基于大数据的创新型“归一”软件设计思路
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要 在软件研发领域，大数据在快速促进着数据快速处理、数据挖掘以及相关软件产品的发展。大数据已成为信息产业持续增长的新的驱动力，基于大数据的软件研发的创新活动已成为一项重要课题。本文探讨在智能设备制造中，能够适应大数据发展要求的，以创新为特色的“五位一体”软件研发模式。
关键词 大数据 软件设计 创新
中图分类号：TP311.11 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.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：时代呼唤大数据，基于大数据开展的创新研发日新月异
（1）大数据方兴未艾，智能制造成强国重要力量。随着移动互联网、物联网、社交网络、数字家庭、电子商务等新一代信息技术的广泛应用，大数据不断产生。海量、多样化的大数据在实际生产、工程等各行业中不断在创造出显著的经济效益和社会价值，也在决定着企业的未来发展变化。有人把数据比喻为煤炭资源，那么如何利用和挖掘这些大规模数据的潜力就将成为决战未来，取得竞争优势的关键。可见，大数据在考验着人类的数据驾驭能力，也深刻影响着人们是否能够更深刻、全面地洞察未来。
（2）创新型软件研发日新月异。在软件研发领域，大数据在快速促进着数据快速处理、数据挖掘以及相关软件产品的发展。大数据已成为信息产业持续增长的新的驱动力，新的技术、产品、服务、业态在不断涌现，新一代智能型产品在国民经济的各行业中所占份额在不断提高。
大数据也促使着各行各业的决策从“业务驱动”升级为“数据驱动”，在成为企业提高核心竞争力的重要影响因素。比如，零售商可以通过大数据实时掌握市场动态，以作出更加精准有效的市场营销策略活动，为消费者提供更加有亲和力的个性化服务;在公共事业领域，大数据可提高全民医疗保障及社会福利水平，更好地促进经济和谐发展，加强社会管理、稳定公共秩序。
与此同时，由于大数据的体量巨大、数据类型多元化、处理速度快、价值密度低， 也造成了用常规软件工具在较短时间内进行数据的抓取、管理和处理等工作能力受到制约。尽管已经有了诸如大规模并行处理技术、数据挖掘电网、分布式文件系统、分布式数据库、云计算平台等多种技术，“大数据”也需要更新的处理模式以及采用更新型的软件，才能更加充分发挥大数据的决策、洞察及优化等方面的能力。
可见，基于大数据的软件研发的创新活动已成为一项重要课题。
2 软件设计中创新的基本涵义及存在的问题
2.1 创新的基本涵义
创新是企业独立开展相关研发活动，获得自主知识产权以及专有技术，并创造出新产品的过程。当今世界，科技迅猛发展，企业和国家的自主创新能力，决定着其经济竞争能力，以及在文化、社会等多方面的国家影响力。它是综合国力的决定性因素，是企业和国家的持久核心竞争力的重要来源。
2.2 软件行业开展自主创新面临的问题
（1）重视惯性技术已成为企业自主创新的“瓶颈”。近些年来由于忽视对惯性技术领域的原创性发现和发明的研究，使相关产业只能处于“跟踪状态”，而不能成为“领跑者”。要拓展惯性技术领域，就不能在受“需求牵引”，而应自主创新，采用“新技术拉动”企业经营管理模式。而这需要在人才的培养、就业、流动及发展等多方面作出变革。
（2）中国传统文化“不为天下先”的思维在“阻滞”自主创新。创新活动具有不确定性和风险性。中国传统文化中的“不为天下先”的小生产者的思维模式使国民缺乏主体能动性，尤其是内地居民，其拼搏意识、冒险精神和创新精神都在一定程度上较弱于沿海地区和部分西方国家。
（3）企业开展技术开发与创新的“主体意识”不强。由于技术开发与创新的研发成本高、风险大、需时长、见效慢，现行企业经营管理体系对科技创新可能带来的未来绩效认识不足，管理者往往追求利益短期化。再加上部分行业垄断行为，致使企业自主创新基础更加薄弱，创新意识不强，创新能力弱化。
（4）企业自主创新持续发展的保障性制度不完善。目前企业创新相关法律法规相对滞后，体制建设尚不健全，有利于提高科技进步和创新活力的措施尚未完全普遍采用，科技成果转化为现实生产力的有效机制尚未真正建立。尤其是基础科技及公共领域方面的创新型资金投入尚需体制上的保证。
（5）自主创新的网络化建设尚不健全。创新活动需要国家政策、科学技术链、研发资金链、技术服务链、人才建设构成一个有机网络化整体。目前，我国科技服务机构还比较弱小;国际科技创新合作，尚停留在重引进、轻吸收、欠创新、少自主的阶段;地区性、行业间、跨单位、的创新型人才流动、资源共享，以及产学研之间的密切合作等方面上尚脱节，流通网络还有待完善。企业与社会自主创新的市场环境与国家体制尚存不足。
3 软件设计的传统思路
3.1 传统软件设计的基本含义
一般来说，传统软件设计，是从软件需求描述开始，根据需求分析的结果进行功能设计，在软件系统的整体结构基础上划分功能模块、确定每个模块算法，然后进行代码编写，最后形成软件。在这一过程中，软件设计通常包含了结构设计、数据设计、接口设计和过程设计四个阶段。传统型软件设计具有以下四个基本特征：抽象、模块化、信息隐蔽、模块独立性。
3.2 面对大数据时代，传统型软件设计思路的几点商榷之处
（1）模块化减低了软件研发的复杂性、易于修改、使系统的并行开发更为便捷。但使系统的有机统一性受到影响。（2）数据的类型、形式、结构及其转换的相关规范和实现应进一步适应大数据时代的需要。（3）系统体系构造应考虑到针对大数据构造大规模系统的要求，在降低复杂性，提高构造运行速度，及设计能够适应规模增长的系统方面引起重视。（4）程序集成方面，应可借助各种系统构造工具，将软件设计从源代码开始，直至程序编译、程序链接等作综合考虑，以利于形成简捷高效稳定可靠安全的可执行程序。
4 基于大数据的软件设计新思路
4.1 软件设计的实质
比较各种软件设计的概念，可知软件设计就是用合适的技术方法，依据工程原理，来完成器件、设备、程序、体系、系统的物理实现的过程。其实质是：设计者通过软件来完成一定功能，满足客户的需要，实现或扩展某些功能的一项创造性活动。只不过，计算机软件设计与其他工程学科相比，发展时间尚都短，还处在“幼年”，仍需更新的方法、更好的算法分析以及理解力等显著进化。
4.2 软件设计的发展方向
随着时代变迁，大数据风起云涌。软件开发过程的演化也在随之改变。从早期的瀑布式开发模型、螺旋式迭代开发，到后来的敏捷开发方法，都体现出不同时代软件开发过程的特色，以及对软件研发项目的运作模式。
在大数据时代，智能型机器及设备已广泛应用到各行业，及家庭办公、家居生活中，具有新的特色，如：人性化、智能化、灵境化、熵平衡化。
人性化特色。人性化从技术和人的关系来看追求协调，使技术围绕人的需求来研发。人性化理念，具体体现在满足消费者的功能需求时，又满足消费者的心理需求。追求美观与消费者的生活习惯、操作习惯的完美统一。
智能化特色。现阶段设备如手机等，都是现代通信技术、网络技术、及智能控制技术的综合集成。设备不仅具有一定的“感知”能力，即具有能够感知外部世界、获取外部信息的能力;而且具有“记忆和思维”能力，即能够根据感知到的外部信息进行一定程度上的分析、计算，进而完成一定程度上的判断、联想、决策;更高级的，还具有一定程度上的“学习能力和自适应能力”，以及“行为决策能力”，比如“机器人”、精确制导导弹等。这些系统和产品，都体现了一定的“智能化”。
灵境化特色。大数据，使相关计算产品能，是综合了计算机图形技术、计算 机仿真技术、传感技术、显示技术等多种科学技术的最新成果，通过采用虚拟现实技术，能够全部或部分由计算机生成具有一定程度的视觉、听觉、触觉等多维感觉环境，给人提供一个观察并与虚拟环境进行交互作用的多维人机接口，使人可在虚拟环境中接观察事物的内在变化，并进行交互活动。这都给人一种“身临其境”的真实感。这一特点尤其体现在影视艺术及相关设备上。
熵平衡化特点。熵定律是科学定律之最，这是爱因斯坦的观点。在大数据时代，人类更加重视人与自然的和谐共处，因此，在产品研发时，如何做到能源、物质、信息等循环时平衡转换也是重要课题。
“归一”软件设计模式又可称为软件研发“生命体”模式，或称“五位一体”目标导向式软件研发模式，其框架如图1所示：
在这一框架中，存在着“一心“、“二极”、“五位”、“四环”。其中：“一心”即指软件设计注重“创新”这一主特色。“二极”指“问题”、“需求”。在这二者的沟通中，探讨出问题处理方案，给出软件设计的基本框架，和相关算法。“五位”指：在“二极”的基础上，由：A.工具资源;B.规则（含语法类、需求类、领域类又称供给类、参数设置类）;C.控制手段类软件措施（如控制类结构语句、类、指针与标志、算法等）;D.创新思想（含硬件方面、软件方面、问题方面）等四位构成有机整体，在开展研发活动中，要强调这“五者”的有机统一，做到五位一体，融会贯通。“四环”指软件研发过程中，应通过“结构-行为-目标-绩效”四环节完成软件设计，这一研发行为模式开始于“二极”、在“五位”所构成的外环境中实现目标任务的完成。这是一种以创新思想为主要特色的“目标导向”型行为驱动研发模式。
4.4 “归一”软件设计模式的基本特征
（1）从思想上高度重视软件部分在产品、工程、系统中的重要性，“差之毫厘谬以千里”，要求软件设计应做到安全、可靠。（2）从数据转换上，更注重从数据采集、初级数据、代码、指令、机器码、控制信号、操作指令、输出信号到终端的全过程特点，应对各环节的数据形式、结构及转换作统一考虑。（3）这一模式，根源于人与自然的完整世界观，探讨以新思想去进行软件设计，从价值工程的角度去进行软件体系的构造，以充分开发智能型机器的价值。（4）遵循五项设计原则：安全、生态、质量、效率、经济。
参考文献
[1] [加]Peter Smith著.深入理解软件构造系统原理与最佳实践.仲田等译.北京：机械工业出版社，2012.
[2] 胡小强.虚拟现实技术.北京：北京邮电大学出版社，2005.
[3] 卫红春.信息系统分析与设计.西安：西安电子科技大学出版社，2015.