[软件工程导论(第六版)]第4章 形式化说明技术（课后习题详解）

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1. 举例对比形式化方法和欠形式化方法的优缺点。

• （1）欠形式化方法的缺点
  • ① 存在矛盾。
  • ② 具有二义性。
  • ③ 具有含糊性。
  • ④ 具有不完整性。
  • ⑤ 抽象层次混乱。
• （2）欠形式化方法的优点学习难度低。
• （3）形式化方法的优点
  • ① 能保证规格说明中尽可能没有矛盾、二义性、含糊性和不完整性。
  • ② 可以在不同的软件工程活动之间平滑地过渡。
  • ③ 提供了高层确认的手段。
• （4）形式化方法的缺点
  • ① 难于表示问题的时序、控制和行为等方面的需求。
  • ② 相比欠形式化方法，它更难学习，培训的投资过大。

2. 在什么情况下应该使用形式化说明技术？使用形式化说明技术时应遵守哪些准则？

答：

• （1）人们在理解用自然语言描述的规格说明时，容易产生二义性。为了克服非形式化方法的缺点，人们把数学引入软件工程。创造了基于数学的形式化说明技术。
• （2）应用形式化方法的准则：
  • ① 应该选用适当的表示方法。
  • ② 应该形式化，但不要过分形式化。
  • ③ 应该估算成本。
  • ④ 应该有形式化方法顾问随时提供咨询。
  • ⑤ 不应该放弃传统的开发方法。
  • ⑥ 应该建立详尽的文档。
  • ⑦ 不应该放弃质量标准。
  • ⑧ 不应该盲目依赖形式化方法。
  • ⑨ 应该测试、测试再测试。
  • ⑩ 应该重用。

3. 一个浮点二进制数的构成是：一个可选的符号（＋或－），后跟一个或多个二进制位，再跟上一个字符E，再加上另一个可选符号（＋或－）及一个或多个二进制位。例如，下列的字符串都是浮点二进制数：

110101E－101
－100111E11101
＋1E0
更形式化地，浮点二进制数定义如下：

<floating-point binary>∷＝[<sign>]<bitstring>E[<sign>]<bitstring>
<sign>∷＝＋|－
<bitstring>∷＝<bit>[<bitstring>]
<bit>∷＝0|1

其中：
符号∷＝表示定义为；
符号[…]表示可选项；
符号a|b表示a或b。

假设有这样一个有穷状态机：以一串字符为输入，判断字符串中是否含有合法的浮点二进制数。试对这个有穷状态机进行规格说明。

答：
（1）自然语言描述
该有穷状态机的初态是“等待字符串输入”。在初态若接收到字符“＋”、字符“－”、或二进制位，则进入“输入尾数”状态；在初态若接收到其他字符，则进入终态“非浮点二进制数”。在“输入尾数”状态若接收到二进制位，则保持该状态不变；若接收到字符“E”，则进入“等待输入指数”状态；若接收到其他字符，则进入终态“非浮点二进制数”。在“等待输入指数”状态若接收到字符“＋”、字符“－”、或二进制位，则进入“输入指数”状态；若接收其他字符，则进入终态“非浮点二进制数”。在“输入指数”状态若接收到二进制位，则保持该状态不变；若输入其他字符，则进入终态“非浮点二进制数”；若输入结束，则进入终态“浮点二进制数”。

（2）形式化图，如图所示。

4. 考虑下述的自动化图书馆流通系统：每本书都有一个条形码，每个借阅人都有一个带有条形码的卡片。当一个借阅人想借一本书时，图书管理员扫描书上的条形码和借阅人卡片上的条形码，然后在计算机终端上输入C；当归还一本书时，图书管理员将再做一次扫描，并输入R。图书管理员可以把一些书加到（＋）图书集合中，也可以删除（－）它们。借阅人可以在终端上查找到某个作者所有的书（输入“A＝”和作者名字），或具有指定标题的所有书籍（输入“T＝”和标题），或属于特定主题范围内的所有图书（输入“S＝”加主题范围）。最后，如果借阅人想借的书已被别人借走，图书管理员将给这本书设置一个预约，以便书归还时把书留给预约的借阅人（输入“H＝”加书号）。试用有穷状态机说明上述的图书流通系统。

答：
图书馆流通系统的有穷状态机描述如下：
（1）图书状态的有穷状态机描述
状态机J：{书在图书馆S1，书被借出S2，书被预约S3}
输入集K：{书上条形码，借阅卡条形码，终端输入各种命令}
转换函数T：如图示。

初始态S：{书在图书馆S1，书被借出S2}
终态集F：{书被借出S2，书被预约S3}

（2）图书馆终端管理员模式的有穷状态机描述。
状态机J：{管理员设置状态，书入库，书出库（删除），预约}
输入集K：{终端输入管理员命令，书的各种状态（S1，S2，S3）}
转换函数T：如图所示。

初始态S：{管理员设置状态}
终态集F：{书入库，书出库（删除），预约}

（3）图书馆终端用户模式的有穷状态机描述
状态机J：{读者查询状态，查询结果}
输入集K：{终端输入用户查询命令，书的各种状态（S1，S2，S3）}
转换函数T：如图所示

初始态S：{读者查询状态}
终态集F：{查询结果}

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5. 试用Petri网说明第4题所述图书馆中一本书的循环过程。在规格说明中应该包括操作H、C及R。

答：图书馆流通系统中一本书的循环过程的Petri网如图所示。其中
P1表示书在图书馆，P2表示书在读者手上，P3表示书被预约。

6. 试用Z语言对第4题所述图书馆图书流通系统做一个完整的规格说明。