王 穎，柳小軍，郭繼光

(中國電子科學(xué)研究院，北京 100041)

0 引 言

在軟件項(xiàng)目管理中，軟件評(píng)估的準(zhǔn)確與否是關(guān)系著所制定的項(xiàng)目計(jì)劃好壞的一個(gè)重要前提。而軟件規(guī)模評(píng)估是軟件評(píng)估中首要的也是最重要的尺度，軟件規(guī)模評(píng)估是估算軟件產(chǎn)品大小的過程，一旦確定了項(xiàng)目的規(guī)模，即可產(chǎn)生相應(yīng)的開發(fā)進(jìn)度表。但不準(zhǔn)確的規(guī)模評(píng)估將導(dǎo)致項(xiàng)目預(yù)算和工作進(jìn)度的較大偏差。因此，對(duì)軟件項(xiàng)目如何進(jìn)行準(zhǔn)確的規(guī)模評(píng)估研究是一個(gè)重要而切實(shí)的問題。

軟件度量(Software Measurement)是通過各種不同的量度(metric)對(duì)軟件生命周期中的各個(gè)元素進(jìn)行度量(Measure)，它能夠?yàn)轫?xiàng)目管理者提供有關(guān)項(xiàng)目的各種重要信息，同時(shí)也是進(jìn)行大多評(píng)估活動(dòng)的基礎(chǔ)。建立完整可行的軟件度量體系，基于定量的度量和客觀基準(zhǔn)進(jìn)行項(xiàng)目的管理和監(jiān)控，已經(jīng)被公認(rèn)為是軟件項(xiàng)目規(guī)范運(yùn)作、成功執(zhí)行的基本要求之一。正確地運(yùn)用度量可以幫助項(xiàng)目經(jīng)理更好地確定軟件規(guī)模，規(guī)劃資源投入，安排項(xiàng)目進(jìn)度，核算工作量、評(píng)估產(chǎn)出質(zhì)量及評(píng)價(jià)組織績(jī)效。

1 軟件度量方法分析

軟件產(chǎn)業(yè)最初的度量實(shí)踐來自對(duì)軟件規(guī)模的估算，自20 世紀(jì)80 年代，對(duì)軟件規(guī)模測(cè)算的各種各樣的方法就開始被提出來，例如:功能點(diǎn)分析(FPA，function points analysis)、代 碼 行(LOC，lines of code)、德爾菲法(Delphi technique)、COCOMO 模型、特征點(diǎn)(feature point)、對(duì)象點(diǎn)(object point)、3－D功能點(diǎn)(3－D function points)、Bang 度量(DeMarco's bang metric)、模糊邏輯(fuzzy logic)和標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件法(standard component)等，這些估算方法又會(huì)不斷細(xì)化為更多具體的方法。

所提出的這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，專家法最簡(jiǎn)單易行，但誤差最大，不適合開發(fā)商使用;代碼行由于與開發(fā)語言有關(guān)，且誤差也較大，對(duì)有經(jīng)驗(yàn)的開發(fā)商有利，但對(duì)用戶來說沒法掌握;COCOMOII 模型測(cè)算的比較準(zhǔn)，但是參數(shù)的取值比較困難，所以也不太適合用戶評(píng)價(jià);功能點(diǎn)分析法是在20 世紀(jì)70 年代中期，IBM 委托Allan Albrecht 工程師和他的一些同事為解決LOC 度量所產(chǎn)生的問題和局限性而研究發(fā)布的［1］，隨后被國際功能點(diǎn)用戶協(xié)會(huì)(IFPUG，the international function point users' group)提出的IFPUG 方法繼承，在國際軟件行業(yè)范圍得到一致接受和廣泛應(yīng)用。下面將探討如何建立一種基于FPA的軟件度量體系，并應(yīng)用于軟件項(xiàng)目管理。

2 基于功能點(diǎn)分析(FPA)方法的軟件度量

2.1 功能點(diǎn)分析方法介紹

IFPUG 功能點(diǎn)的分析計(jì)算基本過程為:(1)明確用戶需求;(2)確定計(jì)算范圍和應(yīng)用程序邊界;(3)確定基本功能要素及其復(fù)雜性，并轉(zhuǎn)化為功能點(diǎn);(4)確定調(diào)整因子值;(5)計(jì)算已調(diào)整功能點(diǎn)［2］。

功能點(diǎn)測(cè)量中的基本功能要素被分為兩大類共五個(gè)功能要素。(1)數(shù)據(jù)類:內(nèi)部邏輯文件ILF(Internal Logical Files)、外部接口文件EIF(External Interface Files);(2)事務(wù)類:外部輸入EI(External Inputs)、外部輸出EO(External Outputs)、外部查詢EQ(External Queries)。數(shù)據(jù)類功能要素即每個(gè)ILF 和EIF 的復(fù)雜度由數(shù)據(jù)元素類型DET(Data Element Type)和記錄元素類型RET(Record Element Type)決定。事務(wù)類功能要素即每個(gè)EI、EO、EQ 的復(fù)雜度由數(shù)據(jù)元素類型DET(Data Element Type)和引用文件類型FIR(File Types Referenced)決定。

功能點(diǎn)方法由5 個(gè)僅取決于需求規(guī)格說明的要素組成，并有自己特定的規(guī)則，所以它是能取得可重復(fù)和可跟蹤結(jié)果的構(gòu)造性方法。根據(jù)計(jì)算規(guī)則首先確定每個(gè)功能的分類及其功能復(fù)雜度，從而可以得到每個(gè)功能的權(quán)值，全部功能的權(quán)值相加就得到“未調(diào)整的功能點(diǎn)數(shù)”?！拔凑{(diào)整的功能點(diǎn)數(shù)”還不能完整表現(xiàn)出系統(tǒng)的全部基本特征，功能點(diǎn)方法通過14 項(xiàng)系統(tǒng)基本特征進(jìn)行調(diào)整，得到“已調(diào)整的功能點(diǎn)數(shù)”。

功能點(diǎn)分析法(FPA)認(rèn)為整個(gè)項(xiàng)目的規(guī)模由信息處理規(guī)模、技術(shù)復(fù)雜度、功能點(diǎn)數(shù)FP 三部分構(gòu)成。

(1)信息處理規(guī)模

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)可以計(jì)算出系統(tǒng)(或模塊)中所含每一種元素的數(shù)目，乘以加權(quán)值(weight)的合計(jì)數(shù)即為信息處理規(guī)模，稱為UAF(unadjusted function points)［3］。

每種描述權(quán)值對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)見表1。

表1 功能點(diǎn)權(quán)值表

計(jì)算關(guān)系式為

式中每項(xiàng)的計(jì)算分別是統(tǒng)計(jì)值和加權(quán)系數(shù)的累加，因此有

(2)技術(shù)復(fù)雜度

調(diào)整系數(shù)的值取決于14 個(gè)通用系統(tǒng)的特性，每個(gè)特性有相關(guān)的描述，以幫助確定系統(tǒng)特性的影響程度。影響程度的取值范圍為0 ～5，即從沒有影響到有強(qiáng)烈影響。對(duì)這些特性進(jìn)行評(píng)估，可以得到對(duì)系統(tǒng)的調(diào)整系數(shù)VAF(value adjustment factor)，調(diào)整系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)公式為

(3)計(jì)算功能點(diǎn)數(shù)

將功能點(diǎn)數(shù)乘以修訂系數(shù)，則得到修訂以后的功能點(diǎn)數(shù)為

2.2 通用的FSM 抽象數(shù)據(jù)模型

一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的功能性是由一組事務(wù)類型和數(shù)據(jù)組類型來共同描述的。數(shù)據(jù)的概念是把數(shù)據(jù)元素看作是基本項(xiàng)。一個(gè)數(shù)據(jù)組的類型是應(yīng)用系統(tǒng)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)元素的集合，可以基于數(shù)據(jù)組類型中的數(shù)據(jù)元素定義子群，這個(gè)特征描述可以直接應(yīng)用到IFPUG FPA 中。

參考COSMIC－FFP 子過程(Sub－process)的概念，可以使用7 類邏輯活動(dòng)來描述事務(wù)類型，當(dāng)然，這些邏輯活動(dòng)是用于處理數(shù)據(jù)元素的。這7 類邏輯活動(dòng)分別是:

輸入(Entry)活動(dòng) 用戶向應(yīng)用程序輸入數(shù)據(jù)元素的過程。

輸出(Exit)活動(dòng) 將數(shù)據(jù)元素輸出給用戶的過程。

控制(Control)活動(dòng) 用戶輸入控制信息數(shù)據(jù)元素的過程。

確認(rèn)(Confirm)活動(dòng) 確認(rèn)數(shù)據(jù)元素輸出給用戶的過程。

讀取(Read)活動(dòng) 從一個(gè)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)集類型中讀取數(shù)據(jù)元素的過程。

寫入(Write)活動(dòng) 將數(shù)據(jù)元素寫入一個(gè)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)集類型的過程。

計(jì)算(Calculate)活動(dòng) 從一些現(xiàn)有的數(shù)據(jù)元素中計(jì)算新的數(shù)據(jù)元素的過程。

這7 類邏輯活動(dòng)都可以通過FSM 方法的識(shí)別規(guī)則識(shí)別出來，然后使用這些邏輯活動(dòng)可以描述識(shí)別出的數(shù)據(jù)元素。有了這些邏輯活動(dòng)，可以定義:一個(gè)事務(wù)類型就是邏輯活動(dòng)的一個(gè)集合。

一個(gè)應(yīng)用程序理論上應(yīng)包含一個(gè)事務(wù)類型的集合和一個(gè)數(shù)據(jù)組類型的集合。任何一種功能類型在其邏輯功能方面都是不同的，這種區(qū)別首先體現(xiàn)在第一步的抽象中，也就是說第一步的抽象是由其具體規(guī)則通過定義各自的功能點(diǎn)分析變量給出的。在表示FPA 變量及其屬性時(shí)，以向量的形式來表示這種邏輯區(qū)別。因此，一個(gè)應(yīng)用程序是一個(gè)功能類型的向量。

用一個(gè)由τ 個(gè)事務(wù)類型Ti和σ 個(gè)數(shù)據(jù)組類型Fj的向量來定義一個(gè)應(yīng)用［4］，有關(guān)FSM 方法的組件的具體定義如下。

定義1 一個(gè)應(yīng)用程序H 的定義為:H =(T1，…，Tτ，F(xiàn)1，…，F(xiàn)σ)。其中，事務(wù)類型Ti是由大量的邏輯活動(dòng)組成，而與一個(gè)活動(dòng)相關(guān)的解釋是由下標(biāo)加以區(qū)分的。

定義2 一個(gè)事務(wù)類型Ti定義為由一個(gè)由活動(dòng)組成的向量，即Ti=(Pi1，…，Pin)。

一個(gè)活動(dòng)是由以下4 個(gè)特性來刻畫的。

(1)該活動(dòng)所屬的類別θik，即θik∈{Entry，Exit，Confirm，Read，Write，Calculate};

(2)對(duì)于活動(dòng)Read 和Write，要注明所引用的數(shù)據(jù)組類型rik;

(3)該活動(dòng)所處理的數(shù)據(jù)元素的集合Dik;

(4)對(duì)于Calculate 活動(dòng)，要注明所計(jì)算出來的數(shù)據(jù)元素的集合Cik。

而一個(gè)活動(dòng)的具體定義見定義3。

定義3 一個(gè)活動(dòng)Pik就是一個(gè)由以上4 個(gè)特性組成的四元組，即Pik=(θik，rik，Dik，Cik)。

數(shù)據(jù)組類型實(shí)際上就是一個(gè)數(shù)據(jù)元素的集合。每個(gè)數(shù)據(jù)元素都屬于一個(gè)確定的子群。一個(gè)數(shù)據(jù)組類型是由一個(gè)二元序偶的集合來描述的，而每個(gè)序偶是由一個(gè)數(shù)據(jù)元素及其所屬的子群來描述的。具體的定義如定義4。

定義4 一個(gè)數(shù)據(jù)組類型Fj是一個(gè)由序偶組成的集合，即Fj={(dj1，gj1)，…，(djr，gjr)}。其中:djk表示數(shù)據(jù)元素，而gik指定了djk所屬的子群。

根據(jù)以上定義，可以用度量函數(shù)FPM 來表示有關(guān)功能規(guī)模的假設(shè)，即FPM(a)就是應(yīng)用a 的功能規(guī)模，當(dāng)然還可以測(cè)試有關(guān)FSM 度量的假設(shè)。例如，如果現(xiàn)在有2 個(gè)應(yīng)用:a 和a′，假定應(yīng)用a 的規(guī)模大于a′，即FPM(a)＞FPM(a′)。基于這種假設(shè)，對(duì)于一個(gè)給定的應(yīng)用，任何一種FSM 方法都可以根據(jù)事務(wù)和數(shù)據(jù)集進(jìn)行抽象。

2.3 通用的FSM 模型和FPA 的映射關(guān)系

根據(jù)FPA 的數(shù)據(jù)模型可以看出，一個(gè)FPA 活動(dòng)對(duì)應(yīng)于通用模型中的一個(gè)以上的活動(dòng)。具體的映射關(guān)系見表2，表中每種事務(wù)功能允許的活動(dòng)用“√”標(biāo)出。

表2 FPA 的事務(wù)功能和通用FSM 模型之間的映射關(guān)系

2.4 基于通用模型的FPA 的抽象數(shù)據(jù)模型表示

根據(jù)2.2 節(jié)中有關(guān)FSM 方法組件的描述，功能點(diǎn)分析(FPA，function point analysis)中的數(shù)據(jù)功能對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)組類型Fj，而數(shù)據(jù)元素類型(DET，data element type)對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)元素djk，參考文件類型(FTR，file type referenced)對(duì)應(yīng)于該數(shù)據(jù)元素所屬的子群。FPA 方法能夠區(qū)分內(nèi)部數(shù)據(jù)需求和外部數(shù)據(jù)需求，而通用FSM 抽象模型定義了7 類邏輯活動(dòng)來區(qū)分這些需求。因此，認(rèn)為外部接口文件(EIF，external interface file)就是不能在Write 活動(dòng)中使用的一個(gè)數(shù)據(jù)類型。給出FPA 的抽象數(shù)據(jù)模型描述，具體描述如下。

根據(jù)以上描述可以定義一個(gè)度量函數(shù)FPC，即FPC(a)就是應(yīng)用系統(tǒng)a 的功能規(guī)模，具體的描述如下。

WEIF、WILF、WEI、WEO和WEQ表示度量過程中根據(jù)相應(yīng)功能要素的復(fù)雜度等級(jí)所得到的功能點(diǎn)數(shù)量，而其值的決定要素是DET 和FTR 或者DET 和RET 的數(shù)量。具體的取值范圍為:WEIF={7，10，15}，WILF={5，7，10}，WEI=WEQ={3，4，6}，WEO={4，5，7}［5］。

3 功能點(diǎn)分析方法在項(xiàng)目管理中的應(yīng)用

從計(jì)算方法來看，F(xiàn)PA 似乎只是在項(xiàng)目前期進(jìn)行規(guī)模估算的一種工具，但以功能點(diǎn)為基本度量出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合相關(guān)的度量體系，進(jìn)行指標(biāo)的設(shè)定、過程數(shù)據(jù)的收集和分析，則可以很好地輔助項(xiàng)目管理者作出決策，改善軟件過程。這里將以某國家重點(diǎn)項(xiàng)目的規(guī)模估算和進(jìn)度控制過程為例，討論功能點(diǎn)分析法在項(xiàng)目管理中的應(yīng)用。

步驟一:將系統(tǒng)的軟件功能清單中列舉的功能劃入EI、EQ、EO、ILF、EIF 中，并計(jì)算相應(yīng)的個(gè)數(shù)，劃分結(jié)果見表3。

表3 功能點(diǎn)劃分

步驟二:根據(jù)功能描述，大致確定各要素的復(fù)雜程度;確定處理和文件的功能點(diǎn)權(quán)值。

步驟三:未調(diào)整的功能點(diǎn)的計(jì)算。

步驟二、步驟三操作的結(jié)果見表4。

表4 功能點(diǎn)賦值表

步驟四:計(jì)算調(diào)整后的功能點(diǎn)。

為14 項(xiàng)系統(tǒng)基本特征賦值，這里為簡(jiǎn)單起見均賦值為4，即認(rèn)為有很重要的影響，則

已調(diào)整功能點(diǎn)數(shù)= VAF* 未調(diào)整功能點(diǎn)數(shù)=1.21* 249 =301.29。

步驟五:根據(jù)功能點(diǎn)計(jì)算成本。

根據(jù)某科研單位軟件開發(fā)人員的工資情況及項(xiàng)目的實(shí)際環(huán)境，取單位功能點(diǎn)成本為10000元，則該系統(tǒng)的軟件成本為301.29* 10000=3012900 元。

通過以上應(yīng)用實(shí)例證明，功能點(diǎn)估算方法簡(jiǎn)單、實(shí)用、可行性強(qiáng)，對(duì)于客戶來說，可以不必理解功能的具體開發(fā)和實(shí)現(xiàn)過程，而根據(jù)功能的復(fù)雜度粗略估算出系統(tǒng)的規(guī)模，進(jìn)而了解開發(fā)成本，能夠建立開發(fā)者與顧客之間的信任關(guān)系，即開發(fā)者將用戶的需求轉(zhuǎn)化成要實(shí)現(xiàn)的功能，通過功能點(diǎn)的多少來衡量軟件規(guī)模的大小。

4 結(jié) 語

功能點(diǎn)分析方法已將軟件質(zhì)量、生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)分析構(gòu)筑在堅(jiān)實(shí)的經(jīng)濟(jì)學(xué)基礎(chǔ)上，成為軟件度量的基礎(chǔ)。功能點(diǎn)方法是用戶能夠理解的度量方法，它可以在項(xiàng)目的早期準(zhǔn)確度量軟件的規(guī)模。通過借助一種通用的FSM 抽象數(shù)據(jù)模型，把該模型與功能點(diǎn)分析方法相結(jié)合，能夠通過它，用戶可以與軟件開發(fā)企業(yè)達(dá)成確保項(xiàng)目成功的共識(shí)和期望，軟件項(xiàng)目管理人員可以在軟件的整個(gè)生命周期對(duì)它進(jìn)行跟蹤和管理，采取主動(dòng)和量化的方式來處理軟件項(xiàng)目中固有的問題，獲得更精確的估量和更客觀的評(píng)價(jià)。

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