基于大數(shù)據(jù)的創(chuàng)新型“歸一”軟件設(shè)計思路

于興文

要 在軟件研發(fā)領(lǐng)域，大數(shù)據(jù)在快速促進著數(shù)據(jù)快速處理、數(shù)據(jù)挖掘以及相關(guān)軟件產(chǎn)品的發(fā)展。大數(shù)據(jù)已成為信息產(chǎn)業(yè)持續(xù)增長的新的驅(qū)動力，基于大數(shù)據(jù)的軟件研發(fā)的創(chuàng)新活動已成為一項重要課題。本文探討在智能設(shè)備制造中，能夠適應(yīng)大數(shù)據(jù)發(fā)展要求的，以創(chuàng)新為特色的“五位一體”軟件研發(fā)模式。

關(guān)鍵詞 大數(shù)據(jù) 軟件設(shè)計 創(chuàng)新

中圖分類號：TP311.11 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2015.11.018

Innovative ?"Normalization" Software

Design Ideas Based on Big Data

YU Xingwen

（Institute of Information Technology， Nanjing University of Chinese Medicine， Nanjing， Jiangsu 210023）

Abstract In the field of software development， large data in the fast promotion of the rapid processing of data， development of data mining and related software products. Big Data has become the new driving force for the continued growth of the information industry， based on the innovative activity of big data software development has become an important issue. This article explores the smart device manufacturers， it is possible to adapt the data requirements of the development of large， innovative features of "Five in One" software development model.

Key words big data; software design; innovation

1 背景：時代呼喚大數(shù)據(jù)，基于大數(shù)據(jù)開展的創(chuàng)新研發(fā)日新月異

（1）大數(shù)據(jù)方興未艾，智能制造成強國重要力量。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、社交網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字家庭、電子商務(wù)等新一代信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，大數(shù)據(jù)不斷產(chǎn)生。海量、多樣化的大數(shù)據(jù)在實際生產(chǎn)、工程等各行業(yè)中不斷在創(chuàng)造出顯著的經(jīng)濟效益和社會價值，也在決定著企業(yè)的未來發(fā)展變化。有人把數(shù)據(jù)比喻為煤炭資源，那么如何利用和挖掘這些大規(guī)模數(shù)據(jù)的潛力就將成為決戰(zhàn)未來，取得競爭優(yōu)勢的關(guān)鍵?？梢姡髷?shù)據(jù)在考驗著人類的數(shù)據(jù)駕馭能力，也深刻影響著人們是否能夠更深刻、全面地洞察未來。

（2）創(chuàng)新型軟件研發(fā)日新月異。在軟件研發(fā)領(lǐng)域，大數(shù)據(jù)在快速促進著數(shù)據(jù)快速處理、數(shù)據(jù)挖掘以及相關(guān)軟件產(chǎn)品的發(fā)展。大數(shù)據(jù)已成為信息產(chǎn)業(yè)持續(xù)增長的新的驅(qū)動力，新的技術(shù)、產(chǎn)品、服務(wù)、業(yè)態(tài)在不斷涌現(xiàn)，新一代智能型產(chǎn)品在國民經(jīng)濟的各行業(yè)中所占份額在不斷提高。

大數(shù)據(jù)也促使著各行各業(yè)的決策從“業(yè)務(wù)驅(qū)動”升級為“數(shù)據(jù)驅(qū)動”，在成為企業(yè)提高核心競爭力的重要影響因素。比如，零售商可以通過大數(shù)據(jù)實時掌握市場動態(tài)，以作出更加精準(zhǔn)有效的市場營銷策略活動，為消費者提供更加有親和力的個性化服務(wù);在公共事業(yè)領(lǐng)域，大數(shù)據(jù)可提高全民醫(yī)療保障及社會福利水平，更好地促進經(jīng)濟和諧發(fā)展，加強社會管理、穩(wěn)定公共秩序。

與此同時，由于大數(shù)據(jù)的體量巨大、數(shù)據(jù)類型多元化、處理速度快、價值密度低， 也造成了用常規(guī)軟件工具在較短時間內(nèi)進行數(shù)據(jù)的抓取、管理和處理等工作能力受到制約。盡管已經(jīng)有了諸如大規(guī)模并行處理技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘電網(wǎng)、分布式文件系統(tǒng)、分布式數(shù)據(jù)庫、云計算平臺等多種技術(shù)，“大數(shù)據(jù)”也需要更新的處理模式以及采用更新型的軟件，才能更加充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)的決策、洞察及優(yōu)化等方面的能力。

可見，基于大數(shù)據(jù)的軟件研發(fā)的創(chuàng)新活動已成為一項重要課題。

2 軟件設(shè)計中創(chuàng)新的基本涵義及存在的問題

2.1 創(chuàng)新的基本涵義

創(chuàng)新是企業(yè)獨立開展相關(guān)研發(fā)活動，獲得自主知識產(chǎn)權(quán)以及專有技術(shù)，并創(chuàng)造出新產(chǎn)品的過程。當(dāng)今世界，科技迅猛發(fā)展，企業(yè)和國家的自主創(chuàng)新能力，決定著其經(jīng)濟競爭能力，以及在文化、社會等多方面的國家影響力。它是綜合國力的決定性因素，是企業(yè)和國家的持久核心競爭力的重要來源。

2.2 軟件行業(yè)開展自主創(chuàng)新面臨的問題

（1）重視慣性技術(shù)已成為企業(yè)自主創(chuàng)新的“瓶頸”。近些年來由于忽視對慣性技術(shù)領(lǐng)域的原創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)和發(fā)明的研究，使相關(guān)產(chǎn)業(yè)只能處于“跟蹤狀態(tài)”，而不能成為“領(lǐng)跑者”。要拓展慣性技術(shù)領(lǐng)域，就不能在受“需求牽引”，而應(yīng)自主創(chuàng)新，采用“新技術(shù)拉動”企業(yè)經(jīng)營管理模式。而這需要在人才的培養(yǎng)、就業(yè)、流動及發(fā)展等多方面作出變革。

（2）中國傳統(tǒng)文化“不為天下先”的思維在“阻滯”自主創(chuàng)新。創(chuàng)新活動具有不確定性和風(fēng)險性。中國傳統(tǒng)文化中的“不為天下先”的小生產(chǎn)者的思維模式使國民缺乏主體能動性，尤其是內(nèi)地居民，其拼搏意識、冒險精神和創(chuàng)新精神都在一定程度上較弱于沿海地區(qū)和部分西方國家。

（3）企業(yè)開展技術(shù)開發(fā)與創(chuàng)新的“主體意識”不強。由于技術(shù)開發(fā)與創(chuàng)新的研發(fā)成本高、風(fēng)險大、需時長、見效慢，現(xiàn)行企業(yè)經(jīng)營管理體系對科技創(chuàng)新可能帶來的未來績效認識不足，管理者往往追求利益短期化。再加上部分行業(yè)壟斷行為，致使企業(yè)自主創(chuàng)新基礎(chǔ)更加薄弱，創(chuàng)新意識不強，創(chuàng)新能力弱化。

（4）企業(yè)自主創(chuàng)新持續(xù)發(fā)展的保障性制度不完善。目前企業(yè)創(chuàng)新相關(guān)法律法規(guī)相對滯后，體制建設(shè)尚不健全，有利于提高科技進步和創(chuàng)新活力的措施尚未完全普遍采用，科技成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實生產(chǎn)力的有效機制尚未真正建立。尤其是基礎(chǔ)科技及公共領(lǐng)域方面的創(chuàng)新型資金投入尚需體制上的保證。

（5）自主創(chuàng)新的網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)尚不健全。創(chuàng)新活動需要國家政策、科學(xué)技術(shù)鏈、研發(fā)資金鏈、技術(shù)服務(wù)鏈、人才建設(shè)構(gòu)成一個有機網(wǎng)絡(luò)化整體。目前，我國科技服務(wù)機構(gòu)還比較弱小;國際科技創(chuàng)新合作，尚停留在重引進、輕吸收、欠創(chuàng)新、少自主的階段;地區(qū)性、行業(yè)間、跨單位、的創(chuàng)新型人才流動、資源共享，以及產(chǎn)學(xué)研之間的密切合作等方面上尚脫節(jié)，流通網(wǎng)絡(luò)還有待完善。企業(yè)與社會自主創(chuàng)新的市場環(huán)境與國家體制尚存不足。

3 軟件設(shè)計的傳統(tǒng)思路

3.1 傳統(tǒng)軟件設(shè)計的基本含義

一般來說，傳統(tǒng)軟件設(shè)計，是從軟件需求描述開始，根據(jù)需求分析的結(jié)果進行功能設(shè)計，在軟件系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上劃分功能模塊、確定每個模塊算法，然后進行代碼編寫，最后形成軟件。在這一過程中，軟件設(shè)計通常包含了結(jié)構(gòu)設(shè)計、數(shù)據(jù)設(shè)計、接口設(shè)計和過程設(shè)計四個階段。傳統(tǒng)型軟件設(shè)計具有以下四個基本特征：抽象、模塊化、信息隱蔽、模塊獨立性。

3.2 面對大數(shù)據(jù)時代，傳統(tǒng)型軟件設(shè)計思路的幾點商榷之處

（1）模塊化減低了軟件研發(fā)的復(fù)雜性、易于修改、使系統(tǒng)的并行開發(fā)更為便捷。但使系統(tǒng)的有機統(tǒng)一性受到影響。（2）數(shù)據(jù)的類型、形式、結(jié)構(gòu)及其轉(zhuǎn)換的相關(guān)規(guī)范和實現(xiàn)應(yīng)進一步適應(yīng)大數(shù)據(jù)時代的需要。（3）系統(tǒng)體系構(gòu)造應(yīng)考慮到針對大數(shù)據(jù)構(gòu)造大規(guī)模系統(tǒng)的要求，在降低復(fù)雜性，提高構(gòu)造運行速度，及設(shè)計能夠適應(yīng)規(guī)模增長的系統(tǒng)方面引起重視。（4）程序集成方面，應(yīng)可借助各種系統(tǒng)構(gòu)造工具，將軟件設(shè)計從源代碼開始，直至程序編譯、程序鏈接等作綜合考慮，以利于形成簡捷高效穩(wěn)定可靠安全的可執(zhí)行程序。

4 基于大數(shù)據(jù)的軟件設(shè)計新思路

4.1 軟件設(shè)計的實質(zhì)

比較各種軟件設(shè)計的概念，可知軟件設(shè)計就是用合適的技術(shù)方法，依據(jù)工程原理，來完成器件、設(shè)備、程序、體系、系統(tǒng)的物理實現(xiàn)的過程。其實質(zhì)是：設(shè)計者通過軟件來完成一定功能，滿足客戶的需要，實現(xiàn)或擴展某些功能的一項創(chuàng)造性活動。只不過，計算機軟件設(shè)計與其他工程學(xué)科相比，發(fā)展時間尚都短，還處在“幼年”，仍需更新的方法、更好的算法分析以及理解力等顯著進化。

4.2 軟件設(shè)計的發(fā)展方向

隨著時代變遷，大數(shù)據(jù)風(fēng)起云涌。軟件開發(fā)過程的演化也在隨之改變。從早期的瀑布式開發(fā)模型、螺旋式迭代開發(fā)，到后來的敏捷開發(fā)方法，都體現(xiàn)出不同時代軟件開發(fā)過程的特色，以及對軟件研發(fā)項目的運作模式。

在大數(shù)據(jù)時代，智能型機器及設(shè)備已廣泛應(yīng)用到各行業(yè)，及家庭辦公、家居生活中，具有新的特色，如：人性化、智能化、靈境化、熵平衡化。

人性化特色。人性化從技術(shù)和人的關(guān)系來看追求協(xié)調(diào)，使技術(shù)圍繞人的需求來研發(fā)。人性化理念，具體體現(xiàn)在滿足消費者的功能需求時，又滿足消費者的心理需求。追求美觀與消費者的生活習(xí)慣、操作習(xí)慣的完美統(tǒng)一。

智能化特色?，F(xiàn)階段設(shè)備如手機等，都是現(xiàn)代通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、及智能控制技術(shù)的綜合集成。設(shè)備不僅具有一定的“感知”能力，即具有能夠感知外部世界、獲取外部信息的能力;而且具有“記憶和思維”能力，即能夠根據(jù)感知到的外部信息進行一定程度上的分析、計算，進而完成一定程度上的判斷、聯(lián)想、決策;更高級的，還具有一定程度上的“學(xué)習(xí)能力和自適應(yīng)能力”，以及“行為決策能力”，比如“機器人”、精確制導(dǎo)導(dǎo)彈等。這些系統(tǒng)和產(chǎn)品，都體現(xiàn)了一定的“智能化”。

靈境化特色。大數(shù)據(jù)，使相關(guān)計算產(chǎn)品能，是綜合了計算機圖形技術(shù)、計算 機仿真技術(shù)、傳感技術(shù)、顯示技術(shù)等多種科學(xué)技術(shù)的最新成果，通過采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，能夠全部或部分由計算機生成具有一定程度的視覺、聽覺、觸覺等多維感覺環(huán)境，給人提供一個觀察并與虛擬環(huán)境進行交互作用的多維人機接口，使人可在虛擬環(huán)境中接觀察事物的內(nèi)在變化，并進行交互活動。這都給人一種“身臨其境”的真實感。這一特點尤其體現(xiàn)在影視藝術(shù)及相關(guān)設(shè)備上。

熵平衡化特點。熵定律是科學(xué)定律之最，這是愛因斯坦的觀點。在大數(shù)據(jù)時代，人類更加重視人與自然的和諧共處，因此，在產(chǎn)品研發(fā)時，如何做到能源、物質(zhì)、信息等循環(huán)時平衡轉(zhuǎn)換也是重要課題。

4.3 基于大數(shù)據(jù)的“歸一”軟件設(shè)計模式簡述

“歸一”軟件設(shè)計模式又可稱為軟件研發(fā)“生命體”模式，或稱“五位一體”目標(biāo)導(dǎo)向式軟件研發(fā)模式，其框架如圖1所示：

在這一框架中，存在著“一心“、“二極”、“五位”、“四環(huán)”。其中：“一心”即指軟件設(shè)計注重“創(chuàng)新”這一主特色?！岸O”指“問題”、“需求”。在這二者的溝通中，探討出問題處理方案，給出軟件設(shè)計的基本框架，和相關(guān)算法?！拔逦弧敝福涸凇岸O”的基礎(chǔ)上，由：A.工具資源;B.規(guī)則（含語法類、需求類、領(lǐng)域類又稱供給類、參數(shù)設(shè)置類）;C.控制手段類軟件措施（如控制類結(jié)構(gòu)語句、類、指針與標(biāo)志、算法等）;D.創(chuàng)新思想（含硬件方面、軟件方面、問題方面）等四位構(gòu)成有機整體，在開展研發(fā)活動中，要強調(diào)這“五者”的有機統(tǒng)一，做到五位一體，融會貫通?！八沫h(huán)”指軟件研發(fā)過程中，應(yīng)通過“結(jié)構(gòu)-行為-目標(biāo)-績效”四環(huán)節(jié)完成軟件設(shè)計，這一研發(fā)行為模式開始于“二極”、在“五位”所構(gòu)成的外環(huán)境中實現(xiàn)目標(biāo)任務(wù)的完成。這是一種以創(chuàng)新思想為主要特色的“目標(biāo)導(dǎo)向”型行為驅(qū)動研發(fā)模式。

4.4 “歸一”軟件設(shè)計模式的基本特征

（1）從思想上高度重視軟件部分在產(chǎn)品、工程、系統(tǒng)中的重要性，“差之毫厘謬以千里”，要求軟件設(shè)計應(yīng)做到安全、可靠。（2）從數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換上，更注重從數(shù)據(jù)采集、初級數(shù)據(jù)、代碼、指令、機器碼、控制信號、操作指令、輸出信號到終端的全過程特點，應(yīng)對各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)形式、結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)換作統(tǒng)一考慮。（3）這一模式，根源于人與自然的完整世界觀，探討以新思想去進行軟件設(shè)計，從價值工程的角度去進行軟件體系的構(gòu)造，以充分開發(fā)智能型機器的價值。（4）遵循五項設(shè)計原則：安全、生態(tài)、質(zhì)量、效率、經(jīng)濟。

參考文獻

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