基于大數據的創新型“歸一”軟件設計思路

于興文

要 在軟件研發領域，大數據在快速促進著數據快速處理、數據挖掘以及相關軟件產品的發展。大數據已成為信息產業持續增長的新的驅動力，基于大數據的軟件研發的創新活動已成為一項重要課題。本文探討在智能設備制造中，能夠適應大數據發展要求的，以創新為特色的“五位一體”軟件研發模式。

關鍵詞 大數據 軟件設計 創新

中圖分類號：TP311.11 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2015.11.018

Innovative ?"Normalization" Software

Design Ideas Based on Big Data

YU Xingwen

（Institute of Information Technology， Nanjing University of Chinese Medicine， Nanjing， Jiangsu 210023）

Abstract In the field of software development， large data in the fast promotion of the rapid processing of data， development of data mining and related software products. Big Data has become the new driving force for the continued growth of the information industry， based on the innovative activity of big data software development has become an important issue. This article explores the smart device manufacturers， it is possible to adapt the data requirements of the development of large， innovative features of "Five in One" software development model.

Key words big data; software design; innovation

1 背景：時代呼喚大數據，基于大數據開展的創新研發日新月異

（1）大數據方興未艾，智能制造成強國重要力量。隨著移動互聯網、物聯網、社交網絡、數字家庭、電子商務等新一代信息技術的廣泛應用，大數據不斷產生。海量、多樣化的大數據在實際生產、工程等各行業中不斷在創造出顯著的經濟效益和社會價值，也在決定著企業的未來發展變化。有人把數據比喻為煤炭資源，那么如何利用和挖掘這些大規模數據的潛力就將成為決戰未來，取得競爭優勢的關鍵。可見，大數據在考驗著人類的數據駕馭能力，也深刻影響著人們是否能夠更深刻、全面地洞察未來。

（2）創新型軟件研發日新月異。在軟件研發領域，大數據在快速促進著數據快速處理、數據挖掘以及相關軟件產品的發展。大數據已成為信息產業持續增長的新的驅動力，新的技術、產品、服務、業態在不斷涌現，新一代智能型產品在國民經濟的各行業中所占份額在不斷提高。

大數據也促使著各行各業的決策從“業務驅動”升級為“數據驅動”，在成為企業提高核心競爭力的重要影響因素。比如，零售商可以通過大數據實時掌握市場動態，以作出更加精準有效的市場營銷策略活動，為消費者提供更加有親和力的個性化服務;在公共事業領域，大數據可提高全民醫療保障及社會福利水平，更好地促進經濟和諧發展，加強社會管理、穩定公共秩序。

與此同時，由于大數據的體量巨大、數據類型多元化、處理速度快、價值密度低， 也造成了用常規軟件工具在較短時間內進行數據的抓取、管理和處理等工作能力受到制約。盡管已經有了諸如大規模并行處理技術、數據挖掘電網、分布式文件系統、分布式數據庫、云計算平臺等多種技術，“大數據”也需要更新的處理模式以及采用更新型的軟件，才能更加充分發揮大數據的決策、洞察及優化等方面的能力。

可見，基于大數據的軟件研發的創新活動已成為一項重要課題。

2 軟件設計中創新的基本涵義及存在的問題

2.1 創新的基本涵義

創新是企業獨立開展相關研發活動，獲得自主知識產權以及專有技術，并創造出新產品的過程。當今世界，科技迅猛發展，企業和國家的自主創新能力，決定著其經濟競爭能力，以及在文化、社會等多方面的國家影響力。它是綜合國力的決定性因素，是企業和國家的持久核心競爭力的重要來源。

2.2 軟件行業開展自主創新面臨的問題

（1）重視慣性技術已成為企業自主創新的“瓶頸”。近些年來由于忽視對慣性技術領域的原創性發現和發明的研究，使相關產業只能處于“跟蹤狀態”，而不能成為“領跑者”。要拓展慣性技術領域，就不能在受“需求牽引”，而應自主創新，采用“新技術拉動”企業經營管理模式。而這需要在人才的培養、就業、流動及發展等多方面作出變革。

（2）中國傳統文化“不為天下先”的思維在“阻滯”自主創新。創新活動具有不確定性和風險性。中國傳統文化中的“不為天下先”的小生產者的思維模式使國民缺乏主體能動性，尤其是內地居民，其拼搏意識、冒險精神和創新精神都在一定程度上較弱于沿海地區和部分西方國家。

（3）企業開展技術開發與創新的“主體意識”不強。由于技術開發與創新的研發成本高、風險大、需時長、見效慢，現行企業經營管理體系對科技創新可能帶來的未來績效認識不足，管理者往往追求利益短期化。再加上部分行業壟斷行為，致使企業自主創新基礎更加薄弱，創新意識不強，創新能力弱化。

（4）企業自主創新持續發展的保障性制度不完善。目前企業創新相關法律法規相對滯后，體制建設尚不健全，有利于提高科技進步和創新活力的措施尚未完全普遍采用，科技成果轉化為現實生產力的有效機制尚未真正建立。尤其是基礎科技及公共領域方面的創新型資金投入尚需體制上的保證。

（5）自主創新的網絡化建設尚不健全。創新活動需要國家政策、科學技術鏈、研發資金鏈、技術服務鏈、人才建設構成一個有機網絡化整體。目前，我國科技服務機構還比較弱小;國際科技創新合作，尚停留在重引進、輕吸收、欠創新、少自主的階段;地區性、行業間、跨單位、的創新型人才流動、資源共享，以及產學研之間的密切合作等方面上尚脫節，流通網絡還有待完善。企業與社會自主創新的市場環境與國家體制尚存不足。

3 軟件設計的傳統思路

3.1 傳統軟件設計的基本含義

一般來說，傳統軟件設計，是從軟件需求描述開始，根據需求分析的結果進行功能設計，在軟件系統的整體結構基礎上劃分功能模塊、確定每個模塊算法，然后進行代碼編寫，最后形成軟件。在這一過程中，軟件設計通常包含了結構設計、數據設計、接口設計和過程設計四個階段。傳統型軟件設計具有以下四個基本特征：抽象、模塊化、信息隱蔽、模塊獨立性。

3.2 面對大數據時代，傳統型軟件設計思路的幾點商榷之處

（1）模塊化減低了軟件研發的復雜性、易于修改、使系統的并行開發更為便捷。但使系統的有機統一性受到影響。（2）數據的類型、形式、結構及其轉換的相關規范和實現應進一步適應大數據時代的需要。（3）系統體系構造應考慮到針對大數據構造大規模系統的要求，在降低復雜性，提高構造運行速度，及設計能夠適應規模增長的系統方面引起重視。（4）程序集成方面，應可借助各種系統構造工具，將軟件設計從源代碼開始，直至程序編譯、程序鏈接等作綜合考慮，以利于形成簡捷高效穩定可靠安全的可執行程序。

4 基于大數據的軟件設計新思路

4.1 軟件設計的實質

比較各種軟件設計的概念，可知軟件設計就是用合適的技術方法，依據工程原理，來完成器件、設備、程序、體系、系統的物理實現的過程。其實質是：設計者通過軟件來完成一定功能，滿足客戶的需要，實現或擴展某些功能的一項創造性活動。只不過，計算機軟件設計與其他工程學科相比，發展時間尚都短，還處在“幼年”，仍需更新的方法、更好的算法分析以及理解力等顯著進化。

4.2 軟件設計的發展方向

隨著時代變遷，大數據風起云涌。軟件開發過程的演化也在隨之改變。從早期的瀑布式開發模型、螺旋式迭代開發，到后來的敏捷開發方法，都體現出不同時代軟件開發過程的特色，以及對軟件研發項目的運作模式。

在大數據時代，智能型機器及設備已廣泛應用到各行業，及家庭辦公、家居生活中，具有新的特色，如：人性化、智能化、靈境化、熵平衡化。

人性化特色。人性化從技術和人的關系來看追求協調，使技術圍繞人的需求來研發。人性化理念，具體體現在滿足消費者的功能需求時，又滿足消費者的心理需求。追求美觀與消費者的生活習慣、操作習慣的完美統一。

智能化特色。現階段設備如手機等，都是現代通信技術、網絡技術、及智能控制技術的綜合集成。設備不僅具有一定的“感知”能力，即具有能夠感知外部世界、獲取外部信息的能力;而且具有“記憶和思維”能力，即能夠根據感知到的外部信息進行一定程度上的分析、計算，進而完成一定程度上的判斷、聯想、決策;更高級的，還具有一定程度上的“學習能力和自適應能力”，以及“行為決策能力”，比如“機器人”、精確制導導彈等。這些系統和產品，都體現了一定的“智能化”。

靈境化特色。大數據，使相關計算產品能，是綜合了計算機圖形技術、計算 機仿真技術、傳感技術、顯示技術等多種科學技術的最新成果，通過采用虛擬現實技術，能夠全部或部分由計算機生成具有一定程度的視覺、聽覺、觸覺等多維感覺環境，給人提供一個觀察并與虛擬環境進行交互作用的多維人機接口，使人可在虛擬環境中接觀察事物的內在變化，并進行交互活動。這都給人一種“身臨其境”的真實感。這一特點尤其體現在影視藝術及相關設備上。

熵平衡化特點。熵定律是科學定律之最，這是愛因斯坦的觀點。在大數據時代，人類更加重視人與自然的和諧共處，因此，在產品研發時，如何做到能源、物質、信息等循環時平衡轉換也是重要課題。

4.3 基于大數據的“歸一”軟件設計模式簡述

“歸一”軟件設計模式又可稱為軟件研發“生命體”模式，或稱“五位一體”目標導向式軟件研發模式，其框架如圖1所示：

在這一框架中，存在著“一心“、“二極”、“五位”、“四環”。其中：“一心”即指軟件設計注重“創新”這一主特色。“二極”指“問題”、“需求”。在這二者的溝通中，探討出問題處理方案，給出軟件設計的基本框架，和相關算法。“五位”指：在“二極”的基礎上，由：A.工具資源;B.規則（含語法類、需求類、領域類又稱供給類、參數設置類）;C.控制手段類軟件措施（如控制類結構語句、類、指針與標志、算法等）;D.創新思想（含硬件方面、軟件方面、問題方面）等四位構成有機整體，在開展研發活動中，要強調這“五者”的有機統一，做到五位一體，融會貫通。“四環”指軟件研發過程中，應通過“結構-行為-目標-績效”四環節完成軟件設計，這一研發行為模式開始于“二極”、在“五位”所構成的外環境中實現目標任務的完成。這是一種以創新思想為主要特色的“目標導向”型行為驅動研發模式。

4.4 “歸一”軟件設計模式的基本特征

（1）從思想上高度重視軟件部分在產品、工程、系統中的重要性，“差之毫厘謬以千里”，要求軟件設計應做到安全、可靠。（2）從數據轉換上，更注重從數據采集、初級數據、代碼、指令、機器碼、控制信號、操作指令、輸出信號到終端的全過程特點，應對各環節的數據形式、結構及轉換作統一考慮。（3）這一模式，根源于人與自然的完整世界觀，探討以新思想去進行軟件設計，從價值工程的角度去進行軟件體系的構造，以充分開發智能型機器的價值。（4）遵循五項設計原則：安全、生態、質量、效率、經濟。

參考文獻

[1] [加]Peter Smith著.深入理解軟件構造系統原理與最佳實踐.仲田等譯.北京：機械工業出版社，2012.

[2] 胡小強.虛擬現實技術.北京：北京郵電大學出版社，2005.

[3] 衛紅春.信息系統分析與設計.西安：西安電子科技大學出版社，2015.