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基于统一建模语言的图书馆管理信息系统设计与应用

Jianhu Zheng, Yunqing Feng, Yun Zhao

1 Transportation Engineering Institute of Minjiang University, Fuzhou 350121, China

2 School of Economics and Management, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China

Email: zjianhu1028@163.com yq.fung@gmail.com zhaoyun0614@126.com

摘要：本文首先介绍了统一建模语言（UML）的主要内容，并证明它可以有效地在用户，开发人员，设计人员和管理人员之间传递信息，提高了他们的协作能力，大大提高了工业化程度。在软件开发项目中。其次，开展了图书管理系统的开发和设计，基于UML建模机制分析了一个简单的图书馆管理系统。第三，利用UML建模机制，在分析简单的图书馆管理系统后，借助案例图和分析图建立了管理系统的需求分析模型。然后通过设计类图和序列图在图书馆管理系统中设计了图书借阅管理子系统。设计过程表明，作为软件工程的建模语言，UML具有很好的应用前景。

关键词：面向对象系统分析与设计; UML;图书馆管理系统。

1．简介

随着计算机技术的飞速发展和信息化水平的不断提高，软件的生产规模不断扩大，传统的软件建模语言已无法满足软件开发的需求。因此，如何在合理的时间内开发出高质量的软件已成为亟待解决的问题。同时，人们对软件开发的设计，维护和管理提出了更高的要求，包括缩短软件开发周期，提高软件质量，保障软件的可持续发展。所有这些问题都可以通过引入统一建模语言逐步解决。统一建模语言（UML）[1]是一种标准的，面向对象的，基于组件的软件系统建模工具。它是用于绘制软件系统模型的可视描述的工具。过去，许多面向对象的建模语言都是独立的。 UML的出现解决了软件交换的最大问题。 UML的使用使得诸如用户，分析员，开发人员和设计人员的各种工作人员能够有效地进行通信并增进相互理解，这可以提高软件开发的效率和软件设计的质量。 UML的范围不仅限于面向对象分析和设计的支持，它还支持从需求分析开始的整个软件开发过程。它有助于操作者绘制一个有利于沟通的清晰模型，使软件开发易于实现。

2．统一建模语言概述

2.1．统一建模语言的特征

UML是面向对象技术的标准建模语言，它是从Booch方法，OOSE方法和OMT方法发展而来的[2]。它是一种图形语言，用于可视化，描述，构建和记录软件密集型系统。它结合了流行的面向对象开发方法概念和技术，并形成了一个标准化的面向对象的UML。 UML统一了面向对象建模的基本概念，术语和图形符号，并描述了建模过程中必须遵循的基本步骤。该建模语言提供了一种从不同角度描述软件系统模型的概念和图形的方法。

UML的主要特征如下[3]：

（1）UML收集了Booch，OOSE，OMT和其他面向对象方法的优秀思想。这些思想是最好的面向对象方法和丰富的计算机科学实践经验的精髓。

（2）虽然UML是目前最先进和最实用的标准建模语言，但有些概念仍需要在实践中进行全面验证，UML也在不断改进。

（3）该过程是方法的重要部分，UML中没有关于该过程的概念。因此，UML只是一种建模语言而不是一种方法。 UML独立于流程。用户可以使用UML为任何合适的流程建模。 过程的选择涉及影响软件开发过程的不同因素，例如软件开发的类型，开发组织的规模。 用户将决定根据客观情况选择流程。

（4）然而，UML建模仍然是一个相对统一的框架，其中包含UML建模过程中的共同元素。 此外，它为用户选择适合其开发项目的建模技术提供了很大的自由度。

（5）UML独立于流程，但应用仍由案例驱动，并以架构为中心。

2.2． UML的建模机制

UML是一种通用标准建模语言，包含静态建模机制和动态建模机制[4]。静态建模机制定义了系统中重要对象的属性和操作以及这些对象之间的关系。动态建模机制定义了对象的时间特征和它们之间的通信机制，以完成目标和任务。使用UML进行面向对象系统的分析和设计通常有三个步骤[5]。

（1）需求分析阶段

首先，开发人员应积极沟通，以分析和完善系统的要求。列出系统中涉及的运算符，并确定要描述的所有用例和角色。然后分析角色和案例之间的关系，并使用UML建模工具绘制案例图。

（2）系统分析和设计阶段

首先确定系统的所有需求。从实际需要中抽象出类并描述这些类之间的关系。建立系统的静态模型，根据需求构建系统结构。根据用例和静态模型创建动态模型。

（3）系统实施阶段

前两个阶段中的模型实际上是在系统逻辑方面创建的。这个阶段是完成系统的物理实现，例如可执行文件，库，表，文档等。需要构建的模型图是组件图和配置图。

2.3．回顾UML应用程序

在UML的特性和优点方面，它已被广泛应用于系统设计的各个领域。 Doron Drusinsky et al. [6] 提出了一种新方法，用于开发基于UML状态图的断言，用于开发时态形式规范库。随着图书目录编目的使用逐渐增加，图书馆技术人员应该对推荐和购买系统的基本模型和框架有更深入的了解。Li Tie-cheng[7]总结了UML建模语言的总体思路，并分析了推荐者和购买系统的要求，然后他给出了系统的具体模型和框架。

Lv Qi-ying [8]分析了基于B / S模型的图书馆管理系统。她使用UML的静态和动态模型图，并为系统的分析结果创建模型。 Zhao Qing-yan和Zhang Chao[9]提出了一种基于统一建模语言的实际需求分析和建模方法。 Zhou Ge [10]首先简要介绍了基于对象的统一建模语言的主要概念，并解释了UML在管理信息系统开发中的应用。本文[11]通过分析图书管理系统介绍了UML的基本概念和建模过程，并解释了UML的实际应用。 Gao Li-ping [12]以图书管理系统为例，讨论了该系统中UML的建模过程。本文以阿克苏共产党学院的LMIS设计和建模程序为例，讨论了UML和UML在信息系统建模过程中的应用特点。以图书管理系统为例，Yu Qiang[14]描述了基于UML的系统设计的各个阶段，并介绍了UML在数据库系统设计中的应用。通过对UML的进一步研究，提出了面向对象的分析和设计方法。结合书籍信息管理系统的开发实例，对UML的技术应用进行了研究，并对UML的相关知识进行了解释。该研究解决了软件设计人员与客户之间交流的难题，加快了开发过程，提高了系统质量。本文[16]讨论了由用例驱动的统一开发流程，并提供了捕获图书馆管理信息系统需求的解决方案。以图书馆管理系统的开发为背景，通过基础知识[17]完成了基于UML建模的系统，并用VB实现了该系统。

3．基于UML的图书管理系统设计与开发过程

3.1． UML的系统设计概述

从UML建模机制我们知道基于UML的面向对象系统分析和设计通常具有需求分析，系统设计和系统实现的步骤。面向对象的需求分析是获取用户需求并通过提取和排序建立问题域的精确模型。但是设计过程是将需求改变为低成本，高质量，抽象的系统实现，该需求在分析阶段得到。它是从面向对象分析到面向对象设计的逐步扩展模型。换句话说，面向对象设计是使用面向对象视图进行建模的过程。

系统设计的目的有以下四个方面[18]。

（1）深入理解与编程语言相关的非功能性需求，构建重用，操作系统，分布式和并发技术，数据库技术，用户界面技术和事务管理技术。

（2）通过捕获子系统接口和类为后续的活动实现创建适当的输入和起点。

（3）将实际工作分成易于管理的不同部分，并尝试在系统设计中由不同的开发小组开发系统。

（4）建立系统的无缝摘要，并将成果作为设计的直接改进。

3.2．书籍管理系统的需求分析

需求分析通常用于定义系统功能和用户界面。它使用户了解系统功能，开发人员了解系统需求。需求分析的主要工作是查找系统用例并设置系统需求模型。其主要成果是用例图和系统参与者。图书馆信息管理系统是一个电子档案管理系统，它使用计算机处理大量的图书信息。该系统必须满足三类用户的需求，即读者，图书管理员和系统管理员。读者和图书馆员可能包括许多人。系统管理员仅包含一个人。读者的行为是查询个人信息，查询书籍信息，预订，借阅和归还书籍。图书馆员是该系统的主要用户。他们负责日常管理和服务操作，包括图书订购，新书验证，书目输入，图书登记，借阅和退货登记，储备登记等。系统管理员管理与读者和书籍有关的所有问题，包括读者信息管理，图书馆管理和系统维护。其中，系统维护是关键点，包括维护用户权限和日志，添加和删除用户，系统的后台数据管理等[19]。图书馆管理系统的功能分析图如图1所示。

图1.图书管理系统的功能分析图

3.3．图书馆管理系统的模型分析

3.3.1．静态模型分析

静态模型根据系统结构从静态角度描述系统。它定义了系统中的对象和类以及这些类之间的关系和内部结构，它们被命名为属性和操作类。在面向对象的分析中，通常只考虑与问题描述域和系统功能相关的对象。课堂上的对象可以是书籍管理和书籍流通两个方面的抽象。这两部分可以分为不同的类，分别是书类（Lib_Book），类别类（Lib_类），订单类（Lib_Order），表单类（Lib_Form），读者类（Lib_Reader），流通书籍类（Lib_Cirbook），部门类（Lib_Department），发布类（Lib_Publish）等。这些类的关联关系如图2所示。

图2.静态模型中类的关联关系

3.3.2．动态模型分析

静态模型建立后，动态模型的构建开始。动态模型通常用于描述如何实现系统功能。不同对象之间的交互由不同观点的序列图，活动图和协作图描述[20]。系统中借书模块的动态过程如图3所示。

图3.系统中借书模块的动态过程

3.4．图书馆管理系统的用例分析

通过需求分析，我们可以看到该系统有四个活动，分别是Lib_People，Lib_Librarian，Lib_Reader和Lib_Database。 Lib_People代表与系统交互的人。 Lib_Librarian代表负责添加或修改图书信息的图书管理员。 Lib_Reader代表可以借阅，更新和退还书籍的读者。 Lib_Database是系统中所有信息的数据库，可以完成各种系统操作。系统中库管理的用例图如图4所示。

从用例图中我们可以看到图书管理系统的功能如下：

（a）读者可以查询书籍信息，借阅信息和保留书籍;

（b）读者可以通过该系统借阅，更新和归还书籍;

（c）图书馆员可以处理图书预订，图书借阅，图书续订和图书归还等问题;

（d）图书馆员也可以使用这个系统为读者提供逾期的书籍。

图书馆管理可分为图书借阅管理，图书回归管理图书预订管理子系统。图书借阅管理的分析图如图5所示。

图4.数据库管理系统的用例图

图5.图书馆借阅管理分析图

3.5．图书馆管理系统的系统设计

3.5.1．图书馆管理系统的类图

（1）Reader_class代表读者类。它有许多属性，例如借用者的ID帐户（reader_id），名称（reader_Name），地址（Reader_Address），类（Reader_classes），借书的参考书目（Reader_ bibliography）等。最重要的操作是借书（ addborrowed），书籍退回（deleteborrowed）和预订（预订）。

（2）Admin_class是管理员的类。它具有ID和名称的属性。主要操作是添加，删除和更新读者和书籍。

（3）Title_class是参考书目信息的类。它有book_name，book_author和book_id等的属性。

（4）Item_class是一本书的类。它具有book_number的属性。主要操作是书籍储备（book_reserve），按标题（find_on_title）查找书籍等。

（5）Borrow_class是图书借阅信息的类。它具有书籍ISBN（book_ISBN），借用日期（book_borrow数据）等的属性。

（6）Reservation_class是预约信息的类别。它具有预约数据（reservation_data）的内容，预订书籍的ISBN，预约读者的ID等。

（7）持久性store_class是书籍永久存储的类。与书籍相关的所有活动都将使用此课程。

这些类之间的交互关系如图6所示。

通过图书管理系统中不同类的交互关系，我们可以得到图7所示的图书借阅管理的设计类图。

从设计类图中我们可以看到图书借阅管理中有八个类。有三个活动类，即图书借阅界面活动类，图书借阅请求活动类和图书借阅流程活动类。书籍逾期信息验证程序设计类，书籍返还信息设计类，预约信息验证程序设计类，书籍预约信息设计类和借阅信息设计类共有五个设计类。这三个活动类对应于图书借阅管理的三个子系统。图书借阅界面活动类对应于图书借阅界面子系统。图书借阅请求活动类对应于图书借阅请求子系统。图书借阅流程活动类对应于图书借阅流程系统。

首先，图书馆员登录“图书借阅界面”活动课程，并通过该课程获取读者信息。然后图书借阅界面活动类调用图书借阅请求活动

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