## 9.2 原型法
我們在 4.3 中介紹了自頂向下逐步求精的程序設計方法。自頂向下設計是非常強大的程 序設計技術,但它也有不適用的場合。
自頂向下設計的第一步是頂層設計,這需要設計者對問題的全局有清晰的認識。萬一要 解決的問題非常復雜,或者用戶需求不是很完整、清晰,這時頂層設計就非常困難。另外, 設計者有時候會卡在自頂向下層次中的某一層,這就導致下層的精化無法繼續,從而影響整 個程序的開發。即便前面這兩個問題都不存在,自頂向下設計也存在開發周期過長、工作量 太大的缺點。
另一種程序設計方法是原型法(prototyping)。這種方法的思想是,先開發一個簡單版 本,即功能少、界面簡單的版本,然后再對這個簡單版本逐步進行改善(添加或修改功能), 直至完全滿足用戶需求。初始精簡版程序稱為原型(prototype)。應用原型法來進行軟件開 發的步驟大致如下:
(1)確認基本需求;
(2)創建原型;
(3)向用戶演示或交付用戶試用,獲得反饋意見;
(4)改善原型;回到(3),重復(3)、(4),直至用戶最終認可。 可見,原型技術不是對整個問題按照“設計、實現、測試”的過程來開發,而是先按此
過程創建一個原型,然后根據用戶反饋再重復此過程來改善原型。這樣,通過許多“設計- 實現-測試”小循環,原型逐步得到改善和擴展,直至成為最終產品。因此原型法也稱為“螺 旋式開發”。原型法適合于大型程序開發中需求分析難以一次完成的場合,也常用在程序用 戶界面設計領域。
原型法開發有很多優點,例如:用戶可以通過實際使用的體驗來評價軟件產品是否合意, 而不是僅憑開發者口頭的描述;開發者和用戶可以在開發過程中發現以前沒有考慮到的需求 或問題;開發者可以在產品開發的早期就獲得用戶反饋,避免在開發后期來修改設計,因為 越往后,修改的代價就越大。
原型法開發中的原型可以有兩種處理方法。一種方法是,一開始構造的原型就是最終產 品的核心,后續工作都是對原型的改善,通過不斷的積累和修改最后得到符合用戶需求的產 品。開發過程中,原型盡管功能不完善,但一直是可用的,甚至可以作為在最終產品交付前 的替代產品。另一種方法是,初始創建的原型只是作為與用戶進行交互的工具,通過不斷展 示給用戶看而獲得反饋并改進。等到用戶認可原型,該原型即被丟棄,開發者將基于用戶已 經確認的需求開始正式開發產品。這種做法稱為“快速原型法”,因為其主要目的是盡快構 造系統模型,強調的是開發速度。
我們在 9.1.3 中就采用了原型法來設計實現乒乓球比賽的模擬程序。 解決問題的關鍵是模擬乒乓球比賽,而比賽的最基本動作是打一個回合及記分,因此我們一開始就考慮如何模擬一個回合的比賽并給勝方得分。即:
```
if random() < prob:
pointA = pointA + 1
else:
pointB = pointB + 1
```
經過測試,可以確認這段代碼確實能夠模擬具有特定得分概率的球員之間的比賽。在此 基礎上,根據實際乒乓球比賽的規則要求,我們將回合擴展到局,又擴展到一場 3 局 2 勝的 比賽。在設計的前期階段,我們做了很多簡化,比如直接假設球員的得分概率為 0.55,直接 規定采用 21 分一局的規則等等。隨著螺旋式開發的進展,程序功能越來越完善,所有被簡 化的東西最終都會以完善的形式實現。總結這個開發過程,我們的模擬程序大致經歷了如下 階段:
階段 1:建立原型,能進行回合比賽并為勝方記分;
階段 2:擴展為能進行一局比賽;
階段 3:擴展為能進行 3 局 2 勝的比賽;
階段 4:球員的得分概率、比賽次數改為由用戶輸入;
階段 5:添加結果分析,輸出分析結果。
通過原型法來編程序,對初學程序設計的人來說是很合適的,因為可以從原型獲得最終 程序的感性認識,并進而理解自己到底要寫什么樣的程序。
要指出的是,螺旋式開發并不是用來取代自頂向下設計的,這兩種設計方法是互為補充 的關系。例如,對于大型的復雜程序,如果用原型法,可能原型本身也比較復雜,這時就可 以采用自頂向下設計來創建原型。好的設計者應該根據情況選用多種設計方法,這一切都要 通過實踐來學習掌握。
- 前言
- 第 1 章 計算與計算思維
- 1.1 什么是計算?
- 1.1.1 計算機與計算
- 1.1.2 計算機語言
- 1.1.3 算法
- 1.1.4 實現
- 1.2 什么是計算思維?
- 1.2.1 計算思維的基本原則
- 1.2.2 計算思維的具體例子
- 1.2.3 日常生活中的計算思維
- 1.2.4 計算思維對其他學科的影響
- 1.3 初識 Python
- 1.3.1 Python 簡介
- 1.3.2 第一個程序
- 1.3.3 程序的執行方式
- 1.3.4 Python 語言的基本成分
- 1.4 程序排錯
- 1.5 練習
- 第 2 章 用數據表示現實世界
- 2.1 數據和數據類型
- 2.1.1 數據是對現實的抽象
- 2.1.1 常量與變量
- 2.1.2 數據類型
- 2.1.3 Python 的動態類型*
- 2.2 數值類型
- 2.2.1 整數類型 int
- 2.2.2 長整數類型 long
- 2.2.3 浮點數類型 float
- 2.2.4 數學庫模塊 math
- 2.2.5 復數類型 complex*
- 2.3 字符串類型 str
- 2.3.1 字符串類型的字面值形式
- 2.3.2 字符串類型的操作
- 2.3.3 字符的機內表示
- 2.3.4 字符串類型與其他類型的轉換
- 2.3.5 字符串庫 string
- 2.4 布爾類型 bool
- 2.4.1 關系運算
- 2.4.2 邏輯運算
- 2.4.3 布爾代數運算定律*
- 2.4.4 Python 中真假的表示與計算*
- 2.5 列表和元組類型
- 2.5.1 列表類型 list
- 2.5.2 元組類型 tuple
- 2.6 數據的輸入和輸出
- 2.6.1 數據的輸入
- 2.6.2 數據的輸出
- 2.6.3 格式化輸出
- 2.7 編程案例:查找問題
- 2.8 練習
- 第 3 章 數據處理的流程控制
- 3.1 順序控制結構
- 3.2 分支控制結構
- 3.2.1 單分支結構
- 3.2.2 兩路分支結構
- 3.2.3 多路分支結構
- 3.3 異常處理
- 3.3.1 傳統的錯誤檢測方法
- 3.3.2 傳統錯誤檢測方法的缺點
- 3.3.3 異常處理機制
- 3.4 循環控制結構
- 3.4.1 for 循環
- 3.4.2 while 循環
- 3.4.3 循環的非正常中斷
- 3.4.4 嵌套循環
- 3.5 結構化程序設計
- 3.5.1 程序開發過程
- 3.5.2 結構化程序設計的基本內容
- 3.6 編程案例:如何求 n 個數據的最大值?
- 3.6.1 幾種解題策略
- 3.6.2 經驗總結
- 3.7 Python 布爾表達式用作控制結構*
- 3.8 練習
- 第 4 章 模塊化編程
- 4.1 模塊化編程基本概念
- 4.1.1 模塊化設計概述
- 4.1.2 模塊化編程
- 4.1.3 編程語言對模塊化編程的支持
- 4.2 Python 語言中的函數
- 4.2.1 用函數減少重復代碼 首先看一個簡單的用字符畫一棵樹的程序:
- 4.2.2 用函數改善程序結構
- 4.2.3 用函數增強程序的通用性
- 4.2.4 小結:函數的定義與調用
- 4.2.5 變量的作用域
- 4.2.6 函數的返回值
- 4.3 自頂向下設計
- 4.3.1 頂層設計
- 4.3.2 第二層設計
- 4.3.3 第三層設計
- 4.3.4 第四層設計
- 4.3.5 自底向上實現與單元測試
- 4.3.6 開發過程小結
- 4.4 Python 模塊*
- 4.4.1 模塊的創建和使用
- 4.4.2 Python 程序架構
- 4.4.3 標準庫模塊
- 4.4.4 模塊的有條件執行
- 4.5 練習
- 第 5 章 圖形編程
- 5.1 概述
- 5.1.1 計算可視化
- 5.1.2 圖形是復雜數據
- 5.1.3 用對象表示復雜數據
- 5.2 Tkinter 圖形編程
- 5.2.1 導入模塊及創建根窗口
- 5.2.2 創建畫布
- 5.2.3 在畫布上繪圖
- 5.2.4 圖形的事件處理
- 5.3 編程案例
- 5.3.1 統計圖表
- 5.3.2 計算機動畫
- 5.4 軟件的層次化設計:一個案例
- 5.4.1 層次化體系結構
- 5.4.2 案例:圖形庫 graphics
- 5.4.3 graphics 與面向對象
- 5.5 練習
- 第 6 章 大量數據的表示和處理
- 6.1 概述
- 6.2 有序的數據集合體
- 6.2.1 字符串
- 6.2.2 列表
- 6.2.3 元組
- 6.3 無序的數據集合體
- 6.3.1 集合
- 6.3.2 字典
- 6.4 文件
- 6.4.1 文件的基本概念
- 6.4.2 文件操作
- 6.4.3 編程案例:文本文件分析
- 6.4.4 緩沖
- 6.4.5 二進制文件與隨機存取*
- 6.5 幾種高級數據結構*
- 6.5.1 鏈表
- 6.5.2 堆棧
- 6.5.3 隊列
- 6.6 練習
- 第 7 章 面向對象思想與編程
- 7.1 數據與操作:兩種觀點
- 7.1.1 面向過程觀點
- 7.1.2 面向對象觀點
- 7.1.3 類是類型概念的發展
- 7.2 面向對象編程
- 7.2.1 類的定義
- 7.2.2 對象的創建
- 7.2.3 對象方法的調用
- 7.2.4 編程實例:模擬炮彈飛行
- 7.2.5 類與模塊化
- 7.2.6 對象的集合體
- 7.3 超類與子類*
- 7.3.1 繼承
- 7.3.2 覆寫
- 7.3.3 多態性
- 7.4 面向對象設計*
- 7.5 練習
- 第 8 章 圖形用戶界面
- 8.1 圖形用戶界面概述
- 8.1.1 程序的用戶界面
- 8.1.2 圖形界面的組成
- 8.1.3 事件驅動
- 8.2 GUI 編程
- 8.2.1 UI 編程概述
- 8.2.2 初識 Tkinter
- 8.2.3 常見 GUI 構件的用法
- 8.2.4 布局
- 8.2.5 對話框*
- 8.3 Tkinter 事件驅動編程
- 8.3.1 事件和事件對象
- 8.3.2 事件處理
- 8.4 模型-視圖設計方法
- 8.4.1 將 GUI 應用程序封裝成對象
- 8.4.2 模型與視圖
- 8.4.3 編程案例:匯率換算器
- 8.5 練習
- 第 9 章 模擬與并發
- 9.1 模擬
- 9.1.1 計算機建模
- 9.1.2 隨機問題的建模與模擬
- 9.1.3 編程案例:乒乓球比賽模擬
- 9.2 原型法
- 9.3 并行計算*
- 9.3.1 串行、并發與并行
- 9.3.2 進程與線程
- 9.3.3 多線程編程的應用
- 9.3.4 Python 多線程編程
- 9.3.5 小結
- 9.4 練習
- 第 10 章 算法設計和分析
- 10.1 枚舉法
- 10.2 遞歸
- 10.3 分治法
- 10.4 貪心法
- 10.5 算法分析
- 10.5.1 算法復雜度
- 10.5.2 算法分析實例
- 10.6 不可計算的問題
- 10.7 練習
- 第 11 章 計算+X
- 11.1 計算數學
- 11.2 生物信息學
- 11.3 計算物理學
- 11.4 計算化學
- 11.5 計算經濟學
- 11.6 練習
- 附錄
- 1 Python 異常處理參考
- 2 Tkinter 畫布方法
- 3 Tkinter 編程參考
- 3.1 構件屬性值的設置
- 3.2 構件的標準屬性
- 3.3 各種構件的屬性
- 3.4 對話框
- 3.5 事件
- 參考文獻