管理信息系统-MIS 4.5 信息系统建模和信息工程

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1 管理信息系统-MIS 4.5 信息系统建模和信息工程
数据建模和信息工程（ Information Engineering 简称IE ）的核心是“建模”。那么，什么是模型呢？ 如果把现实世界中的某些事物叫做一个现实原型，那么模型就是对这种现实原型的一种抽象或模拟，这种抽象和模拟不是简单的“复制”，而是强调原型的本质，扬弃原型中的次要因素。因此，模型既反映原型，又不等于原型，或说它是原型的一种近似。 按照这种说法，模型的意义是很广泛的。自然科学和工程技术中的一切概念、公式、定律和理论都是某种现实原型的模型。例如，牛顿第二定律是物体在力的作用下，其运动规律这个原型的模型；计算机是人的某些功能或智能这个原型的一种模型。 真实世界是复杂的和动态的。基于这个事实，研究客观世界的方法是：针对人与外部世界的相互作用，在科学的基础上建立问题空间的“形式”模型，用这一模型来反映和描述所要解决的真实问题。科学研究的绝大多数工作就是实现对问题的形式化描述和建立模型。

2 管理信息系统-MIS 客观事物 人机系统 模型求解 模型分析 建模 模型 建模的过程

3 管理信息系统-MIS 1.模型的组成 模型是用来描述现实系统的，一般由下列几个基本部分组成： ⑴ 系统，即描述的对象 ⑵ 目标，系统目标
⑶ 组分，构成系统的各个组分或子系统 ⑷ 约束条件，系统所处的环境及约束条件 ⑸ 变量，表述各组分的量的变化，它分内部变量（系统内部）、外部变量（系统外部和环境）及状态变量

4 管理信息系统-MIS 1.模型的环境 输出 边界 内部变量 （系统） 状态 外部变量 （输入） 外部变量 （环境与约束）

5 管理信息系统-MIS 2.模型的分类 Ⅰ抽象分类：从抽象的角度来看（抽象分类），可把模型分成三类，即概念模型、逻辑模型、物理模型。
⑴ 概念模型：是最抽象的模型，它是人们根据所要达到的目标和所具备的领域知识、经验等构造出来的。它可能很不完善，甚至无法实现，但它表述了对象系统的主要特征，描绘了大致的轮廓，并对以后模拟、认识对象系统有深刻的意义。 ⑵ 逻辑模型：逻辑模型是在概念模型的基础上构造出来的，其在原理上是可行的。它考虑了模型总体的合理性、结构的合理性和实现的可行性，但它只是在逻辑上说明对象系统，而没有具体的实现细节。 ⑶ 物理模型：是一个完全确定了的模型，是一个可实现的、实在的模型。它在逻辑模型的基础上，经过对具体元件和具体细节的说明，构成了具体具有实现细节的合理模型。

6 管理信息系统-MIS 2.模型的分类 Ⅱ 形式分类：从大的方面来看，模型可以分成社会科学和自然科学模型两大类。其中每一类还可细分。例如：经济模型、法律模型、工程模型、医学模型。但这种分类意义不大，因为我们学习模型不仅是要看懂模型，更重要的是要学会构造模型。因此只有从规律上分类，才能使我们获得构造模型的本领。按这个观点，模型大致可分为4类或4种形式： ⑴ 物理模型：物理模型是对象系统的物理再现，抽象级最低。因此，称为实体模型。可分为实物模型和类比模型： A 实物模型：根据相似性理论制造的按比例缩小（或放大原尺寸）的实物。如：风动试验中的飞机模型、水利系统试验模型、船舶模型。 B 类比模型：在不同的物理学领域（力学、电学）的系统中各自的变量有时服从相同的规律，根据这个共同的规律可以制定出物理意义完全不同的比拟和类推模型。如：在一定条件下，由节流阀和气容构成的气动系统的压力响应与一个由电阻和电容所构成的输出电压具有相似的规律，因此可以用比较容易进行的试验的电路来模拟气动系统。

7 管理信息系统-MIS 2.模型的分类 ⑵ 结构模型（Structure Model）：主要反映系统的结构特点和因果关系。结构模型中的一类重要模型是图模型。 ⑶ 仿真模型(Simulation Model)：是通过计算机上运行的程序所表示的模型。物理模型、数学模型和结构模型一般都转化为仿真模型。 ④ 数学模型(Mathematical Model)：它是用数字、拉丁字母以及其它符号来体现和描述现实原型的各种因素形式以及数量关系的一种数学结构，通常表现为定律、定理、公式、算法以及图表等。这是最抽象的模型，也是自然科学和工程技术中最常见的模型。

8 管理信息系统-MIS 3.模型建立的的基本原则
⑴ 相似性：模型与所研究系统在属性上应具有相似的特性和变化规律。即“原型”和“替身”之间具有相似的物理属性。 ⑵ 切题性：模型只应该针对与应用研究目的有关的方面，而不是一切方面。这是因为对于同一个系统，其模型不是惟一的，因此，选择应具有针对性。 ⑶ 吻合性：模型结构的选择应尽可能对可利用的数据作合理的描述，通常其试验数据应尽可能由模型来解释。 ⑷ 可辩识性：模型结构必须选择可辩识的形式。若一个结构具有无法估计的参数，则此结构就无实用价值。 ⑸ 简单性：从实用的观点来看，由于在模型的建立过程中忽略了一些次要因素和某些非可测变量的影响，因此，实际上的模型已是一个被简化了的模型。 ⑹ 综合精度：它是模型的框架、结构和参数集合等项精度的一种综合指标。若优先的信息限制了模型的精度，最有效的模型就应是各方面精度的平衡和折中。

9 管理信息系统-MIS 4.6 过程建模和过程分析 系统建模在信息系统开发中起着至关重要的作用，是系统开发的一种主要手段。建立的模型是否恰当，直接关系到信息系统开发的成败。结构化方法是面向过程的信息系统开发方法学，因此，作为信息系统的三大特征之一的过程（功能）在信息系统开发中具有非常重要的地位，因此掌握结构化分析（SA）中过程模型的建立和分析这一主要技术，对于信息系统开发十分重要。 过程模型 过程建模技术是一种组织和描述系统处理、输入、输出和数据存储的技术。通过过程模型的建立，可以更好地理解现行系统，更好地定义新系统的需求和设计。

10 管理信息系统-MIS 4.6 过程建模和过程分析 逻辑模型和物理模型
结构化方法学的特点之一是逻辑设计和物理设计分开进行。先逻辑设计，后物理设计，即首先考虑系统“做什么？”，然后考虑“如何做！”。 ① 逻辑模型（Logical Model） 逻辑模型是与实施无关的模型。它描述了系统的本质，即系统必须做什么，而与系统如何做无关。逻辑模型又称本质模型，是用来描述数据的内容，即处理功能的。逻辑模型（本质模型，有的书上又称概念模型，[有的资料上将概念模型和逻辑模型视为同等含义]）逻辑模型的优点如下： 它不考虑具体实现方式，可更好地发挥系统分析员创造性； 它减少了遗漏用户功能的风险； 它可使系统开发人员以非技术语言或尽可能少的技术语言与最终用户进行交流。

11 管理信息系统-MIS 4.6 过程建模和过程分析 ② 物理模型（Physical Model）
物理模型不仅描述了系统是什么或做什么，而且还描述系统是如何从物理上进行实施的，即物理模型反映了系统如何进行处理的特征，物理模型亦称为技术模型或实施模型。例如，结构图或程序流程图是关于程序实施的模型，它解释了程序的构造和编码。物理模型对于描述现行系统非常有用。但对于新系统的需求，则应该用逻辑模型来描述。

12 管理信息系统-MIS 4.6 过程建模和过程分析 数据流程图（ Data Flow Diagram DFD ）是结构化方法学中一个主要的过程建模工具。数据流程图可以作为描述系统逻辑模型的一个重要工具。有四个主要的组成要素：过程、数据流、数据存储、实体。 过程：也称为变换，是DFD中的一个主要环节。所谓过程，是指由输入的数据流产生输出数据流所要执行的工作或动作。这些工作或动作可以由人、部门、机器、计算机来完成，主要强调工作或动作做什么，而不是由谁或什么来完成。 数据流：数据流表示向过程输入的数据或经加工处理后产生的输出数据，它可以表示文件、数据库和数据存储中数据的变化。 实体： 实体有外部实体和内部实体之分。外部实体定义了系统的边界，他们向系统提供输入，接收由系统所产生的输出。 数据存储：是数据的仓库，亦成为文件和数据库。数据存储包括以下几方面的信息：角色（顾客、供应商、职工、学生教师）；客体（产品、零部件、课本、设备）；地理信息（仓库、销售地区、商店）；事件（定单、选课表）

13 管理信息系统-MIS 4.6 过程建模和过程分析 数据流程图符号体系： DeMarco/Yourdon Gane and Sarson 过程
（变换） 数据流 数据流名称 实体 数据存储 数据存储名称 过程名 过程名 实体 名称 实体名称

14 管理信息系统-MIS 学生选课系统DFD

15 管理信息系统-MIS 4.6 过程建模和过程分析 本质处理过程 所谓本质处理过程，是指无论系统是如何实施的都必须执行的任务或动作。由于本质处理过程是显示所必须完成的工作，所以最终该过程是以哪种方式实施的是无关紧要的，即本质处理过程刻画了过程“做什么”，而不管心“如何做”。逻辑过程模型中的过程均应是本质过程。 本质过程的命名 本质处理过程命名取决于DFD的层次，即是一般的处理过程，还是详细的处理过程。在一般情况下，所有处理过程均应以强动词+客体的方式来命名。高层DFD是从用户的角度来笼统描述业务系统，因此高层处理过程一般以一个能够反映整个功能的名词来命名。例如：

16 管理信息系统-MIS 4.6 过程建模和过程分析 —检验顾客帐本 —修改库存数据 —建立缺货定单 例如： 高层处理过程（名词词组）
—市场系统 —销售子系统 —定单处理过程 详细处理过程（强动词+客体） —检验顾客帐本 —修改库存数据 —建立缺货定单

17 管理信息系统-MIS 4.6 过程建模和过程分析 构造DFD图时，应注意避免以下几种常见的错误：
1 黑洞（Black Hole）,即只有输入，没有输出。 2 只有输出，没有输入。 3 灰洞（Gray Hole）即输入不足以产生输出。这种错误不易被察觉。 4 处理只用来表示数据的处理和变化，避免将计算机命令作为处理。 5 数据流必须起于且/或止于处理，即没一个数据流必须有一个处理与之有关，数据流不能起于数据存储且止于一个外部实体或玲一个数据存储，也不能起于某个实体且止于另一个外部实体或数据存储。

18 管理信息系统-MIS 常见的几种数据流错误 数据流不能从一个外部实体传递给另一个外部实体。 实体A 实体B
数据流不能从一个外部实体直接传递给一个数据存储；也不能从一个数据存储未作任何处理就传递给一个外部实体。 DS1 实体A DS1 数据流不能从一个数据存储未作任何处理就传递给一个外部实体。 实体A DS1 DS1 数据流不能从一个数据存储直接传递给另一个数据存储。

19 管理信息系统-MIS 4.6 过程建模和过程分析 DFD的层次分解
DFD的目的是有效地、清楚地描述出用户的需求，对DFD构造的一个基本要求是其简单性。在构造一个系统的DFD时，为了达到上述要求，常采用层次或自顶向下分解的方法，即将系统DFD中的每一个处理视为一个子系统，然后继续向下分解，直到每一个处理（过程）容易理解为止。其层次分别为：环境图、零层图、一层图、二层图（各级子系统）… 环境图：理解一个系统，首先要以系统的外部环境和系统与其外部环境之间的接口为出发点。第一层DFD的图就是环境图（Context Diagram），它定义了系统的外部环境和范围。具体说，环境图说明了系统的外部实体以及系统与外部实体之间的数据交换（即系统与其外部实体间的接口）。

20 管理信息系统-MIS 环境图 零层图 一级子图1 ……….. 一级子图n 各级子图 n级子图n n级子图1 ……….. DFD层次分解示意图

21 管理信息系统-MIS 配送中心管理信息系统----环境图

22 管理信息系统-MIS 4.6 过程建模和过程分析 零层图：进一步分解环境图中的处理，以显示系统的主要处理过程，以及这些子系统之间的数据交换，就是零层图。它说明了系统的主要处理功能、数据流、外部实体和数据存储，比较完善地描述了整个系统。但它还没有达到一定的详细程度。在零层图中，系统的各个外部仍然保留。为了更清楚起见，图中每个处理都赋予一个标号。 各级子系统：子系统显示了其父图中某一个子系统和处理功能。每一级子图都视对其父图的进一步分解。在分解时一定要注意子图与其父图之间的一致性（平衡）。另外是应注意分解到什么程度。一般来说，如果不能很容易地描述出某个过程的处理，则需进一步分解，直到不需分解为止。

23 配送中心管理信息系统—零层图

24 配送中心管理信息系统—一层图 库存管理

25 配送中心管理信息系统—二层图 入库子系统

26 管理信息系统-MIS 4.6 过程建模和过程分析 建立过程模型的步骤： 1 构造环境图 2 分解环境图 3 识别数据存储
4 构造总体数据流程图 5 构造中层数据流程图 6 构造低层数据流程图

27 管理信息系统-MIS DFD层次分解的两种方法：扩展法和爆破法
1 扩展法：构造两个数据流程图，第一个为零层图，通常包括不超过12个处理过程。第二个数据流程图称为一层图，它是零层图的一种扩展，更为详细的描述系统，它可能包括10-30个处理过程。这种方法是由Gane 和 Sarson 提出的。 2 爆破法：分层次构造一系列数据流程图。将环境图中的处理分解为分解为一系列子处理，而每种子处理又可进一步分解为一系列更为详细的子处理。该方法首先由DeMarco提出，并广泛用于许多方法中。系统分解为一系列子处理的方法实际上是“分而治之”思想的具体体现，但不幸的是，其结果往往是一些逻辑上错误的子系统的集合。因此，为避免这种结果，有必要在构造详细DFD时，先作一个分解计划，即分解图，也称为层次图，它显示系统自顶向下的功能分解或结构。在构造分解图时应遵循以下规则： 根过程记为0 根过程分解为一系列过程，分别记为1，2，3等 继续将每一过程分解为一系列子过程，编号时根据父过程的编号而定。如：过程1的子过程可一次编号为1.1 ,1.2 ,1.3, 2.1, 2.2 ,2.3 等

28 管理信息系统-MIS 4.6 数据建模方法和信息工程
数据建模是信息系统开发中一种面向数据的技术，它是从系统数据和由这些数据产生信息的角度来描述系统的。这种方法是一种根据数据的组织和存取来建立系统模型的技术。 1.数据建模技术 该技术可简要地描述如下： ⑴ 识别所有采集数据的业务实体 ⑵ 描述每一个实体的属性 ⑶ 识别发生与这些实体间的业务活动

29 管理信息系统-MIS 4.6 数据建模方法和信息工程 2.信息工程
除了将过程建模和数据建模有机地结合起来以外，信息工程（Information Engineering 简称IE）更强调系统规划的重要性，它是以数据系统为基础，建立一个计算机化企业所需要的一套相互关联的原则。IE的焦点是用计算机来存储和维护数据，而信息则是从这些数据中提炼出来的。IE的倡导者有James Martin 、Clive Finkestein Ⅰ.信息工程的特点 ⑴ 按自顶向下的方式，通过企业的战略规划、业务分析、系统设计和构成来进行开发； ⑵ IE开发的是一个企业计算机化的框架，在这个框架中，可以独立设计各个子系统； ⑶ 使用自动化工具，快速创建和修改各个子系统； ⑷ 用户积极参与到系统建设的各个阶段。

30 管理信息系统-MIS Ⅱ.信息工程的步骤 信息工程的步骤分为四个阶段，即信息战略规划、业务领域分析、系统设计、系统构成
第一阶段 信息战略规划（Information Strategic Planning ISP） 系统分析员首先参与战略系统计划的制定，内容是确定企业的战略机会、长远目标、关键成功因素（Critical Success Factors CFS）和企业个部门的信息需求，以及使用何种技术能更好地实现目标和创建新的业务机会。建立企业的一个全局模型，并对成功业务领域进行划分。 信息战略规划的目标是： 研究如何使用新技术，使得企业获得竞争优势； 制定企业的目标和CSF； 通过对CSF的分析，指导企业更好地完成其目标； 确定什么样的信息能够使管理人员有效的完成工作； 确定系统开发的优先级。

31 管理信息系统-MIS 应用信息战略规划的步骤根据不同企业和使用的规划工具的不同，其步骤有所不同： 面向业务 建立计算机化的企业机构组织图；
区分该机构的长远目标、重点和战略； 研究技术趋势，以及企业如何利用技术趋势创新的机会何竞争优势； 确定企业的CSF ，并按组织结构图向下分解CSF ； 采访关键的行政负责人，以确立企业存在的问题、机会和所需信息。 面向技术 开发一个企业模型，在一个功能分解图表中表示出企业的基本功能； 开发一个全局的实体模型； 分析功能实体，确定业务领域，为第二阶段作准备； 分析线性系统； 为信息系统的开发设置优先级。

32 管理信息系统-MIS 第二阶段 业务领域分析（Business Area Analysis BAA）
根据战略计划，系统分析员将应用分解为一系列子系统（这些子系统在信息工程中被称为业务域） 第三阶段 系统设计 系统分析员将优先级最高的子系统继续分解，然后利用结构化技术进行分析和设计。其目标和内容是： 最终用户完全参加到系统的设计过程中； 加速设计的实现； 使系统具有灵活性和易变性； 自动进行设计、管理和维护； 设计自动化与代码生成器；建立和完善原型。

33 管理信息系统-MIS 第四阶段 系统构成（实施应用） 当信息系统设计出来后，利用代码生成器、4GL、决策支持工具等构成系统
在信息工程中，关键的因素是所存储的数据。系统分析员、程序员和其它的计算机专业人员负责所有数据存储的设计和采集、维护，同时负责设计和实施主要的信息输出。