基于ＵＭＬ的網上考試系統建模

摘要：對UML產生的背景及其基本模型進行了闡述。在對網上考試系統進行分析的基礎之上，設計了基于UML用例圖、類圖、順序圖和協作圖的網上考試系統模型，這對后期系統的開發和維護起到了很好的效果。

關鍵詞：UML；用例圖；類圖；順序圖；協作圖；網上考試系統

中圖分類號：TP315文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044(2008)29-0397-03

Modeling of Network Examination System Based on UML

WANG Hui

(Department of Information technology，Jingzhou Institute of Technology，Jingzhou 434100，China)

Abstract: This paper presents background knowledge for UML and its basic model.Based on analysis for Network Examination System， we design model of Network Examination System based on example chart，class chart， precedence diagram and coordination diagram of UML. It is beneficial to development and maintenance during the late stages of System.

Key words: Unified Modeling Language; example chart; class chart; precedence diagram; coordination diagram; network examination system

1 引言

考試是教學過程中的一個重要環節，也是檢驗教學效果的一個主要手段，但傳統的考試方式，局限性大、資源浪費嚴重，不能適應遠程教育的要求，取而代之的網上無紙化考試方式。基于網絡的考試系統的應用，能減輕教師的評卷工作量，加快教學信息的反饋等，已成為一種發展趨勢。

考試要求考試系統必須具有很強的穩定性、可維護性和可重用性。面向對象的系統分析方法被認為是最具發展潛力的分析方法。UML(Unified Modeling Language)[1-2]是Rational Software公司研制的一種基于面向對象技術的、定義良好、易于表達、功能強大且普遍適用的描述系統架構的建模語言。它涵蓋了面向對象的分析、設計和實現，融合了早期面向對象建模方法和各種建模語言的優點，并融入了軟件工程領域的新思想、新方法和新技術，為面向對象系統的開發、軟件自動化工具與環境提供了豐富的、嚴謹的、擴充性強的表達方式。使用UML 進行系統分析和設計，可以加速開發進程，提高代碼質量，支持動態的業務需求，能促進軟件復用，使系統功能層次清楚，角色任務明確，便于團隊溝通，可以提高工作效率，保證系統設計的可靠性。它使得整個軟件分析設計相對傳統E-R圖來說更有助于提高開發效率。

本文以網上考試系統的分析為例，給出了基于UML的面向對象的系統建模的方法。通過使用UML 建模語言和Rational Rose工具對系統進行建模，給出了考試系統的用例圖、類圖、順序圖和協作圖，這對后期系統的開發和維護起到了很好的效果。

2 UML建模簡介

UML 是由著名的三位技術專家Gray Booch、Jim Rum baugh 和Ivar Jacobson 發起，在Booch、OMT和OOSE方法基礎上的完善。它是一種可以對復雜系統的各個側面進行可視化描述、構造系統模型以及建立和維護各種所需文檔的標準的圖形化建模語言，是匯集了多種面向對象建模技術的精華而發展起來并成為面向對象建模語言的工業標準。UML 采用的是一種圖形表示法，即它將模型中的信息用標準圖形元素直觀的顯示。建立模型后，所有重要的信息將一目了然。例如，用戶可以通過模型直觀地看到用戶與系統間的交互，分析人員可以看到系統對象間的交互，開發人員可以看到要開發的對象和每個對象的任務，測試人員可以看到對象間的交互并根據這些交互準備測試案例，項目管理人員可以看到整個系統各部分的交互。

UML可以對任何具有靜態結構和動態行為的系統進行建模。UML共定義了10種模型圖從靜態與動態兩方面來描述系統。靜態結構定義了系統中重要對象的屬性和操作以及這些對象之間的相互關系，表示靜態結構的模型圖有用例圖、類圖、對象圖、組件圖和部署圖；動態行為定義了對象的時間特性和對象為完成目標任務而相互進行通信的機制，表示動態行為的模型圖有順序圖、協作圖、活動圖和狀態圖。此外，UML還定義了一些關系：類與類之間的關系有關聯、繼承（泛化）、依賴和聚合，用例與用例之間的關系有包含、擴展和泛化。

UML定義的五類、共10種模型圖如下[3]：

1) 第一類是用例圖。它從用戶的角度描述系統的功能，并指出各功能的操作者。用例圖有助于系統開發者與用戶之間進行交流，以獲取用戶需求。

2) 第二類是靜態圖，包括類圖、對象圖和包圖。其中類圖用于定義系統中的類，包括描述類之間的聯系(如關聯、依賴、聚合等)以及類的內部結構，即類的屬性和操作；對象圖顯示類的對象實例，一個對象圖是類圖的一個實例；包圖由包或類組成，主要表示包與包、或包與類之間的關系，用于描述系統的分層結構。

3) 第三類是行為圖，描述系統的動態模型和組成對象間的交互關系。一種是狀態圖，它描述一類對象的所有可能的狀態以及事件發生時狀態的轉移條件；另一種是活動圖，它描述為滿足用例要求所要進行的活動以及活動間的約束關系。

4) 第四類是交互圖，它描述對象間的交互關系，系動態視圖。一種稱之為順序圖，用以顯示對象之間的動態合作關系；另一種是協作圖，它著重描述對象間的協作關系。

5) 第五類是實現圖，包括構件圖和配置圖。構件圖描述代碼部件的物理結構以及各部件之間的依賴關系；配置圖定義系統中軟硬件的物理體系結構。這些圖為系統的分析、開發提供了多種圖形表示，它們的有機結合就有可能分析與構造一個一致的系統。

另外，Rose 是美國Rational 公司的可視化UML建模工具，是UML市場上領先的重量級產品。可以用來先建模系統再編寫代碼，從而一開始就保證系統結構合理。利用模型可以更方便地捕獲設計缺陷，從而以較低成本修正這些缺陷。Rational Rose還可以幫助開發人員產生框架代碼，適用于多種程序開發語言。

下面以網上考試系統為例，介紹運用UML 的建模機制來進行面向對象的系統建模的完整過程。

3基于UML的網上考試系統建模過程

運用UML 進行面向對象的系統分析設計，其過程通常由3個步驟組成：首先是描述需求，其次是根據需求建立系統的靜態模型，以構造系統的結構，最后是描述系統的行為。其中前兩步中所建立的模型都是靜態的，而在第三步中所建立的模型或者是可以執行、或者是執行時的時序圖或交互圖，是動態的。

3.1系統需求分析

需求分析的目的就是確定系統的功能，而UML的用例圖能形象地描述系統的功能。用例圖展示了系統的參與者(角色)、用例以及它們之間的相互關系。角色是指位于所工作的系統外部的人或其它系統。用例就是用戶因某外部事件而與計算機進行的一次交互。建立用例圖，首先要識別系統的使用者和相關外部系統，確立好角色（Actor），然后再依據系統功能來建立用例圖。

在網上考試系統中系統的參與者有三種：一是系統管理員，二是教師，三是考生。系統管理員管理題庫的增加、刪除、修改和用戶權限的分配。教師可以自主管理自己權限下的試題和試卷，對其進行添加、更改、刪除、組卷以及批閱試卷等操作。學生則主要是進行考試。針對這三種用戶，系統可以分為三大模塊：用戶管理模塊、考試管理模塊和試題管理模塊。本文主要圍繞考試管理模塊進行建模。

由上述的需求分析，可以定義考試系統全局用例圖，如圖1所示。

3.2 系統總體設計

使用UML對系統進行總體設計，即建立系統的對象模型。系統的對象模型通常包括兩個部分：靜態模型和動態模型。在此階段， 由需求分析入手，建立系統的靜態模型與動態模型。

3.2.1 系統靜態模型

用例圖只考慮系統應該提供什么樣的功能，而對這些功能的內部運作情況不予考慮，為了揭示系統的內部關系，需要建立系統的靜態模型。

系統靜態模型主要是對系統靜態結構的描述。在UML中，系統的靜態結構主要用類圖、包圖及對象圖進行描述。類圖是對一類具有相同特征的對象的描述它定義了系統中的類以及類之間的聯系，如關聯、依賴、聚合等，也包括類的內部結構(類的屬性和操作)。由于類圖描述的是一種靜態關系，所以在系統的整個生命周期都是有效的。類圖設計是面向對象方法的核心技術，通過類圖將用例的實現具體到每個類中，從而完成設計走向細化的過程。

建立系統類圖，主要找出系統中的類與對象以及它們之間的關系。即：首先需識別出系統中的對象，并進一步從對象中抽象出類，然后定義類的內部特征，最后找到類的外部關系。

根據系統用例圖，可以確定系統中的主要類有：試題、試卷、教師、考生、系統管理員、考試。對于考試模塊，它涉及到的主要類為：試題、試卷、考生、考試。“試卷”類和“試題”類之間存在聚合關系。“試卷”由一道道試題組成，每一道試題可能在多份試卷中。考生類和考試類有依賴關系，考試和試卷類之間是單向關聯關系。考試模塊的類圖如圖2所示。

3.2.2 系統動態模型

動態模型是對靜態模型的補充。在UML中，動態模型主要用順序圖、協作圖和狀態圖來描述。狀態圖描述一個對象所處的可能狀態及狀態之間的轉換，并給出了狀態變化序列的起點和終點。順序圖描述對象之間按照特定順序發生的交互關系。協作圖描述的是對象之間交互的語境與交互的對象的整體組織。UML通過順序圖、協作圖和狀態圖來描述對象間的交互關系和交互順序、對象的生命周期以及生命周期中對象可能存在的狀態和狀態間的轉換約束[4-5]。

順序圖和協作圖都是用來描述一個用例的行為，只是兩者的側重點不一樣，順序圖著重體現交互的時間順序，協作圖主要表示對象與對象之間的連接。下面對網絡考試系統的主要用例—考試用例建立順序圖和協作圖。

1) 順序圖。考試用例的順序圖如圖3所示。

從這個順序圖中可以看出，參與考試過程有四個對象類：考生、考試、試卷、試題。考試開始時，考生登錄系統、考試對象檢查考生考試狀態，然后試卷對象從試題對象中讀取考試試題供考生作答。每答完一道題，試卷對象保存考生答案，同時考試對象保存與考試相關的一些信息：考試剩余時間、當前題目號等。答題完畢后，考生對象選擇交卷從而完成考試。

2) 協作圖。它用于描述系統的行為是如何由系統的對象實現的。對考試系統的主要用例繪制協作圖，以便深入地了解和表示系統的行為和各個對象的作用。考試用例協作圖如圖4所示。

4 結束語

網上考試系統實現了計算機考試整個過程的自動化，有很強的實用性。UML是一種面向對象的建模語言，可用于網絡考試系統的建模。通過分析系統功能需求，得出系統的用戶模型；通過分析并設計用例，得出系統的靜態模型和動態模型；基于對系統的需求分析、總體設計，完成程序代碼編寫，最終實現系統的建立。使用UML建立系統模型，使開發流程變得十分清晰，提高了軟件開發的效率和保證了軟件設計的質量，有利于提高系統的穩定性、可維護性和可重用性，并為不同背景、不同領域下的專家、開發人員以及用戶提供了一條標準的交流途徑。

參考文獻：

[1] 劉超，張莉.可視化面向對象建模技術[M].北京:北京航空航天大學出版社，1999.

[2] Larman C. UML和模式應用—面向對象分析與設計導論[M].姚淑珍，李虎，譯.北京:機械工業出版社，2002.

[3] 周伯生，張莉.標準建模語言UML及其支持環境[J].計算機世界，1998(43):24-25.

[4] 翼振燕.UML系統分析設計與應用案例[M].北京:人民郵電出版社，2003.

[5] 尤克濱.UML應用建模實踐過程[M].北京:機械工業出版社，2003.