[論文レビュー] Classes in Object-Oriented Modeling (UML): Further Understanding and Abstraction

Sabah Al‐Fedaghi|arXiv (Cornell University)|Jun 1, 2021

Model-Driven Software Engineering Techniques参考文献 24被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、構造と作用性を属性およびクラス内に作用を埋め込むことで統合する形式的枠組み「Thinging Machine（TM）モデリング」を導入することで、UMLクラス図の概念的理解を進める。UMLクラス図は、より豊かな意味的構造の短縮表現にすぎず、アクセス修飾子やナビゲーション方向といった早期の設計的配慮に起因する制限により、深い概念的分析に不適切であると主張する。

ABSTRACT

Object orientation has become the predominant paradigm for conceptual modeling (e.g., UML), where the notions of class and object form the primitive building blocks of thought. Classes act as templates for objects that have attributes and methods (actions). The modeled systems are not even necessarily software systems: They can be human and artificial systems of many different kinds (e.g., teaching and learning systems). The UML class diagram is described as a central component of model-driven software development. It is the most common diagram in object-oriented models and used to model the static design view of a system. Objects both carry data and execute actions. According to some authorities in modeling, a certain degree of difficulty exists in understanding the semantics of these notions in UML class diagrams. Some researchers claim class diagrams have limited use for conceptual analysis and that they are best used for logical design. Performing conceptual analysis should not concern the ways facts are grouped into structures. Whether a fact will end up in the design as an attribute is not a conceptual issue. UML leads to drilling down into physical design details (e.g., private/public attributes, encapsulated operations, and navigating direction of an association). This paper is a venture to further the understanding of object-orientated concepts as exemplified in UML with the aim of developing a broad comprehension of conceptual modeling fundamentals. Thinging machine (TM) modeling is a new modeling language employed in such an undertaking. TM modeling interlaces structure (components) and actionality where actions infiltrate the attributes as much as the classes. Although space limitations affect some aspects of the class diagram, the concluding assessment of this study reveals the class description is a kind of shorthand for a richer sematic TM construct.

研究の動機と目的

• UMLクラス図における概念的曖昧さ、特に概念的モデリングと低レベルの設計意思決定を区別するのが難しい点を解決すること。
• クラス図が概念的分析に十分であるという仮定に疑問を呈し、しばしばアクセス修飾子や関連の方向性といった実装上の懸念事項に逸脱してしまう点を指摘すること。
• Thinging Machine（TM）モデリングを形式的代替手段として導入することで、より広範かつ意味的に豊かな概念的モデリングの基盤を構築すること。
• UMLの記述が、より表現力のあるTM構造の圧縮表現にすぎないことを示すこと。
• 設計志向のモデリングから、構造と作用性の統一された意味的セマンティクスに基づくより深い概念的モデリングへの移行を提唱すること。

提案手法

• 構造的要素と作用性を統合する新しい形式的枠組みとしてThinging Machine（TM）モデリングを導入し、作用を属性およびクラス内に埋め込むことを可能にする。
• クラスを静的設計図ではなく、データと同様に作用を第一級の市民として扱う動的実体として表現する。
• UMLクラス図とそれに対応するTM構造を比較することで、意味的ギャップや設計志向のバイアスを明らかにする。
• 22枚の図と12ページにわたる分析を用いて、TMモデリングがUMLよりも豊かな意味的表現を捉えられることを示す。
• アクセス修飾子やナビゲーション方向といった実装詳細への注力が、UMLの概念的分析の支援において限界をもたらす点を分析する。
• UMLにおけるクラス記述が、より複雑で意味的に完全なTM構造の短縮表現であると提唱する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 UMLクラス図は、実装上の懸念を埋め込むことで、どの程度概念的区別を曇らせるか？
• RQ2 どのようなモデリング形式が、概念的モデリングにおいて構造と作用性をよりよく統合できるか？
• RQ3 UMLクラス図が概念的分析に用いられる場合、意味的限界は何か？
• RQ4 Thinging Machine（TM）モデリングは、UMLよりも概念的モデリングのより包括的な基盤として機能できるか？
• RQ5 なぜ現在のUMLクラス図の使用法が、複雑なシステムにおける深い概念的モデリングに不適切なのか？

主な発見

• UMLクラス図は、アクセス修飾子や関連の方向性といった設計的懸念事項と概念的事実を混同するため、本質的に概念的分析に適さない。
• 本論文は、特に現実のシステムにおいて作用とデータの関係がどのように構築されるかについて、UMLクラスのセマンティクスが不十分に定義されていると特定する。
• Thinging Machine（TM）モデリングは、作用を属性およびクラス内に埋め込めるため、より表現力があり意味的に完全な表現を提供する。
• 研究は、UMLクラス記述がより豊かなTM構造の短縮表現にすぎないという結論に至る。これは、UMLが本質的な意味的詳細を抽象化していることを示唆する。
• TMモデリングにより、概念的モデリングと実装の明確な分離が可能となり、システムの振る舞いと構造のより深い分析が可能になる。
• 研究は、概念的モデリングが、プライベート／パブリックアクセスやナビゲータビリティといった設計志向の構造に制限されるべきではないことを示している。これらは概念的レベルでは無関係である。