面向对象仿真.ppt

1、6 面向对象仿真,面向对象的技术 面向对象的建模 面向对象的仿真 面向对象的武器系统仿真,6.1 面向对象的技术,面向对象的基本概念和特征 面向对象的分析 面向对象的设计 面向对象的程序设计,6.1.1 面向对象的基本概念和特征,面向对象的基本概念 面向对象的方法：是人们在分析、设计和实现一个系统时所采取得一种与认识系统的过程相一致的，独立于程序设计的概念化过程。,6.1.1 面向对象的基本概念和特征,面向对象的基本概念 面向对象的术语 对象：对象是客观世界的实体在问题空间的抽象和概括，包括其属性和操作。对象不仅是物理对象，还可以是某一类功能实体的实例。 消息：消息是对象之间信息沟通的一种构造

2、，是要求某个对象执行类中定义的某个方法的规格说明。 类：类是指一组大致相似的对象的集合，是对象上的抽象。对象是类的具体化，是类的实例。类具有层次结构，层次间具有继承性。 方法：方法是指对象中定义的以下过程，即对类中某些属性进行操作以达到某些目的的过程。,6.1.1面向对象的基本概念和特征,面向对象的基本特征 封装性 将一个对象的数据（内部状态）和操作（实现方法）组合在一起，并完全隐藏在对象内部，只允许同类中的操作过程访问，不允许其他类对象介入。优点在于(1)明晰对象界限；(2)将对象改变得影响现在在对象内部。 继承性 继承定义为一种树状结构，其中的每一类均继承来哦它所有父类的数据结构和操作。优

3、点在于易于对象维护：扩充、修改、删除。,6.1.1面向对象的基本概念和特征,面向对象的基本特征 多态性 不同的对象收到同一消息可产生不同的结果。优点是：同一功能有不同的实现形式和方法，易于维护。 动态联编 指将操作与数据的连接过程推迟到程序运行时进行。这样使用户可以在运行时修改数据类型、实现函数和运算符重载。,6.1.2 面向对象的分析,系统分析的概念：关于问题空间的一种加工过程。输入是目标系统的问题空间，输出是经过理解、抽象之后的系统需求规范。 传统系统分析方法： 结构化分析方法：按照自上而下的功能分解原则，根据系统内部数据传递和变换的关系，进行过程抽象 数据流方法：沿数据流向进行系统分析，

4、问题空间到解空间的映射是间接的。 面向对象分析方法：模拟人思维过程（抽象和区分） 从现实世界中区分出特定的客体及其属性 对客体的整体和组成部分加以区分 对不同种类的课题进行形式化表示，以示区分。,6.1.2 面向对象的分析,面向对象的分析步骤 识别对象：何处确定些；确定哪些对象；确定什么内容；质疑对象；命名对象 识别结构： 分类结构：从一般到特殊，再从特殊到一般；层次 组装结构：从整体到部件，再从部件到整体； 识别主题：系统的复杂程度，总体概貌 为每个结构增加一个主题；为每个对象增加一个主题；主题归并,6.1.2 面向对象的分析,面向对象的分析步骤 定义属性：确定记录对象状态信息的数据元素。

5、识别属性；确定属性位置；识别实例关联；修改属性 原则：必须适用于每个实例；与对象的关系最密切；不依赖于其他属性 定义方法：定义每种对象和分类结构应有的行为；定义对象实例之间必要的通讯（消息关联） 认定基础方法（存在、监控）；认定辅助方法；识别消息关联；方法的规范说明,6.1.3 面向对象的设计,概念：将需求分析结果转换为可以指导程序设计的规范说明（模块划分、数据结构定义、接口定义） 概要设计：根据需求分析的结果，构造面向实现的类和类层次结构 类的识别与定义 类层次结构的组织 对类库和应用框架的支持 详细设计： 确定硬件和软件开发环境，细化对象描述 细化分析模型：选择基本算法；选择最优模型结构，

6、实现各种关联及属性，封装模块,6.1.4 面向对象的程序设计,概念：将详细设计转换为用某一程序语言编写的源程序 特点： 设计贯穿开发的各个阶段 重点在寻找、重用和扩展已有代码 程序是递增扩充的 实现： 类的实现 复用；进化性复用；废弃性开发；断言；错误处理；多重实现 系统的实现 主过程很小，甚至没有。,6.2 面向对象的建模,对象模型技术 对象模型 动态模型 功能模型,6.2.1 对象模型技术,对象： 是为了在构造事物前理解事物而对事物作出的一种抽象 。 模型： 对实际系统特定性能的一种抽象，是系统本质的一种描述。,6.2.1 对象模型技术,模型描述的三个方面： 1）对象模型：表示系统静态的、

7、结构化的数据。描述系统中的对象和它们之间的静态关系。 2）动态模型：表示系统瞬态的、行为的控制方式，描述随时间变化的系统特性。 3）功能模型：表示系统的功能转换，描述系统数据值的转移 。,6.2.1 对象模型技术,三种描述之间的关系： 一个系统使用数据结构（对象模型）,按时间调整操作顺序（动态模型）和转换属性值（功能模型）。 模型的三个方面描述了系统的三个方面：实体、属性和活动 。,6.2.1 对象模型技术,系统状态： 实体：指系统的个体 属性：实体所具有的全部有效特征。是描述实体特征的信息集合。 活动（行为）：实体随时间推移而发生的属性变化过程。,6.2.1 对象模型技术,模型的应用： 分析

8、阶段：应用领域的一种模型不需要涉及实现的构造 。 设计阶段：在原有模型上添加了应用问题的解决方法 。 实现阶段：对应用领域和解领域的结构进行编码。,6.2.2 对象模型,对象模型的定义： 描述系统的对象结构。包括对象标识、与其他对象关系、属性和操作。 对象模型的目的： 用于表示实际事件系统的重要概念。 对象模型的表示方法：对象图： 对对象、类和它们之间关系的一种规范化图形表示，包括类图和实例图 。,6.2.2 对象模型,基本方法： 对象、类： 对象是一种概念、抽象，有时指一个单一实体、有时指一类实体。对象实例、对象类,类是具有相似特性的一组对象。 属性、标识： 对象所具有的数据值，确定对象实体

9、的一个具体标识符。,6.2.2 对象模型,基本方法： 操作和方法： 操作是一种功能或转换行为，有目标和参数。一个操作可以用多个方法实现。 链接和关联： 链接是对象实例向一种物理或概念的连接；具有公共结构和共同语义的链接的组合。 概括和继承： 概括描述了类及子类之间的关系，继承表示了子类与父类之间的遗传性。,子集,当前选取,选取,窗口系统的对象模型,窗口元素,顶点,排序,键盘事件,6.2.3 动态模型,定义：表示所有时间内对象的变化和对象之间关系的变迁。 目的：用于指定和实现系统的控制方向。 表示法：状态图： 由事件引起的状态改变称为变迁。用结点表示状态，用方向弧和标明事件名的箭头表示变迁。一个

10、状态画成圆角框形。,6.2.3 动态模型,基本方法： 事件和状态： 状态是对象所拥有的属性值和链接。 事件是对象间的相互作用；即一个对象对另一个对象的触发。 操作和动作： 事件触发操作，操作的过程称为活动，活动与状态有关。 动作是一种瞬间的操作，动作与事件有关。 并发： 对象集合中的对象状态同时发生变迁，子集的状态称为对象内部的并发性。,程控恒温器（programmable thermostat）,用户接口,时节开关 (season switch),热,关,冷,关,关,热,冷,风扇开,风扇自动开关,凤扇开关 (fan switch),风扇关,风扇自动,暖气关,空调关,所有指示器关,风扇关,暖气

11、开 do：暖气运行,空调开 do：空调运行,某些指示器开 do：空调运行,风扇开 do：风扇运行,暖气继电器temptarget temp and switch in Heat,temptarget temp +d或season switch not in Heat,空调继电器temptarget temp and season switch in Cool,temptarget temp -d或season switch not in Cool,运行指示器暖气开或空调开,暖气关或空调开,风扇继电器某些指示器开或风扇开,所有指示器关或风扇开关自动,用 户 接 口,程序运行,电源开/装入标准程序

12、,交 互 显 示,温 度 模 式,夜 灯,90秒无输入,操作(operate),2秒,1秒时间程序时间,6.2.4 功能模型,定义： 描述系统内的计算，表示计算中如何从输入值导出输出值，不需要考虑次序，不必指明如何计算 。 目的： 说明了在对象模型中操作和在动态模型中的动作的具体意义。,6.2.4 功能模型,表示法：数据流图 描述了数据流从数据对象原始点，通过数据的处理转换，发到在另一个对象中的目的地的过程。输入、输出不反映控制（属动态模型），也不反映对象的数据组织形式（属对象模型）。但包括了数据转换的处理、数据流，产生和使用数据的对象、存储对象 。,6.2.4 功能模型,基本方法：操作： 查

13、询：一种单纯的功能，不受任何对象的外部的视状态的影响 动作：是一种变换，根据对象的基本属性和链接定义，可以是方程、决策表、自然语言或一个算法等。 活动：是对象的一种持久操作。前两者是瞬间的。,6.2.4 功能模型,基本方法：约束： 表示两个对象在同一时间的关系，或者表示同一对象在不同时间的不同值的关系 动态约束：指定了不同的对象状态、事件之间的联系 功能约束：指定了操作的限制,飞行模拟器的功能模型,6.3 面向对象的仿真,面向对象仿真的优点 面向对象技术在仿真中的应用 面向对象仿真的设计语言和软件,6.3.1 面向对象仿真的优点,面向对象仿真技术着眼于组成系统的对象而非系统所完成的全部功能，可

14、以在系统分析、设计和仿真编程过程中，采用一致的概念描述。 仿真依靠计算机，计算机依靠软件，软件（仿真程序）则依靠如何构成一个好的仿真模型（包括对象模型，功能模型和动态模型）。采用面向对象技术，由对象类构造模型，有利于软件的模块化，可重用性，灵活性，缩短建模，验模时间。,6.3.1 面向对象仿真的优点,采用面向对象技术构建的仿真系统，由于按对象进行了封装，因此，这种独立性有利于仿真程序的调试，运行。 可以引入Agent概念，构造面向对象的智能仿真系统模型，解决对多样性、复杂性问题以及智能活动的适应能力。,6.3.2 面向对象技术在仿真中的应用,应用范围： 建模和仿真的不同阶段：建模，编程，试验。

15、尤其是大型复杂系统建模。 应用领域 ： 人机交互技术：图形、输入等。 离散事件系统仿真：制造系统仿真、交通运输等。 仿真数据库管理系统：面向对象的仿真数据库、模型库。 连续或连续/混合系统仿真：模块化建模是一种广义的面向对象技术 。 分布交互仿真：HLA技术（COM，CORBA）。,6.3.3 面向对象仿真的设计语言和软件(1),设计语言 Smalltalk ：最早的OO语言，由施乐公司开发。特点在于其 通过类库，迅速满足可扩充性，可重用性，非纯粹语言，无类型语言。 C+：混合性语言，由AT&T公司开发。源于C，综合了C，Ada，Simula 三种语言的特征。高效率，兼容性，渐进演化能力，应用

16、广泛。 Eiffel：强类型语言，由Betrand公司开发。是由完整的面向对象的技术实现，商用最好的。,6.3.3 面向对象仿真的设计语言和软件(2),建模语言（Unified Modeling Language） 背景：1989-1997年，Rational公司开发，为OMG接受，UML是一种标准建模语言，用于软件制品规约的，可视化的构造和建模的语言。 内容：包括概要、语义、表示法、语言规约及扩充附件等 。 表示方法：用例图、静态图、行为图、交互图、实现图 。,6.3.3 面向对象仿真的设计语言和软件(2),Rational Rose 软件 基本情况：用UML开发应用程序，支持上述各图，可嵌

17、入其他语言件（C+，JAVA，VB等）。 可视化建模：用于标准图符搭建模型 。,6.4 面向对象的武器系统仿真,软件设计方法 系统模型划分 软件总体结构 类结构设计,6.4.1 软件设计方法(1),特点：层次化、模块化设计方法（一种广义的面向对象方法），用对象类来描述武器系统中的各种基本模块。 制导武器系统面向对象仿真的主要工作 系统分析阶段：根据制导武器的静态结构、信息传递、动态行为以及仿真任务，规划并建立制导武器仿真设计、分析阶段，系统的层次结构模型及主要信息流向关系。 编程阶段：遵循模型与试验相分离的原则，构建仿真算法类，参数模型类，仿真模型类，试验框架类，确立一个开放性的仿真系统软件体

18、系结构。,6.4.1 软件设计方法(2),主要仿真类 建模对象类：描述制导武器系统各种组成部分的类，按层次组织：参数模型类，仿真模型类。 试验管理与控制类：建立管理试验框架，从库中选择合适类生成对象，完成控制仿真试验。 用户接口类：实现人机交互功能的类。 输出分析类：对仿真试验结果进行分析处理的类。（集成在试验框架表中）,6.4.2 系统模块划分(1),划分原则：遵循模块的独立性，自顶向下分析系统 制导武器系统仿真总体结构,6.4.2 系统模块划分(2),制导武器系统层次结构,导弹,结构总体,动力系统,控制系统,导航系统,导引规律,引战系统,信息管理,环境噪声,制导系统,导弹,目标,发射载体,环境干扰,武器系统数据流,6.4.2 系统模块划分(3),6.4.3 软件总体结构,软件系统层次结构： 管理层：主要是软件与用户的交互 实体层：仿真任务执行 数据层：存取各种软件模块,6.4.3 软件总体结构,类库介绍 模型库：参数模型描述系统静态结构及相互参数（对象本身特征参数，仿真参数） 算法库：欧拉法、亚当姆斯