6、无缝的基于方法和模型的软件工程

无缝的基于方法和模型的软件工程

1 工程方法的科学基础

1.1 形式化方法概述

形式化是科学中的通用方法，最初在数学、哲学和数理逻辑中作为一种技术被创建，旨在以完全客观的方式表达命题并进行论证。从某种意义上说，以绝对客观的方式处理主题是科学的终极目标。直到上世纪，形式逻辑才进入工程领域。在设计开关电路和软件系统逻辑时，逻辑成为了工程概念，并且逻辑方法有助于软件开发和数字硬件研发，因为代码本身就是定义执行逻辑的形式化产物。

1.2 工程方法的概念

工程方法定义了“如何做或制造某物”，是一种通用的术语，代表着达成特定目标的途径，其步骤明确，技术人员可以据此执行。工程师在开发过程中大量使用方法来实现子目标。

1.3 形式化规范和验证的局限性

主要针对形式化规范和验证的形式化开发方法，不足以应对使软件系统可靠和功能安全的挑战。纯形式化和验证只能证明形式化规范与实现之间的正确关系，无法证明系统满足有效需求。例如，验证编译器项目仅解决了正确性的部分方面，而未涉及需求的有效性。

1.4 工程概念形式化的重要性

系统和软件开发中的工程概念通常复杂且抽象，难以正确定义、理解和论证。形式化在精确界定工程术语和概念以及对工程技术进行形式化分析方面具有巨大潜力。然而，形式方法与形式化的科学方法以及工程方法的形式基础之间存在显著差异。

1.5 自动化和工具的作用

软件系统工程中使用的方法只有具备可扩展性和成本效益才有用，这意味着需要大量的自动化工具支持。形式方法在这方面具有优势，因为工具支持需要足够的形式化，方法形式化程度越高，越容易实现自动化和工