ELEC5620 Week 12 全课复习与考点总览讲课总结

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ELEC5620 Week 12 Unit Review：按需求模型、构建时与运行时设计模型、元模型、开发过程模型四类梳理全课考点与易错点，附各周笔记索引、画图检查清单、贯穿全课的综合建模练习和 Tutorial 12 的 Profile/OCL 回顾。

ELEC5620 Week 12：Unit Review 全课复习与考点总览

课程：ELEC5620 — Model Based Software Engineering，Semester 2 2026 讲师：Dong Yuan 来源：讲义 PDF Unit Review.pdf（47 页）+ ELEC5620-TUT-12.pdf（30 页，Profile 与 OCL 回顾）。Week 12 文件夹没有 Lab Note；课程文件夹中没有 Exam Prep 材料。本周无转录稿。

期末考形式（见 Week 01 1.2）：闭卷、线下，占 40%，以建模为主——给定场景，画模型、设计模型；老师明确说不会考“写出软件架构的定义”这类默写题。所以本篇按“会画什么、画对的标准是什么”来组织。

一、全课地图（Unit Review 第 2 页）

讲义把整门课归纳成四类模型：

类别 内容 对应周次
Requirement Models Ad hoc requirements、feature diagram、use case overview diagram、use case specification W3
Design Models — Build-time class diagram、package diagram、profile diagram W5、W8、W11
Design Models — Runtime object diagram、collaboration、port、structured class、activity diagram、communication diagram、sequence diagram、interaction overview diagram、state machine diagram W6、W7
Meta-Models 元模型、MOF、四层架构、UML 元模型实例化 W10
Development Models Heavy weight：Waterfall、Spiral；Light weight：Agile、DevOps W8、W9

另外贯穿全课的架构概念：架构定义、视点与视图（4+1）、MoC、控制与功能、架构模式（W1、W2、W4、W5）。

1.1 各周笔记索引

  • Week 1：软件架构导论 → Week 01
  • Week 2：MBSE 导论 → Week 02
  • Week 3：需求建模 → Week 03
  • Week 4：架构设计（上）：视点、MoC、控制 → Week 04
  • Week 5：架构模式 + 结构建模（上） → Week 05
  • Week 6：复杂结构 → Week 06
  • Week 7：行为建模 → Week 07
  • Week 8：模型组织 + 敏捷 → Week 08
  • Week 9：软件过程模型 → Week 09
  • Week 10：元建模 → Week 10
  • Week 11：Profile 与 OCL → Week 11
  • Lab：Lab 1–6 → Lab 1–6 总结

二、需求模型

2.1 三种方法（讲义复习页原文要点）

方法 视角 特点
Ad hoc 混合 what / how / how well 不系统、非正式、易出错（遗漏、冲突、不一致、歧义），但最常见的起点
Feature analysis capability-based view 系统 = 一组期望属性
Use case analysis operational view 系统 = 实现利益相关者目标的功能能力

三者务实结合最好。

2.2 特征图（复习页的新例子：PC Configuration）

PC Configuration
├── RAM      ⟨xor⟩  1 GB | 3 GB
├── OS       ⟨xor⟩  Windows 7 | Linux
└── ○ Extras ⟨or, at least one⟩  DVD drive | Printer | Display Screen
Constraint: if (Windows 7) then 3 GB

练习：一共有多少种合法配置？

不选或选个

约束 “Windows 7 ⇒ 3 GB” 排除 (Windows 7, 1 GB) 这一组合：OS×RAM 合法组合从 4 降为 3，所以合法配置 。（如果 Extras 是 mandatory 而非 optional，则为 ——做题时先看清 Extras 是实心还是空心圆点。）

2.3 Use case

  • 概念框架：Actor（有目标）↔︎ System under consideration（有职责支持 actor 目标）↔︎ Other system
  • Cockburn 要素：目标驱动；trigger 开始；以明确结果结束（成功/失败场景）；失败从失败点分叉
  • 模板：Name / Goal / Level / Precondition / Success condition / Failure condition / Trigger + main scenario + extensions
  • 关系：«include» 指向被包含用例；«extend» 指向基用例（带 extension point）；泛化空心三角指向父
  • Agentic use case（W3）：业务结果目标、权限（能力 ≠ 许可）、可观察成功证据、失败/不确定性作为正常分支、人工检查点

画 use case 图检查清单： - [ ] 系统边界框 + 系统名 - [ ] Actor 在框外，是角色（名词），外部系统也算 actor - [ ] Use case 是动词 + 名词的目标，不是 UI 步骤 - [ ] include / extend 箭头方向正确，extend 标条件或扩展点 - [ ] 至少一个核心 use case 写出完整描述（含 extension）

三、架构与设计原则（复习页提到的部分）

概念 必会要点
Architects and Stakeholders（Kruchten 图） 架构师平衡终端用户、销售、开发经理、开发者、系统管理员的关注点 → “Where do we start?”
Architecture and Evolution 架构根本性地影响演化能力；架构选择（单机 vs 分布式）决定新需求落到哪个解
Viewpoint vs View 视点 = 关注点 + 表示技术；视图 = 视点应用于具体系统的结果
4+1 Logical（类/顺序图）、Development（包图）、Process（活动图，并发）、Physical（部署图）、+1 Scenarios
MoC structure-dominant / procedural / data flow；不要混淆 agent 推理循环与系统 MoC
控制 分离控制与功能；集中控制；星形/递归控制模式
模式 pipe-and-filter、shared-data、layering、SOA、MVC；agent 模式按不确定性 × 协调选

四、设计模型：构建时（Build-time）

4.1 类型、实例、分类器

  • Type 规定一类实体，instance 是其中个体；模型（M1）«represents» 真实世界（M0）
  • Classifier：共享特征 + 可按特征划分子集合；Class、Association、Interface、UseCase、Behavior、Collaboration、Component、Node……所有分类器都可作类型
  • Class = 对象集合的规格；Association = 链接集合的规格

4.2 泛化 vs 关联（复习页强调）

Generalization 是类之间的关系（不是实例之间的）；Association 表示实例之间的关系。 例：Person ◁— Adult、Child（泛化）；Adult (parent 1..2) —— (child 0..*) Child（关联）。类模型抽象掉了所有具体个案。

4.3 类图记号速查

元素 记号
类 三栏：名 / 属性 vis name : Type [mult] = default {prop} / 操作 vis op(p : T) : R
可见性 + public、- private、# protected、~ package
派生属性 /name
关联 实线，两端多重性 + 角色名；导航箭头；端点黑点 = 由对端类拥有
多重性修饰 {unique}（默认）、{ordered}（默认 unordered）
聚合 / 组合 空心 / 实心菱形在整体端；组合 = 删除语义
泛化 实线 + 空心三角指向父；泛化集
接口实现 / 使用 虚线 + 空心三角（realize）；«uses» 虚线箭头；lollipop / socket
依赖 虚线 + 开放箭头，client → supplier
关联类 关联线上虚线挂一个类
约束 {...} 行内或附注（OCL）

4.4 包图

  • 包 ≈ 文件夹，是命名空间；限定名 A::B::C
  • «import»（public，可传递，private 元素不导入，重名用限定名）、«access»（private，不传递）、«merge»（同名元素合并）
  • 复习页的 merge 例子：X{A, D} «merge» Y{A, B, C} ⇒ X{A, B, C, D}
  • Model（三角形图标，有 viewpoint 属性）、«modelLibrary»
  • 包含用 ⊕ 或嵌套，不用黑菱形

4.5 Profile 图

  • «profile» 包内：«stereotype» 通过 Extension（实线 + 实心三角） 扩展 «metaclass» UML::Class / UML::Operation …
  • 构造型的属性 = tag definitions；约束用 OCL
  • 复习页再次给出 Semaphore 例子：«stereotype» Semaphore { limit : Integer; getSema : Operation; relSema : Operation }，约束 {active->size() <= limit}、{limit <= MAXlimit}

五、设计模型：运行时（Runtime）

5.1 为什么需要运行时模型

复习页再次放出 “这个类图描述了多少种运行时配置？”——ClassA/ClassB 各有 left/right 两条 1 对 1 关联，可以是 a1⇄b1，也可以是 a1→b1→a2→b2→a1 的环……无穷多种 ⇒ 类图不足以精确表示运行时结构。

5.2 对象图、协作、结构化类

元素 要点
Object diagram 快照；name : Class（下划线）；只有名称+属性值两栏；链接没有多重性；共享对象只画一个
Collaboration 一组通过连接器通信的角色；“角色可以代表一个实例或更抽象的东西”；不能实例化；受约束角色 Hamlet : YoungMan vs 无约束 Ghost
Collaboration Use 应用协作规格：BrokeredSale 中 wholesale : Sale、retail : Sale，broker 两次扮演不同角色
Structured class 外部端口 + 内部 parts / connectors；委托连接器连外部端口与内部 part；可作为单元创建销毁；一端口一接口

5.3 行为

主题 必会
Passive vs Active 被动：被调用就响应（可能冲突）；主动：只在 receive 时响应（消息队列，RTC）
Action 活动中的原子步骤，圆角矩形
Activity diagram 初始/活动终止/流终止；decision/merge；fork/join；对象节点、pin；泳道；可中断区域；前后置契约（复习页再次给出 Order Processing 例子）
Sequence diagram 生命线、同步（实心箭头）/ 异步（开放箭头）/ 返回（虚线）；alt、opt、loop、par、ref、sd（复习页再次给出 ATM-transaction + CheckPin 例子）
Communication diagram 带序号消息，强调链接结构（1 query、2a/2b get）
Interaction overview 活动图外壳，节点是交互（ref Authorization、ref DoMore）
State machine 初始伪状态、状态、trigger [guard] / action、终止状态；exit → transition → entry（复习页再次给出 LampOn/LampOff 例子）；junction vs choice；层次状态、组转移、完成转移、正交区域

状态机动作顺序复习题（复习页例子，答案必背）：

情况 序列
LampOn 收到 off，转到 LampOff printf("exiting") → printf("to off") → lamp.off()
LampOff 收到 off（自转移） printf("exiting") → printf("needless") → lamp.off()
W7 例题：S1::S11 收到 E1 → S2 exS11 → exS1 → act1 → enS2 → enS21

六、元模型

要点 内容
定义 规定建模语言抽象语法、定义良构规则，独立于具体语法；模型是元模型的实例
DSL 由元模型定义，是自动化、工具支持处理的基础
四层 M0 运行时对象 / M1 模型 / M2 元模型（UML）/ M3 元元模型（MOF，自描述）
语言组成 抽象语法 + 具体语法 + 语义（+ 映射）
UML 元模型片段（复习页版本） Element ← NamedElement{name}；DirectedRelationship{sources 1.., targets 1..} ← Generalization；Classifier{generalizations 0.., features 0..}；**TypedElement —types 1..*→ Type；Class{attributes, operations}；PrimitiveType**
图的种类 Structure：Class、Object、Package、Deployment、Composite Structure、Profile；Behavior：Activity、Statechart、UseCase、Interaction（Sequence、Communication、Timing、Interaction Overview）

复习页练习（与 W10 相同，必会）：把 A [a 0..1] —— [b 0..2] B 画成元模型实例：

a : AssociationEnd {lowerBound = 0, upperBound = 1} ──target──▶ : Class {name = "A"}
b : AssociationEnd {lowerBound = 0, upperBound = 2} ──target──▶ : Class {name = "B"}
: Association ──ends──▶ a, b

七、开发过程模型

Waterfall Spiral Agile DevOps
类型 重量级 重量级 轻量级 轻量级（敏捷的延伸）
核心 阶段、可预测 风险 迭代、反馈 交付与运行、自动化
适合 需求稳定、多地点大型工程 复杂高风险 需求多变 持续演化的在线服务

复习页的一句话动机：系统太大太复杂，一个人建不出来 ⇒ 需要一个协调人的计划。 传统模型：Waterfall、Spiral；敏捷模型：Extreme Programming（以及 Scrum）。

Scrum 三三三：Product Owner / Scrum Master / Team；Product Backlog / Sprint Backlog / Impediments List；Planning / Daily Scrum / Sprint Review（+ Retrospective）。敏捷宣言四对价值要能写出来。

八、Tutorial 12 要点：Profile 与 OCL 回顾

Tutorial 12 回顾 Week 11 的内容，没有新增知识点：

  • 特化 UML、SysML/MARTE、Profile 的两种用途、Stereotype 与 tag definition
  • Semaphore 和 AI Agent 构造型；Extension vs Generalization 记号
  • Overlay Profile（apply/unapply 不改变模型）
  • OCL：context/inv、. vs ->、数据类型、运算符、集合操作、exists/forAll、pre/post/@pre/body
  • HealthcareAgent 案例：Decision / Controller / Service 三组件；四阶段工作流；«Agent»、«Tool»（扩展 Operation）、«DataSource» 三个构造型

详细内容和 OCL 练习见 Week 11。

九、综合建模练习（模拟“给定场景画模型”）

场景（自拟，覆盖全课）：一家一人 AI 宠物医院预约公司。宠物主人在网页上描述宠物症状；Triage Agent 判断紧急程度：紧急则立即通知值班兽医；不紧急则 Booking Agent 查询诊所排期系统、给出时段，主人选择后预约；预约需要兽医批准后才最终确认；预约前 24 小时发提醒。诊所排期系统和短信服务是外部系统。

9.1 Use case 图

  • Actors：Pet Owner、Vet、Clinic Scheduling System、SMS Service、（时间触发的）Scheduler
  • Use cases：Describe Symptoms、Book Appointment、Approve Booking、Send Reminder、Notify Emergency
  • 关系：Book Appointment --«include»--> Check Availability；Notify Emergency --«extend»--> Describe Symptoms（条件：urgent）

9.2 Use case 规格（Book Appointment，agentic 写法）

字段 内容
Goal 宠物在合适时间被兽医看诊（业务结果）
Authority Booking Agent 可读排期、创建待审批预约；不能直接确认预约
Success 兽医批准的预约已确认，主人收到通知
Failure 未确认任何预约；主人收到原因
Extensions 3a {无可用时段} → 提供候补名单；5a {兽医拒绝} → 释放时段并通知主人；任意步 {排期系统不可用} → 重试 3 次后转人工
Human checkpoint 第 5 步兽医批准

9.3 类图（关键部分）

classDiagram
    class Agent {
        <<abstract>>
        name : String
        maxSteps : Integer
        perceive()
        act()
    }
    class TriageAgent {
        assess(report) : Urgency
    }
    class BookingAgent {
        proposeSlot() : Slot
    }
    class Orchestrator {
        dispatch(request)
    }
    class Appointment {
        status : AppStatus
        time : DateTime
        approve()
        reject()
    }
    class Pet {
        name : String
        species : String
    }
    class Owner {
        name : String
        phone : String
    }
    class SchedulingAPI {
        <<interface>> getSlots()
        book(slot)
    }
    Agent <|-- TriageAgent
    Agent <|-- BookingAgent
    Orchestrator o-- "1..*" Agent
    Owner "1" --> "1..*" Pet : owns
    Pet "1" -- "0..*" Appointment
    BookingAgent ..> SchedulingAPI : uses

（Mermaid 简化了记号：画在纸上时 Owner ◆— Pet 是否用组合取决于“删除主人是否删除宠物记录”，要在答案中说明理由。）

9.4 对象图（某一时刻）

triage1 : TriageAgent、booking1 : BookingAgent、orch : Orchestrator、alice : Owner {phone = "04xx"}、milo : Pet {species = "cat"}、appt42 : Appointment {status = pendingApproval, time = 2026-11-20 10:00}；链接 orch—triage1、orch—booking1、alice—milo、milo—appt42。只画一个 appt42。

9.5 活动图

泳道 Owner / Triage Agent / Booking Agent / Vet / Scheduling System：Describe symptoms → Assess urgency → ◇ urgent? → [yes] Notify vet（flow final 或进入紧急流程）；[no] Get slots → Present slots → Select slot → Create pending booking → Vet approves? ◇ → [yes] Confirm → fork（Send confirmation SMS ∥ Schedule reminder）→ join → end；[no] Release slot → Notify owner。

9.6 顺序图

owner → orch: describe(symptoms)；orch → triage1: assess()；alt [urgent] orch → vet: notifyEmergency()；[else] ref BookAppointment。sd BookAppointment：booking1 → scheduling: getSlots()（同步）……booking1 → vet: requestApproval()（异步，开放箭头）；alt [approved] / [rejected]。

9.7 状态机（Appointment）

stateDiagram-v2
    [*] --> Proposed
    Proposed --> PendingApproval : ownerSelects / createBooking()
    PendingApproval --> Confirmed : vetApproves / notifyOwner()
    PendingApproval --> Cancelled : vetRejects / releaseSlot()
    PendingApproval --> Cancelled : after(24h) / releaseSlot()
    Confirmed --> Reminded : when(now >= time - 24h) / sendSMS()
    Reminded --> Completed : visitDone
    Confirmed --> Cancelled : ownerCancels
    Completed --> [*]
    Cancelled --> [*]

覆盖了 signal/call 事件、time 事件（after）、change 事件（when）——考试中最好三种事件都能体现。

9.8 包图 & 部署图

  • 包：UI、Agents、Domain、Integration；UI --«import»--> Agents --«import»--> Domain；Agents --«access»--> Integration
  • 部署：«device» Owner Browser —HTTPS— «node» App Server {Orchestrator, Agents} —JDBC— «node» DB Server；App Server —HTTPS— Clinic Scheduling System、SMS Gateway、LLM API（只发去标识化数据）

9.9 Profile 与 OCL

«profile» PetClinicAgent
«stereotype» Tool  ━▶ «metaclass» UML::Operation   { effect : Effect, approvalRequired : Boolean }
«stereotype» Agent ━▶ «metaclass» UML::Class       { maxSteps : Integer }
context PetClinicAgent::Tool inv WriteNeedsApproval:
    self.effect = Effect::write implies self.approvalRequired
context Appointment inv OneActivePerPet:
    self.pet.appointment->select(a | a.status = AppStatus::Confirmed)->size() <= 1
context Appointment::approve()
    pre:  self.status = AppStatus::PendingApproval
    post: self.status = AppStatus::Confirmed

9.10 元模型实例（加分项）

把类图里的 Pet "1" -- "0..*" Appointment 画成 : Association + 两个 : AssociationEnd {lowerBound, upperBound} + 两个 : Class 的对象图（同 W10 练习）。

十、期末复习策略与高频易错点

10.1 复习顺序建议

  1. 先把七种图画熟：use case、类图、对象图、活动图、顺序图、状态机、包图（+部署图、profile 图）——每种至少徒手画 2 次
  2. 再过概念对比表：view vs viewpoint、structure vs behavior MoC、active vs passive、junction vs choice、include vs extend、import vs access vs merge、Extension vs Generalization、M0–M3、四种过程模型
  3. 最后看 agentic 部分：有界自治 use case、agent vs service 决策树、agent 模式选型、BDI、agentic 元模型与 HealthcareAgent profile——老师每讲都把这部分放在最后，是本学期新增重点

10.2 高频易错点汇总

# 易错点 正确做法
1 include/extend 箭头方向 include → 被包含；extend → 基用例
2 Actor 写成人名或系统内部组件 Actor 是外部角色
3 组合菱形画在部分端 菱形在整体端
4 对象图写多重性 链接没有多重性
5 共享对象画两次 一个身份只画一个框
6 用 join 合并 decision 分支 decision 配 merge，fork 配 join
7 activity final 与 flow final 混淆 前者全停，后者只停一条
8 顺序图同步/异步箭头 同步实心，异步开放，返回虚线
9 状态机动作顺序 exit（内→外）→ transition → entry（外→内）；自转移也 exit/entry
10 守卫有副作用；choice/junction 混用 守卫纯谓词；依赖前半段计算结果用 choice
11 正交区域建模并发对象 正交区域只表示同一实体的不同视角
12 包含关系用黑菱形 包包含用 ⊕ 或嵌套
13 «access» 当成可传递 access 是私有导入，不传递
14 Profile 中构造型到元类用空心三角 Extension 用实心三角
15 OCL 集合用点号 集合用 ->，属性用 .
16 M1/M2 层次说错 问“它是谁的实例”
17 敏捷宣言说成“右边没价值” 右边有价值，左边更重要
18 所有功能都做成 agent 无需上下文判断的用确定性服务；写操作加审批

结语

讲义最后引用丘吉尔：

“Now this is not the end. It is not even the beginning of the end. But it is, perhaps, the end of the beginning.”

并提醒大家填写 SET（Student Experience of Teaching）问卷，老师希望至少 67% 的回复率。