A natural language-based methodology to formalize and automate the requirements engineering process

Abstract

Οι υπάρχουσες προσεγγίσεις στη Μηχανική Απαιτήσεων λογισμικού καταλήγουν συχνά σε ανεπαρκείς προδιαγραφές, λόγω έλλειψης αποδοτικών μεθόδων για ανακάλυψη και τεκμηρίωση των αναγκών των χρηστών. Η παρούσα διατριβή περιγράφει τη μεθοδολογία Natural Language Syntax and Semantics Requirements Engineering (NLSSRE – Μηχανική Απαιτήσεων με Σύνταξη και Σημασιολογία της Φυσικής Γλώσσας), η οποία στοχεύει, με σαφήνεια και περιεκτικότητα, να τυποποιήσει και να αυτοματοποιήσει ένα μεγάλο μέρος της διαδικασίας μηχανικής απαιτήσεων, με επικέντρωση στις φάσεις ανακάλυψης, ανάλυσης, και προδιαγραφών απαιτήσεων του χρήστη, για την ανάπτυξη πληροφοριακών συστημάτων. Η τυποποίηση επιτυγχάνεται κυρίως με τη χρήση συντακτικών και σημασιολογικών στοιχείων της φυσικής γλώσσας, εστιάζοντας έτσι στη σαφήνεια και την εκφραστικότητα των απαιτήσεων, ενώ η αυτοματοποίηση πραγματοποιείται με τη χρήση ενός λογισμικού εργαλείου. Συγκεκριμένα, η προτεινόμενη μεθοδολογία υλοποιεί τη διαδικασία της μηχανικής απαιτήσεων μέσω μιας σειράς προκαθορισμένων βημάτων, μέσα από τα οποία ο αναλυτής καθοδηγείται εκ των προτέρων τι συγκεκριμένους τύπους δεδομένων, λειτουργιών, επιχειρηματικών ρόλων, κανόνων και λειτουργικών συνθηκών να αναζητήσει και να χρησιμοποιήσει, πώς να διαμορφώσει και να τεκμηριώσει τα προαναφερθέντα θεμελιώδη συστατικά ενός πληροφοριακού συστήματος χρησιμοποιώντας πρότυπα τυποποιημένων προτασιακών απαιτήσεων, και τι συγκεκριμένες ερωτήσεις να υποβάλει στους χρήστες ώστε να ανακαλύψει και να συλλέξει σωστά τις απαιτήσεις τους. Ως τελευταίο βήμα της, η μεθοδολογία εφαρμόζει συγκεκριμένους κανόνες για μετατροπή των προτασιακών απαιτήσεων σε διαγράμματα κλάσεων, ροής δεδομένων, και έγγραφο προδιαγραφών που είναι γραμμένες σε ημι-δομημένη φυσική γλώσσα. Επιπροσθέτως, επικεντρώνεται στην προσαρμογή της για τυποποίηση και αυτοματοποίηση της ανάπτυξης του μοντέλου use case. Προκαταρκτική εμπειρική αξιολόγηση έχει δείξει την αποτελεσματικότητα και αποδοτικότητα της προτεινόμενης μεθοδολογίας.

Existing Requirements Engineering (RE) approaches often result in poorly defined requirements due to the lack of appropriate methods for discovering and documenting user needs. This dissertation describes Natural Language Syntax and Semantics Requirements Engineering (NLSSRE), a compact and clear-cut methodology that intends to formalize and automate a large part of the Requirements Engineering (RE) process, including discovery, analysis, and specification of user requirements for the development of information systems. The formalization is mainly achieved by utilizing elements of natural language syntax and semantics, with the focus on keeping ambiguities low and expressiveness high, while the automation is realized with the use of a dedicated CASE tool to support NLSSRE. In particular, RE is converted to a series of predefined steps, through which the analyst is guided in advance what specific types of data, functions, business rules and conditions to use and search for, how to form and document them using formalized sentential patterns, and what specific questions to ask the users in order to correctly elicit their needs. Finally specific rules are utilized to build diagrammatic notations and semi-formal specifications. Particular focus and elaboration is given on how NLSSRE is adapted for formalizing and automating use case model development. Preliminary empirical evaluation demonstrated the effectiveness and efficiency of the proposed methodology.