公理设计-由奇怪海战引起的软件设计思考

前几天看到了一个博客，推荐了《公理设计》一书，还有其相关的文档以及视频。简单了解了一下，增深了一些对软件设计的理解，特此也推荐给你们。

公理设计理论将设计创建在科学公理、定理和推论的基础上，由麻省理工学院教授 Nam. P. Suh 领导的研究小组于 1978 年提出，适用于各类类别的设计活动。软件设计固然也属于一类工程设计过程，下面咱们就来看一下二者的关联。

奇怪的海战

首先从1862年11月13日的一场海战讲起。这场海战“标志着蒸汽动力铁甲舰新时代的到来。为了便于理解，我这里对舰船名称进行了修改，想了解的朋友能够百度 U.S.S. Monitor battles C.S.S. Virginia.

南方叛军的大大号战舰，体型庞大，很是凶悍。已经击沉了两艘联邦军舰。北方政府军则只派出小小号，一艘很是小，火力也小多的军舰。

大大号顾名思义，它船体特别的大，可是都是固定炮塔，两侧和首尾有不少门炮。而小小号虽然小，却有一个能够旋转的炮台。

咱们能够理解为一条战舰须要有两个基础功能：调整航行方向和调整炮击方向。

对于大大号，这两个功能需求是耦合 couple 的，要改变炮击方向，就须要将船只转向。而对于小小号，这两个功能需求则是解耦合 decouple 的，航行方向与炮击方向无关，炮击方向能够独立调整。

因而小小号一直尽可能守在大大号的射击死角攻击，而大大号虽然火力猛烈则必须不断经过改变航线来调整炮击方向，因而就不断绕圈。这两条船打了4个小时，大大号不得不撤退了，小小号得到了胜利。

因而可知功能之间的解耦十分重要，它增长了便捷性和灵活性。

工科生最爱的映射矩阵

​书中由海战做为引子，介绍了设计过程当中的四个域（Domain）：

• CNs：Customer Needs，客户域，就是客户描述的一大堆天然语言也说不清楚的事情，什么高端大气上档次之类的东西。
• FRs：Functional Requirements，功能域，从 CNs 域到 FRs 域的变换，就是把客户漫无边际的需求翻译成一些可定量的参数，好比战舰控制系统的 FR 是控制航行方向和控制开炮方向。
• DPs：Design Parameters，设计参数，或者叫物理域，实现 FRs 的物理参数，好比航向控制器和炮塔控制器。
• PVs：Process Variables，过程变量，或者叫过程域，是描述实现功能过程当中涉及的过程变量。

相邻域之间的映射，能够当作目标（作什么？）和手段（怎样作？）之间的对应关系。设计过程是相邻域中特征向量之间映射和转换过程。

例如，用户域元素映射到功能域的过程，其实是将用户需求转变成产品功能要素的过程，即产品规划；功能域向物理域的映射过程是产品的设计过程；从物理域到过程域的映射则可当作“加工产品”的过程。

其中最为重要的是FRs（功能需求）到DPs（设计参数）的映射，这也是咱们软件开发过程当中最长接触的步骤，需求文档有了，如何进行代码设计并实现。

书中以矩阵向量的方式讲述了 FRs (功能需求) 和 DPs (设计参数) 的映射关系，也就是上图中由 A 变量组成的矩阵表明着 FPs 到 DPs 的映射。不一样的矩阵表明着不一样的映射关系，其实咱们不须要关心矩阵各个位置的具体值如何计算，只需简化的了解若是 FP 和 DP 有关联，则矩阵相应位置上的值为1，不然为0。

好比说小小号上的状况，有两个功能须要：FR1（调整航向）和FR2（调整开炮方向）；以及两个设计参数：DP1（船舵）和DP2（旋转炮塔）

其中转动船舵的时候，船会转向，因此A11这里是X，同时船身上的炮塔也跟着船一块儿转向，因此也影响开炮方向FR2，所以A21也是X。 而在旋转炮塔的时候，不影响船的航行方向，因此A12这里是0。

好的设计？

因此，基于上边这个映射矩阵，好的设计应该有两个特色：

• 首先FRs（功能需求）的数量N，应当等于DPs (设计参数）的数量M。
• 每个FR（功能需求）与且只与一个DP（设计参数）相互关联。

也就是说映射矩阵是一个对角矩阵，对角线上有值，其余位置都是0。《程序员修炼之道》中也说起了相似的思想，也就是正交性一节。那一节的提示是消除无关事务之间的影响，正好和这里映射矩阵是对角矩阵不谋而合。当映射举证是对角矩阵时，说明 FR 和 DP 一一对应，不会有交叉影响。当某一个 FR也就是需求发生变动时，只须要修改一个DP。

固然对角矩阵属于比较理想的状况，书中也罗列了一些其余类型的映射矩阵。

其中最差的状况是 FRs（功能需求）的数量N，小于 DPs(设计参数）的数量M。也就是大大号中的情景：它有两个功能需求，FR1 调整航向
和FR2 调整开炮方向，但只有一个DP1 船舵。因此它的映射矩阵以下图所示。

书中还继续讲解了矩阵分解的知识，也就是对应了需求功能点细分到软件详细设计细分等部分的内容，有兴趣的小伙伴能够本身去看看。

总结

因此书中最后给出两个千米：

• 独立公理（功能独立性公理)
• 信息公理（信息量最少公理）

这不正是软件设计中常常说起的松耦合和高内聚嘛。模块相互独立互不影响就是松耦合，最小化信息量就是不对外暴露过多信息，也就是高内聚或者信息隐藏。

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