational 统一过程（11）1 ）角色活动产物工作流（12）2 ）逻辑视图过程视图物理视图开发视图用例视图（13）3）设计开发验证（14）4 ）二维（15）5）周期迭代过程里程碑（16） A B C D（17） A C D（18） A C D（19） A B C（20） A B C D（21）1 ）请描述迭代过程有几个阶段。

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Software Engineering, 9th edition. Chapter 5 Slide 24
Software Engineering, 9th edition. Chapter 5
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状态图表（ Statecharts ）



它允许将一个模型分解成多个子模型（见下一 页）； 在某个状态内以“do”开头的一个简单的动作 描述表示在该状态下系统的行为。 状态图可以用表格加以补充，来描述状态和激 励。
Computer pro gram V ersio n Platf m or
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对象聚合


聚合模型（ Aggregation models ）显示了对 象类是如何由其他一组对象组合而成的 。 聚合模型类似于语义数据模型中的部分-整体 关系。
第5章
系统模型
Software Engineering, 9th edition. Chapter 5
Slidቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 1
目标
介绍不同类型的系统模型
Software Engineering, 9th edition. Chapter 5
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内容


理解图形模型表示软件系统 理解需要不同类型的模型及基本的系统建模角 度 UML中一些图表 理解模型驱动工程中包含的思想
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微波炉操作
Software Engineering, 9th edition. Chapter 5
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模型驱动工程


模型驱动工程是软件开发的一种方法，模型是 主要输出，程序是由模型自动生成的。 模型驱动工程起源于模型驱动体系结构
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系统建模


系统建模有助于分析者增进对系统功能的理解， 这些模型用来与客户进行通信。 不同的模型从不同的视角去表述系统：
• • •
•
从外部来看，它是对系统上下文或系统环境建模。 从行为上看，它是对系统行为建模； 从结构上看，它是对系统的体系结构和系统处理 的数据的结构建模。 从行为上看，它是对系统的动态行为和它对事件 的响应方式建模
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交互模型

用例建模。 时序图
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结构模型

类图 泛化 聚合
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Software Engineering, 9th edition. Chapter 5
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微波炉激励描述
Stimulus Half power Full power Timer Number Door open Door closed Start Cancel Description The user has pressed the half power button The user has pressed the full power button The user has pressed one of the timer buttons The user has pressed a numeric key The oven door switch is not closed The oven door switch is closed The user has pressed the start button The user has pressed the cancel button
Software Engineering, 9th edition. Chapter 5
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ATM系统的上下文
Security system Branch accoun ting system Auto -teller system Branch coun ter system Mainten ance system Usage database Account da tabase
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表示课程的聚合对象
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行为模型（ Behavioural models ）

行为模型用来描述系统的所有行为。 两类行为模型：
• • 数据流模型，用来描述系统中的数据处理过程 ； 状态机模型，用以描述系统如何对事件做出响应 。

这两种模型显示了系统的不同方面，所以两者 都被用来描述系统的行为。
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数据处理模型



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订单处理的数据流图
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数据流图（ Data flow diagrams ）



数据流模型（DFDs model）是从功能角度来 看待系统而得到的模型表示 。 数据流模型的价值主要体现在它对系统中的数 据和数据在特定的过程中的流动的跟踪和记录， 有助于系统分析人员理解系统中到底发生了什 么。 数据流图也可以用来显示一个系统在它的环境 中，与其他系统进行的数据交换。
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要点




模型是系统的抽象视图。 上下文模型表示出了要建模的系统在整个环境 中与其他系统和过程间的位置关系。 用例图和时序图用来描述系统用户之间或系统 与系统之间的交互。 结构模型表示系统的体系结构 行为模型用来描述可执行的动态行为 活动图用来为数据的处理过程建模 状态图用来为响应内外部事件的系统行为建模 模型驱动一种软件开发方法。
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胰岛素泵中的数据流图
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状态机模型（ State machine models ）




状态机模型是一种描述系统对内部或外部事件 响应的行为模型。 这种模型适合用来描述实时系统，因为这类系 统多是由外界环境的刺激而驱动的。 状态机模型用节点表示系统状态，用节点之间 的弧来表示事件。当一个事件发生的时候，系 统从一个状态转移到一个新的状态。 状态图表（Statecharts）是UML中的主要部 分，经常用来描述状态机模型 。
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上下文模型（ Context models ）



在需求导出和分析过程的早期阶段，应该首先 界定系统的边界，与系统信息持有者一起明确 系统是什么以及系统的环境是什么。 社会性和组织性的关注可能会影响系统边界的 决定。 体系结构模型描述系统的环境，不描述其他子 系统之间的关联关系，也不描述要分析的系统 本身。
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图书馆系统的部分类层次
Library item Catalogue n umber Acquisitio n da te Cost T e yp Status Number of copies Acquir e () Catalogue () Dispose () Issue () Return ()
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简单微波炉的状态机模型
Software Engineering, 9th edition. Chapter 5
Slide 19
微波炉状态描述
State Waiting Half power Full power Set time Disabled Enabled Operation Description The oven is waiting for input. The display shows the current time. The oven power is set to 300 watts. The display shows ŌH powerÕ alf . The oven power is set to 600 watts. The display shows ŌF ll powerÕ u . The cooking time is s et to the userÕ input value. The display shows the cooking time s selected and is updated as the time is set. Oven operation is disabled for safety. Interior oven light is on. Display shows ŌN ot readyÕ . Oven operation is enabled. Interior oven light is off. Display shows Ō Ready to cookÕ . Oven in operation. Interior oven light is on. Display shows the timer countdown. On completion of cooking, the buzzer is sounded for 5 s econds. Oven light is on. Display shows Ō Cooking completeÕ w buzzer is sounding. hile