基于模糊描述逻辑的模糊UML类图形式化

基于时序描述逻辑的UML顺序图形式化方法陈振庆【摘要】根据统一建模语言(UML)顺序图的时序特征,提出一种基于时序描述逻辑ALCQIUs的UML顺序图形式化方法.研究ALCQIUs时序扩展部分的语法和语义、ALCQIus断言公式集一致性定理,给出ALCQIus断言公式集一致性推理算法,并证明该推理算法的可判定性.以公安报警系统为例,说明基于ALCQIus的UML顺序图形式化规约和形式化验证具备可行性,并且ALCQIus为UML顺序图形式化提供了合理的逻辑基础.【期刊名称】《计算机工程》【年(卷),期】2013(039)003【总页数】5页(P36-40)【关键词】时序描述逻辑;统一建模语言顺序图;静态语义;动态语义;形式化规约;形式化验证【作者】陈振庆【作者单位】贺州学院计算机科学与工程系,广西贺州542800【正文语种】中文【中图分类】TP1821 概述统一建模语言(Unified Modeling Language,UML)[1]顺序图是一种重要的交互图，但由于缺乏精确的语义，不利于对其进行分析和验证。

形式化方法是UML 语义讨论的一个有效途径，包括Pnueli A 在内的诸多计算机科学家都认为采用形式化方法对系统进行验证是构造可靠软件的一个重要途径[2]。

描述逻辑是一阶谓词逻辑的可判定子集，具备很强的知识表示和推理能力，是研究UML 模型形式化方法的理想工具。

UML 顺序图对象间消息传递带有明显的时序特征，而传统描述逻辑只能表达静态结构知识，无法表达时序特征，必须对传统描述逻辑进行时序扩展，才能满足UML 顺序图形式化方法研究的需要。

文献[3]使用时间运算符扩展描述逻辑，提出了在时间段上受限的全称和存在量词。

文献[4]对描述逻辑ALC 进行了简单的时序扩展，加入了时态逻辑的时间点“Since”和“Until”运算符。

这些时序描述逻辑提供了有限的表达能力，无法满足UML 顺序图形式化的需要。

uml表达逻辑模型
UML（统一建模语言）是一种可视化的面向对象建模语言，提供了丰富的图形化表示法，使得开发人员能够更加直观地理解和描述软件系统的结构和行为。

在UML中，逻辑模型主要通过以下几种方式来表达：
1. 类图（Class Diagram）：类图是UML中最基本的图之一，用于描述系统中的类、接口以及它们之间的关系。

类图可以展示类的静态结构，包括属性、方法和关系等，从而帮助开发人员理解系统的逻辑结构。

2. 对象图（Object Diagram）：对象图是类图的一个实例，它展示了在某一特定时间点上系统中对象的快照。

对象图可以帮助开发人员理解系统在运行时的状态和行为。

3. 包图（Package Diagram）：包图用于描述系统中的包以及包之间的关系。

包是一种组织类、接口和其他元素的方式，可以帮助开发人员将系统划分为更小、更易于管理的部分。

4. 组件图（Component Diagram）：组件图用于描述系统中的组件以及它们之间的关系。

组件是系统中的可替换部分，可以执行特定的功能。

组件图可以帮助开发人员理解系统的物理结构和部署方式。

除了以上几种图之外，UML还提供了其他类型的图，如
用例图、顺序图、活动图等，这些图也可以用于描述系统的逻辑模型，但侧重点可能有所不同。

例如，用例图主要用于描述系统的功能需求，而顺序图则用于描述系统中对象之间的交互行为。

总的来说，UML提供了多种图形化表示法来描述系统的逻辑模型，开发人员可以根据需要选择合适的图来描述系统的不同方面。

UML的逻辑模型图UML（Unified Modeling Language）是面向对象设计和开发中使用的一种标准化建模语言，其中逻辑模型图是其中的一种类型。

逻辑模型图是用于描述系统功能和行为的非物质结构模型，主要包括用例图、类图、对象图、状态图、活动图和序列图。

本文将重点介绍逻辑模型图中的用例图、类图和对象图三种。

用例图用例图通过描述用户和软件系统之间的交互来表示系统的功能和行为，是面向用户的一个模型。

用例图中包括参与者和用例两个主要元素。

参与者表示使用系统的人、人群或其他系统，用例则表示系统所提供的服务。

参与者与用例通过关系进行连接，分为关联关系、扩展关系、包含关系和泛化关系等。

以一个在线商城为例，客户、管理员、游客可以作为参与者，登录、注册、购物、添加物品等则是对应的用例。

客户可以通过购物车购买物品，可以查看订单状态，而管理员则可以修改物品、审核订单和退货等。

类图类图是用于描述系统内部静态结构的一种模型，它表示系统中的类、接口和它们之间的关系。

类图中包括类、接口、属性、方法等主要元素。

以一个汽车销售系统为例，车辆、销售员和客户都可以作为类。

而车辆包括品牌、型号、颜色、价格等属性，还有加速、制动等方法。

销售员则包括姓名、电话、销售量等属性，还有售车、联系客户等方法。

对象图对象图是用于描述系统中对象间的相对位置和关系的一种模型。

它可以表示对象在特定状态下的关系和属性，有助于表示对象之间的交互、通信和连接。

对象图中包括对象、属性、关系等主要元素。

以一个图书馆系统为例，书架、馆藏书、借阅者都可以作为对象。

借阅者可以借阅馆藏书，而馆藏书则可以属于不同的书架，还有编号、价格、作者等属性。

总结UML的逻辑模型图是面向对象设计和开发中使用的一种标准化建模语言，其中包括用例图、类图和对象图三种。

用例图主要用于描述系统功能和行为，类图用于描述系统内部静态结构，对象图则用于描述系统中对象之间的相对位置和关系。

通过应用这些模型，可以更加深入地了解系统的结构和功能，从而为系统的设计和开发奠定坚实的基础。

UML类关系图（泛化,实现,依赖,关联（聚合,组合））UML的构造快包含3种：(1) 事物（4种）：结构事物，⾏为事物，分组事物，注释事物(2) 关系（4种）：泛化关系，实现关系，依赖关系，关联关系(3) 图（10种）：⽤例图，类图，对象图，包图，组件图，部署图，状态图，活动图，序列图，协作图事物是对模型中最具代表性的成分的抽象；关系把事物结合在⼀起；图聚集了相关的事物。

(2) 关系（4种）UML 中类与类, 类与接⼝, 接⼝与接⼝这间的关系有: 泛化(generalization) 关系, 关联(association)关系( 关联, 聚合, 合成), 依赖(dependency)关系，实现(realization)关系.泛化(generalization)关系是⼀个类（称为⼦类、⼦接⼝）继承另外的⼀个类（称为⽗类、⽗接⼝）的功能，并可以增加它⾃⼰的新功能的能⼒，继承是类与类或者接⼝与接⼝之间最常见的关系；在Java中此类关系通过关键字extends明确标识，在设计时⼀般没有争议性。

实现(realization)关系指的是⼀个class类实现interface接⼝（可以是多个）的功能；实现是类与接⼝之间最常见的关系；在Java中此类关系通过关键字implements明确标识，在设计时⼀般没有争议性；依赖(dependency)关系: 也是类与类之间的连接. 表⽰⼀个类依赖于另⼀个类的定义. 依赖关系总是单向的。

可以简单的理解，就是⼀个类A 使⽤到了另⼀个类B，⽽这种使⽤关系是具有偶然性的、、临时性的、⾮常弱的，但是B类的变化会影响到A；⽐如某⼈要过河，需要借⽤⼀条船，此时⼈与船之间的关系就是依赖；表现在代码层⾯，为类B作为参数被类A在某个method⽅法中使⽤。

(A use B)在java 中. 依赖关系体现为: 局部变量, ⽅法中的参数, 和对静态⽅法的调⽤.关联(association)关系:表⽰类与类之间的联接, 它使⼀个类知道另⼀个类的属性和⽅法.关联可以使⽤单箭头表⽰单向关联, 使⽤双箭头或不使⽤箭头表⽰双向关联, 不建议使⽤双向关联. 关联有两个端点, 在每个端点可以有⼀个基数, 表⽰这个关联的类可以有⼏个实例.常见的基数及含义:0..1:0 或1 个实例.0..*: 对实例的数⽬没有限制.1: 只能有⼀个实例.1..*: ⾄少有⼀个实例.他体现的是两个类、或者类与接⼝之间语义级别的⼀种强依赖关系，⽐如我和我的朋友；这种关系⽐依赖更强、不存在依赖关系的偶然性、关系也不是临时性的，⼀般是长期性的，⽽且双⽅的关系⼀般是平等的,表现在代码层⾯，为被关联类B以类属性的形式出现在关联类A中，也可能是关联类A引⽤了⼀个类型为被关联类B的全局变量；在java 语⾔中关联关系是使⽤实例变量实现的.关联关系还包括：聚合，组合关系。

UML类图画法全程解析本节向⼤家介绍⼀下UML类图画法，主要包括UML类图元素和关系画法，希望通过本⽂的介绍，你对UML类图画法有⼀定的认识。

软件设计起步：UML类图画法学习设计模式，画UML类图是基础，通过UML类图，能更好地和⼤家交流，也能很容易就表达出⾃⼰的设计想法，它就好⽐普通话，是⼀种标准语⾔。

现在流⾏的主要⼯具有两种：RationalRose和MicrosoftVisio，这两种⼯具都⽐较易⽤，选择哪种⼯具就看个⼈的喜好了。

本⼈对Microsoft 的软件⽐较有好感，所以⾃然MicrosoftVisio2003是我的⾸选。

UML类图常⽤元素。

类：类是⼀种复杂的数据类型，它是将不同类型的数据和与这些数据相关的操作封装在⼀起的集合体。

CPerson是⼀个抽象类，它是不能被实例化的，⽽CFamily可以被实例化。

接⼝：接⼝是被调⽤者调⽤的⼀组操作⽅法。

其实CPerson也可以作为接⼝。

UML类图中常见的⼏种关系。

泛化（Generalization）：⼀句话，就是继承的表⽰。

是is-a的关系。

依赖（Dependency）:UML类图画法中依赖是⼀种使⽤关系，它说明⼀个事物规范的变化可能影响到使⽤它的另⼀个事务，但反之则不然。

依赖关系的表⽰法是虚线箭头，箭头尾部的元素依赖箭头头部的元素，是use-a的关系。

关联（Association）：⽤于描述类与类之间的连接，是has-a的关系。

聚合（Aggregation）：聚合是关联的特例。

如果类与类之间的关系具有“整体和局部”的特点，则把这样的关联称为聚合。

它往往有“包含”，“由……组成”的意思。

我这⾥举的都是平时UML类图画法常⽤的⼏种情况，当然UML还有很多知识我没有了解，⽐如关联就有许多种。

本节向⼤家介绍⼀下UML类图符号，只有掌握了UML符号的意义，你才能很好的使⽤，本节从⼋个⽅⾯向⼤家介绍UML类图符号，希望通过本节的学习你对UML类图符号有初步的认识。

UML实时活动图的形式化分析本文的主题为“UML实时活动图的形式化分析”，主要探讨UML实时活动图的结构、功能、优点及不足，并通过形式化方法进行深入解析。

总结与建议UML实时活动图是一种用于描述并发和异步系统的图形表示法。

它侧重于系统的动态行为，展示了系统中各个组件如何交互以及数据如何流动。

实时活动图的核心是活动和它们之间的关系，这些关系可以描述系统中组件之间的交互。

UML实时活动图由活动节点和转换节点组成。

活动节点表示系统中进行的操作，如计算、等待和通信等，而转换节点则表示这些操作之间的依赖关系和执行顺序。

UML实时活动图还支持并发和同步机制，这使得它能够有效地描述现实世界中的复杂系统。

（1）能够清晰地表示系统的动态行为和并发性，使系统模型更加完整和准确。

（2）支持将复杂的系统分解为更小的活动和转换，使分析更加简单和直观。

（3）适用于描述异步和分布式系统，提供了一种有效的建模工具。

（4）可以与UML的其他模型进行集成，如类图、顺序图和状态图等，提高了模型的完整性和可理解性。

尽管UML实时活动图具有许多优点，但仍存在一些不足：（1）对于复杂系统的描述可能过于繁琐，使得模型难以理解和维护。

（2）实时活动图中的并发和同步机制可能引入额外的复杂性，使得模型变得难以处理。

（3）实时活动图中的细节可能会掩盖系统的重要结构和行为特征，从而影响模型的精度。

本文对UML实时活动图进行了全面的形式化分析，总结了其优点和不足。

针对实时活动图的不足之处，本文提出以下建议：在使用实时活动图进行系统建模时，应注意适度抽象，避免过于详细或繁琐的描述，以提高模型的可理解性和可维护性。

当遇到复杂系统的描述时，可以考虑使用其他UML模型进行补充描述，如类图、顺序图和状态图等，以提高模型的精度和完整性。

对于并发和同步机制的使用，应进行谨慎设计，确保模型中各个活动之间的依赖关系和执行顺序得到准确的描述。

UML实时活动图作为一种强大的系统建模工具，在分析和设计复杂系统时具有重要作用。

第三章模糊认知图3.1认知图因果知识通常涉及许多相互作用的事物及其关系，由于缺乏有力的分析工具，因此，对这类知识的处理显得比较困难。

在这种情况下，一些其它技术包括定性推理技术就被应用到因果知识的处理中。

认知图就是这种定性推理技术的一种。

认知图是一个新兴的研究领域，它是一种计算智能，提供了一个有效的软计算工具来支持基于先验知识的自适应行为。

对它的研究涉及到模糊数学、模糊推理、不确定性理论及神经网络等诸多学科。

认知图的显著特点就是可利用系统的先验知识、并对复杂系统的子系统具有简单的可加性，能表示出用树结构、Bayes网络及Markov模型等很难表示的具有反馈的动态因果系统。

在认知图中很容易鸟瞰系统中各事物间如何相互作用，每个事物与那些事物具有因果关系。

认知图通常由概念(concept)与概念间的关系(relations of concepts)组成。

概念(用节点表示)可以表示系统的动作、原因、结果、目的、感情、倾向及趋势等，它反映系统的属性、性能与品质。

概念间的关系表示概念间的因果关系(用带箭头的弧表示，箭头的方向表示因果联系的方向)。

3.2认知图的发展简史认知图首先由Tloman于1948年在 Cognitive Maps in Rats and Men一文中提出的，其最初目的是想为心理学建立一个模型，此后认知图便被应用到其他方向和领域中。

人们把认知图描述为有向图，认为认知图是由一些弧连接起来节点的集合，但不同的学者对弧与节点赋予不同的含义。

1955年Kelly依据个人构造理论(Personal construct theory)提出了认知图，概念间的关系是三值的，即利用“+”、“-"表示概念间不同方向因果关系的影响效果，“O”表示概念间不具有因果关系。

1976年Axelord在 structure of Decision –The Cognitive Maps of Political Elites 中提出的认知图比Kelly的更接近于动态系统。