Luận văn Thạc sĩ Công nghệ phần mềm: Nghiên cứu ngôn ngữ đặc tả yêu cầu theo hướng chuyên biệt miền

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TRẦN TRUNG HÀ NGHIÊN CỨU NGÔN NGỮ ĐẶC TẢ YÊU CẦU THEO HƯỚNG CHUYÊN BIỆT MIỀN LUẬN VĂN THẠC SĨ: CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM HÀ NỘI - 2019 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Trần Trung Hà NGHIÊN CỨU NGÔN NGỮ ĐẶC TẢ YÊU CẦU THEO HƯỚNG CHUYÊN BIỆT MIỀN Ngành: Kỹ thuật phần mềm Chuyên ngành: Kỹ thuật phần mềm Mã số: 8480103.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ: CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM Cán hướng dẫn: TS Đặng Đức Hạnh HÀ NỘI - 2019 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Tiến sĩ Đặng Đức Hạnh – giảng viên môn Công nghệ Phần mềm – người dành nhiều thời gian công sức suốt năm vừa qua để hướng dẫn tơi hồn thành luận văn Thầy giúp từ bước đầu tiên, từ việc lựa chọn đề tài phù hợp với đến chia sẻ phương pháp nghiên cứu, kinh nghiệm làm việc, giao tiếp, kĩ cần thiết khơng luận văn mà cịn sống, nghiệp tương lai tơi Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thành viên nhóm nghiên cứu hỗ trợ tơi tận tình khoảng thời gian vừa qua Các anh chị em nhóm biểu tình thần đồn kết cao, tương trợ lẫn cơng việc lớn nhỏ, thảo luận, đóng góp ý kiến với vấn đề thành viên Đó chắn kỉ niệm khó quên người nhóm, đặc biệt với tơi Ngồi ra, tơi xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô giảng viên Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội Những kiến thức chuyên môn, nghiệp vụ kĩ mềm mà thầy cô dạy cho suốt khóa học trở thành tảng để tơi phát triển xây dựng luận văn Tôi xin cảm ơn hỗ trợ đề tài QG.18.61 Đại học Quốc gia Hà Nội Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình, bạn bè người thân đồng hành sống, cung cấp cho tơi ý chí nghị lực để ln vươn lên sống LỜI CAM ĐOAN Tôi Trần Trung Hà, học viên khóa K24CNPM thuộc chương trình đào tạo Thạc sĩ Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội Tôi xin cam đoan nghiên cứu luận văn tôi, hướng dẫn Tiến sĩ Đặng Đức Hạnh Những nghiên cứu chưa báo cáo sử dụng nơi khác, khác Tơi xin cam đoan khơng chép, sử dụng tài liệu, cơng trình nghiên cứu người khác mà khơng thích, trích dẫn cụ thể Cơng cụ FRSL chương trình phần mềm nhóm nghiên cứu Tiến sĩ Đặng Đức Hạnh tự phát triển, không chép mã nguồn người khác Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Học viên Trần Trung Hà MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG Kiến thức tảng 1.1 Đặc tả yêu cầu 1.2 Ca sử dụng 1.3 Ngơn ngữ mơ hình hóa chun biệt miền 1.3.1 Mơ hình hóa chun biệt miền 1.3.2 Khái niệm ngôn ngữ mơ hình hóa chun biệt miền 12 1.3.3 Xây dựng ngơn ngữ mơ hình hóa chun biệt miền 14 1.4 Một số công cụ hỗ trợ 15 1.4.1 Công cụ ANTLR 15 1.4.2 Công cụ PlantUML 17 1.5 Tổng kết chương 18 CHƯƠNG Ngôn ngữ đặc tả ca sử dụng FRSL 19 2.1 Giới thiệu 19 2.2 Miền vấn đề đặc tả ca sử dụng 19 2.3 Cú pháp trừu tượng FRSL 23 2.4 Cú pháp cụ thể FRSL 25 2.5 Một số chuyển đổi từ đặc tả FRSL 27 2.6 Các công việc liên quan 28 2.7 Tổng kết chương 31 CHƯƠNG Cài đặt Thực nghiệm 32 3.1 Giới thiệu 32 3.2 Công cụ hỗ trợ 32 3.3 Bài toán vận dụng 34 3.4 Đánh giá 36 3.5 Tổng kết chương 37 KẾT LUẬN 38 DANH SÁCH KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ANTLR AST FRSL RUCM UML Another Tool for Language Recognition Abstract Syntax Tree Functional Requirement Specification Language Restricted Use Case Modeling Unified Modeling Language DANH SÁCH BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ Hình 1.1: Sơ đồ ca sử dụng Hình 1.2: Sơ đồ hoạt động ca sử dụng Hình 1.3: Hiệu mơ hình hóa chun biệt miền so với đa tính 10 Hình 1.4: Hướng tiếp cận mơ hình hóa chun biệt miền so với UML 11 Hình 1.5: Cấu trúc hướng phát triển metamodel 13 Hình 1.6: Mối quan hệ mơ hình metamodel 14 Hình 1.7: Cây phân tích cú pháp xây dựng ANTLR 17 Hình 1.8: Một biểu đồ đơn giản công cụ PlantUML 18 Bảng 2.1: Ví dụ khn mẫu mơ tả ca sử dụng 22 Hình 2.2: Hệ thống metamodel FRSL 24 Hình 2.3: Cú pháp cụ thể dạng văn FRSL 26 Hình 2.4: Ca sử dụng Rút tiền dạng văn cú pháp cụ thể FRSL 27 Bảng 2.5 (a)(b)(c): Bộ luật giới hạn RUCM 29 Bảng 2.6: Khuôn mẫu RUCM 30 Hình 3.1: Giao diện công cụ FRSL 33 Hình 3.2: Menu plugin cơng cụ FRSL 34 Hình 3.3: Văn đặc tả ca sử dụng rút gọn 35 Hình 3.4: Sơ đồ ca sử dụng sinh từ văn đặc tả 36 TÓM TẮT Đặc tả yêu cầu bước quan trọng trình phát triển phần mềm Ca sử dụng phương pháp thể yêu cầu sử dụng phổ biến nhất, giúp tăng khả diễn đạt, tính dễ đọc nhiều lợi ích khác cho người dùng Tuy nhiên, nhiều vấn đề hạn chế trình thiết kế phân tích ca sử dụng Vì vậy, cần phải phát triển phương pháp đặc tả ca sử dụng tốt hơn, với hiệu chất lượng cao Luận văn hướng tới xây dựng ngôn ngữ đặc tả ca sử dụng, phát triển theo hướng mơ hình hóa chuyên biệt miền nhằm đem đến kết tốt cho trình đặc tả Được xây dựng miền vấn đề ca sử dụng, tư tưởng ngơn ngữ phân tích mơ hình hóa mơ tả ca sử dụng viết dạng văn thành mơ hình dựa hệ thống metamodel dựng sẵn Mơ hình tổng hợp sau chuyển sang dạng khác để hoàn thành mục tiêu khác Ngơn ngữ sau phát triển công cụ hỗ trợ, giúp người dùng dễ dàng tiếp cận mở rộng tính dựa theo yêu cầu cụ thể MỞ ĐẦU Những năm gần đây, chứng kiến bùng nổ khoa học công nghệ Với cách mạng công nghiệp lần thứ tư bước diễn ra, tất lĩnh vực đời sống ngày phát triển mãnh mẽ tồn giới Trong đó, ngành cơng nghiệp phần mềm ngành tổng hợp đa dạng nhất, đóng vai trị thiết yếu tốc độ phát triển ứng dụng công nghệ Một bước quan trọng trình phát triển phần mềm khâu đặc tả yêu cầu Cấu trúc yêu cầu phần mềm phức tạp, đặc biệt dự án lớn Những người đưa yêu cầu thường người xây dựng phần mềm, nên để người phát triển hiểu xác yêu cầu khách hàng, cần phải đưa đặc tả yêu cầu phần mềm chi tiết Một đặc tả tốt cần phải giúp cho người xem hiểu vấn đề, xác định phạm vi khả hệ thống Người phát triển phần mềm phải nắm hành vi mà người sử dụng thực hiện, tính mà hệ thống cung cấp, ràng buộc hệ thống Ngồi ra, q trình phân tích đặc tả yêu cầu thường gặp nhiều khó khăn Những sai sót đặc tả ảnh hưởng trực tiếp đến sản phẩm phần mềm Việc định hướng trước tính tương lai khó, đồng thời thời gian phát triển yêu cầu thay đổi nhiều Những người đưa yêu cầu hiểu biết sâu phần mềm, người xây dựng phần mềm thường không hiểu vấn đề chun ngành nói tới Vì vậy, đặc tả cần phải thể cho hai bên hiểu, cho người dùng biết rõ họ thực muốn mức độ khả thi nào, giúp nhà phát triển xác định rõ để đưa điều vào chương trình phần mềm Một phương pháp thể yêu cầu sử dụng phổ biến ca sử dụng (use case) Ca sử dụng định nghĩa thể trình tự hành vi bao gồm hành vi thay trình tự lỗi, qua đặc tả yêu cầu chức hệ thống Đây hành vi tương tác hệ thống yếu tố bên để tạo nên giá trị sử dụng [10] Ưu điểm đặc tả ca sử dụng tính dễ hiểu dễ dùng, giúp cho người đưa yêu cầu tiếp cận sử dụng Tuy nhiên, nhược điểm mô hình ca sử dụng thường có số thành phần khơng rõ ràng, gây khó khăn cho việc phát triển theo hướng mơ hình Với phát triển cơng nghệ mạnh mẽ cách mạng công nghệ 4.0, yêu cầu ngày trở nên phức tạp hơn, ca sử dụng ngày khó diễn đạt cần phân tích, đặc tả cách xác Nhiều nghiên cứu đề cập cung cấp phương pháp giải vấn đề này, [2] đưa ngôn ngữ USL để đặc tả ca sử dụng Mơ hình USL thể thành phần liên quan chặt chẽ đặc tả ca sử dụng bao gồm luồng, bước, hành vi hệ thống (system action), hành vi người dùng (actor action), mối quan hệ, luồng điều khiển ràng buộc Tuy nhiên, USL cung cấp cú pháp cụ thể dạng đồ họa, khiến cho việc tiếp cận người sử dụng để tạo mơ hình USL cịn nhiều hạn chế Ngồi ra, cấu trúc USL phức tạp xây dựng theo khn khổ chặt chẽ, khó có khả mở rộng đáp ứng với thay đổi sau Nhằm mục tiêu giải vấn đề trình đặc tả ca sử dụng – đặc tả yêu cầu phần mềm, đồng thời cải thiện hạn chế nghiên cứu trước đây, luận văn đề xuất ngơn ngữ mơ hình hóa chuyên biệt miền có tên Functional Requirement Specification Language (FRSL) để đặc tả ca sử dụng Hướng tiếp cận bao gồm trình xác định khái niệm miền đặc tả ca sử dụng, từ xây dựng cú pháp trừu tượng cho ngôn ngữ dạng metamodel FRSL cung cấp cú pháp cụ thể dạng văn để làm ngữ pháp cho việc xây dựng mơ hình Mơ hình FRSL sau chuyển đổi sang dạng khác ca kiểm thử, mơ hình thiết kế, mẫu phần mềm, Luận văn hướng tới xây dựng công cụ hỗ trợ cho trình tạo, sử dụng lưu trữ mơ hình FRSL, đồng thời xây dựng cơng cụ dựa kiến trúc plugin, cho phép khả nâng cấp mở rộng tương lai cách dễ dàng Những người sử dụng cộng đồng lập trình viên đóng góp plugin họ tự phát triển để phục vụ cho nhu cầu cụ thể Luận văn trình bày theo năm phần: Mở đầu: Giới thiệu vấn đề, mục tiêu đề tài Chương 1: Trình bày kiến thức tảng đặc tả yêu cầu ngôn ngữ mơ hình hóa chun biệt miền Giới thiệu sơ lược công cụ hỗ trợ sử dụng trình xây dựng ngơn ngữ Chương 2: Diễn giải miền đặc tả ca sử dụng Trình bày cú pháp trừu tượng cú pháp cụ thể FRSL Giới thiệu số chuyển đổi từ đặc tả FRSL Chương 3: Áp dụng xây dựng công cụ hỗ trợ Vận dùng trình bày kết thực nghiệm Kết luận: Kết đạt hướng phát triển ... CÔNG NGHỆ Trần Trung Hà NGHIÊN CỨU NGÔN NGỮ ĐẶC TẢ YÊU CẦU THEO HƯỚNG CHUYÊN BIỆT MIỀN Ngành: Kỹ thuật phần mềm Chuyên ngành: Kỹ thuật phần mềm Mã số: 8480103.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ: CÔNG NGHỆ PHẦN... dụng ngôn ngữ đặc tả chuyên biệt miền vấn đề ca sử dụng Nhiều nghiên cứu [2] [4] [12] theo hướng xây dựng ngôn ngữ tập trung vào số thành phần ca sử dụng Luận văn nghiên cứu đề xuất ngôn ngữ FRSL... chia yêu cầu thành hai loại: yêu cầu chức yêu cầu phi chức Trong kỹ thuật phần mềm, yêu cầu phi chức yêu cầu phần mềm sử dụng để diễn tả phần mềm làm gì, mà diễn tả phần mềm làm điều Yêu cầu phi