圖論思想與UML應用（下）

領測軟件測試網 中國人喜歡用“瓶和酒”作為“形式和內容”的隱喻，沒想到老外也有同樣的思維方式�！抖ㄎ弧芬粫�的作者說：“糖罐在放上糖之前只是個空罐；同理，詞語在人們使用它并賦予

　　它意義之前是沒有含義的。”語言的語法和語義，就是這樣一種“瓶和酒”、“罐和糖”關系。

　　UML是可視化建模語言的工業標準，在業界已經被廣泛應用。和其他所有語言一樣，UML也對思維具有反作用——是促進思維還是阻礙思維，全憑UML的使用者對UML內涵的掌握程度了�！抖ㄎ弧返淖髡哒f過：“有些人玩不好定位游戲，因為他們太依賴字面意義。”同樣，要想玩好UML“游戲”——達到UML促進思維的境界——也必須將UML語法和UML語義緊密結合。

　　承接上篇，本文繼續結合實例來說明圖論思想在UML應用中的意義，希望能對讀者有所啟發。

一、著色頂點
　　在圖論的基本理論中，有加權頂點的概念。頂點具有的與之相關的數，稱為權（weight）；該頂點稱為加權頂點。

　　這里我們做個擴充，引入著色頂點的概念：頂點具有的與之相關的顏色，稱為著色（color）；該頂點稱為著色頂點。

　　舉個例子，討論圖的定義時的圖，現在每個頂點都被著了色。著色頂點可以表達更為豐富的含義：比如在本圖中，紅色、藍色和黃色的頂點可以分別代表大、中、小型城市，邊代表它們直接的直達航班；從中型城市V1到中型城市V6，沒有直達航班，要在大型城市V4轉乘，一目了然。

二、著色頂點的UML應用——通過顏色為圖元分類
　　用UML為問題及解決方案建模的時候，有時UML圖會比較復雜，不容易讀懂。下面以兩個例子來說明如何運用著色頂點的方法，提高UML圖的易讀性。

　　下圖是J2SE集合類框架的UML圖，運用了藍、黃兩種彩色。每個看這幅UML圖的人，在留意眾多細節之前，都會首先注意到本圖的大局——多個藍色的類組成的層次結構，周圍分布著一些黃色的類。繼續看下去，藍色的類和黃色的類之間使用的是“實現”關系——于是知道黃色的類是接口。至此，整個結構清楚了——多個具體類組成了類層次結構，不同的具體類可能實現特定接口。接下來，分析該UML圖的語義細節……

再舉一例。下圖試圖為整個軟件工程學科建立概念模型，涉及到的圖元比較多，概念也比較復雜，所以使用了黃、紅、綠、藍等多種彩色。實際上，上述四種顏色分別代表過程、項目管理、方法論、任務四個子范疇；一方面，這些色彩的含義要大致讀懂了該UML圖之后，才能反映到讀者的腦海中；另一方面，其實在讀者看圖過程中，這些色彩就起了很大作用了——它們將一幅比較大的類圖劃分成四個相對獨立的小區域，使讀者看起圖來有條不紊。

建模的本質是抽象，抽象的目的是把握重點，以使結構清晰化。如果我們畫的UML圖太復雜，那就應當想一想，我們是不是犯了“為建模而建模”的毛病，忘記了原本的目的呢？

　　使UML圖清晰易讀的方法有很多，為圖元著色就是其中一種，并且它是令人愉快的。仔細想來，上面兩例都是用顏色為圖元分類，這種分類帶來了兩條令人興奮的好處：其一，為原圖附加了一層大局信息，這些大局信息會被讀者最先注意到，并為進一步理解圖的細節打下基礎；其二，由于大局信息是通過著色的方式提供的，并沒有引入任何新的圖元，所以圖的復雜性并沒有增加。

三、著色頂點的UML應用——UML彩色建模方法介紹
　　如果問我，看完《人月神話》這本書，給我印象最深的一個詞是什么，我會毫不猶豫地回答：概念完整性。為了達到概念完整性，領域建模（domain modeling）是非常重要的一個環節�？上驳氖�，領域建模已經越來越被業界所重視，也有不少好書和好的方法浮出水面。本節介紹Peter Coad大師的著作《Java Modeling In Color With UML: Enterprise Components and Process》中講述的彩色建模方法——一種領域建模方面的優秀技術。

　　Peter Coad認為，領域模型主要由四種元素組成，它們分別是：瞬間事件（MomentInterval）、角色（Role）、人－物－地點（PartyPlaceThing）、描述（Description）。彩色建模技術的目的是“為模型增加一層‘視覺可監測的’信息”，具體而言，它定義了四種顏色分布標識上述四種領域元素。

• 粉紅：代表“瞬間事件”。在模型中，瞬間事件往往封裝了我們最感興趣的方法（method），這些方法和系統將來的功能有直接的聯系，它們可以說是模型的靈魂。它們也是最容易變的，因此選用了最活躍的粉紅色代表。
• 黃色：代表“角色”。瞬間事件的發生，往往會牽涉到多個角色，角色具體由“人－物－地點”來扮演。角色意味著在特定場景下的責任，它們也是比較容易變化的，但比起瞬間事件還是要穩定些，所以用比較活潑的黃色代表。
• 綠色：代表“人－物－地點”。業務領域不同，會牽涉到不同的人、物、地點。它們都比較穩定，用安靜的綠色表示。
• 藍色：代表“描述”。最后為人、物、地點引入更抽象一級的描述元素，這些描述元素可以被多個不同的“人－物－地點”所共享。比如Date就是描述元素，人可以有生日，汽車可以有生產日期，等等。描述是最為穩定的一類模型元素，用穩定得幾乎憂郁的藍色代表。

　　好了，舉個例子吧。下圖是網管軟件領域建模時的模型之一角。Ping是瞬間事件元素，其涉及兩個角色元素：Pinger和Pingee。這兩個角色都由IPDevice來扮演，IPDevice屬于“人－物－地點”元素。IPDevice擁有零到多個IPAdress，IPAdress是描述元素。當然，IPDevice和其四個子類Router、Switch、Server和Host都是“人－物－地點”元素。

Edward R. Tufte在其經典著作《Envisioning Information》中指出，顏色在信息設計中的基本作用有四：

• 分類
• 度量
• 模仿
• 裝飾

 

　　彩色建模方法充分利用了顏色的分類和度量功能（當然經過顏色裝飾的模型也比原來更賞心悅目）：它不僅利用了四種顏色來為圖元分類，而且粉紅、黃、綠、藍四種顏色分別代表不同等級的“易變程度”，具有度量意義。

　由于篇幅所限，以上只是對彩色建模方法的簡單介紹，感興趣的朋友還是找書來看看吧。

四、著色邊
　　在上文中，我們對經典圖論進行了小小擴充，并且體會了這種擴充的應用價值。接下來，我們對邊的概念進行類似的擴充——著色邊。

　邊具有的與之相關的顏色，稱為著色（color）；該邊稱為著色邊。

五、著色邊的UML應用——標識良性依賴與惡性依賴
　　合理處理依賴關系，是“擁抱變化”的關鍵所在。在《擁抱變化：敏捷設計從理論到實踐》（《程序員》2004年第11期）一文中，筆者闡述了敏捷設計的理解基礎：良性依賴原則。不會“在實際中”造成危害的依賴關系，都是良性依賴；依賴的“理論危害”不一定成為“實際危害”，反之亦然。這就是良性依賴原則。

　　那么，如果能使用著色邊的方法，將依賴的良、惡性可視化，對軟件設計人員無疑是大有裨益的。我們規定：

• 良性依賴用綠色表示；
• 惡性依賴用紅色表示。

　　例如，敏捷設計大師們提倡的“通過重構得到設計模式”，在著色邊方法的幫助下，變得易于理解，并且極具可操作性；其步驟如下：

　　1. 使用最簡單的設計，完成當前的功能。此時，往往是類之間的直接調用，但由于功能需求也簡單，所以類之間的依賴關系也往往是良性依賴。

　　2. 當需求有所變化或增加時，首先考察原先的設計是否可以直接支持新需求；如果可以通過直接增強某個類來達到目的，但是原先的良性依賴也隨之變成了惡性依賴，那就應當否定這種方案，而去做第3步的重構。

　　3. 通過重構改變原先的設計，使新的設計為支持新需求做好準備，且保證依賴關系都是良性依賴。

　　4. 在新設計的基礎上，增加新功能的支持。這時你往往會發現，哇，設計模式出現了。

 

　　下面舉例。為了突出著色邊方法給“通過重構得到設計模式”帶來的可操作性，我們再來看看（上）篇的那個例子：需求跟蹤矩陣工具，其最初的需求是支持項目以專有格式保存，后來，又要求能夠導出成HTML格式的網頁。下面的四幅設計類圖都運用了著色邊方法，它們概括了整個設計變化的過程：

1. 最初的設計。符合敏捷設計的簡單性原則。

2. 考察老設計在新需求下的情況。CProjectSaver要支持多種保存策略，違反了單一職責原則。

3. 重構得到的新設計。很好的設計，但對最初的需求而言，卻是過度設計（over-engineering）。

4. 在新設計之上添加新功能。就是策略（strategy）模式呀

通過上面的例子可以看出，著色邊方法在某種程度上，將設計的依據“可視化”了，因此為設計人員帶來了方便。

六、圖的同構
　稱圖G與圖H同構，如果

（1） 存在V(G)與V(H)的一一對應；

（2） 存在E(G)與E(H)的一一對應；

（3） 在(1)與(2)的一一對應保持頂點與邊的關聯關系不變。

比如下面兩個UML類圖，其語義是完全相同的。

七、圖的同構的UML應用——UML風格
互為同構的UML圖，其語義雖然是完全相同的，但其易讀性，卻可能相差極大。因此，我們提倡好的UML風格。

 

下圖是一幅UML狀態圖，描述了Java線程的狀態變化情況。該圖的起始點在最左邊，終止點在最右邊，始態和終態分別在次左邊和次右邊，整個圖結構清晰，語義一目了然。

再看這幅圖，語義完全相同，但是看起來卻費勁多了。

這里不再舉更多例子了，《UML風格》一書，匯集了很多繪制UML圖的專家級建議，值得一讀。

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文章來源于領測軟件測試網 http://www.kjueaiud.com/