基于UML和Petri网建模的研究与应用-计算机应用技术专业论文.docx

但其语义部分则是用自然语言描述的，缺乏严格准确的定义。故只能建立静态模 型，不能用来进行动态仿真，难以直接用数学工具严密有效的分析和验证其所建 模型， 因此难于进行有效的模型修正和改进。这些问题将直接影响系统的安全性 与可靠性。形式化方法使用具有精确数学语义基础的形式化规范语言对系统的需 求分析、设计进行描述，它具有精确定义的语义模型、自动化验证 工具的支持， 可以对软件规范进行严格的分析和验证，能在早期发现系统描述中的不 一致、不 明确或不完整，有助于增加软件开发人员对系统的理解，并已被证明是一种行之 有效的减少设计错误、提高软件系统可靠性的重要途径 (9)。 关于 UML 的形式化方法目前中已经 有多种，归纳起来主要有 两类: 一种是 直接为 UML 模型定义形式化的语义，在此基础上对模型进行语义分析和正确性 验证。由于形式化方法需要设计者具有很好的数学基础，这使得直接使用形式化 规范对大型的复杂系统建模难度大。另 一种是结合 UML 和其它形式化方法的优 点，将非形式化的 UML 图形转换为具有精确语义定义的形式化规范 ，在非形式 化的图形表示与形式化定义之间建立映射关系。这类方法主要采用 UML 方式建 模，只是将形式化描述用于模型的分析、验证，它对一般用户来说是透明的，因 此既避免了形式化方法的局限性，又克服了 UML 缺少模型分析、验证手段的不 足ISlo H 前很多研究者对 UML 形式化时大多采用将建方的 UML 图转换为某种形式 规范的方法，本文也是基 于这个思想。对于转换后的形式规范方面，选择哪种形 式模型，应遵循以几个衡量标准:严格的定义、表达能力、可分析性、抽象能力 等。在本文中选择 Petri 网为目标规范的理据是， Petri 网是并发系统和很多其他 领域的数学工具，可以对 一个系统的并发、同步行为以及资源共享建摸，同传统 的基于图论所建立起来的自动机理论 (11)相比， Petri 网既具有图的静态结构 ，可以 充分利用图论中的已有成果，同时，它还具有描述动态行为的能力，这是图论所 不具备的。而且 Petri 网有着深厚的 、坚实的数学理论作为基础，己有许多与民创 网相关联的对 Petri 网模型进行检测和行为分析的理论研究结果闷。 经过 40 多年的发展，已经形成多种 Petri 网概念112]。例如:为对复杂的大系 统进行 Petri 建模，避免过多 Petri 网图形杂乱无序，有学者提出了层次 Petri 网的 概念，使 Petri 网图形之间形成包含关系，使所建的 Petri 网模型有条理 ，具有类 似系统的层次概念。最初建立的 Petri 网概念，其中 token 仅代表系统中的 一种信 息属性，而现实系统中大量存在一个库，所包含多种 token 的概念，因此为全面描 述系统的特性，有学者建立了有 色 Petri 网概念I131; 另外，为突出系统中的 时间特 性或随机特性 ，也形成了时间 Petri 网[141或随机 Petri 网的概念[101。 因此，在软件系统设计中 ，综合运用 Petri 网和 UML 这两个建模工具 ，利用 Petri 网来规范 U ML 语义， 并利用其强大的分析功能对网模型进行自动分析验证 ， 以便修正和改进。这在提高软件形式化描述的全面性 、一致性 、精确性和l完整性， 达到减少设计错误、提高软件系统可靠性、减少后期 的测试与维护的成 本、提高 整个软件开发的效率等方面不仅具有重要的理 论意义，还具有重大的现实意义。 1.2 国内外研究现状及水平 (1)结合 UML 与 Petri 网模型在相关领域里的应用 荷兰学者 Rikeshuis 与 Roelwieringa 在第二届国际研讨会上发表的论文 A Comparison of Activity Diagram and Petri Net Variants )) [1匀，主要比较了Petri 网和 UML 活动阁。其中论述了 Petri 网可以广泛的应用在工作流建模上 。在工作流建 模中 ，表面上 UML 活动图和 Petri 网很相似，但还是有很大区别，这篇论文详细 区分了 Petri 网和 UML 活动图 ，利用 UML 语义模型特点定义一 个具有反应式的 Petri 网语义从而使它更适应于 工作流系统建模。 在论文 From UML Activity Diagrams To Stochastic Petri Nets:Appli cation To Software Performance Engineering)) [171，Juan Pablo Lepez-Grao，Jose Merseguer 和 Javier Campos 共同探讨了对软件性