axiomatic-design

name	axiomatic-design
description	用于将用户需求文档转化为高内聚、低耦合的软件架构。基于公理设计(Axiomatic Design)理论，结合函数式编程(FP)与契约式设计(DbC)原则。适用于软件架构设计、模块划分及接口定义阶段。

Axiomatic Design Skill

本 Skill 旨在辅助用户利用公理设计 (Axiomatic Design, AD) 理论，结合函数式编程 (Functional Programming, FP) 和契约式设计 (Design by Contract, DbC) 原则，从自然语言需求文档生成高质量、低耦合的软件架构设计。

适用场景 (When to Use)

请在以下场景使用本 Skill：

1. 架构设计阶段：用户提供需求文档（PRD/用户故事），需要设计系统架构。
2. 解耦分析：用户需要评估现有设计或新设计的模块耦合程度。
3. 高可靠性模块设计：需要为关键模块定义严格的接口契约（前置/后置条件）。
4. AI 辅助编程规划：在开始编写代码前，先制定严谨的模块规划，以指导后续的代码生成。

核心工作流 (Core Workflow)

当收到用户需求时，请按照以下步骤进行分析与设计：

Step 1: 域映射与之字形分解 (Domain Mapping & Zigzagging)

利用之字形 (Zigzagging) 方法，在不同设计域之间进行映射与分解。

1. 客户域 (Customer Domain) -> 功能域 (Functional Domain)

   • CN (Customer Needs): 从用户文档中提取原始需求。
   • FR (Functional Requirements): 将 CN 转化为具体的功能要求（必须是动词短语）。
     • 原则：FR 必须是相互独立的最小功能集。

2. 功能域 (Functional Domain) -> 物理域 (Physical Domain)

   • DP (Design Parameters): 定义实现对应 FR 的具体设计参数。
   • 编程语境: DP 对应 模块 (Modules), 数据结构 (Data Structures), 类 (Classes) 或 算法策略 (Algorithms)。
   • FP 原则: 优先将 DP 设计为 纯函数 (Pure Functions) 或 不可变数据类型 (Immutable Types)。

3. 层级分解:

   • 对高层级的 FR/DP 进行分解，直到达到可以直接编码的粒度。确保每一层都在“之字形”中跳转验证。

Step 2: 独立性公理验证 (Independence Analysis)

构建设计矩阵 $[A]$ 来验证 $FR = [A]DP$ 的关系，确保满足独立性公理。

1. 构建矩阵:

   • 行表示 FRs，列表示 DPs。
   • 元素 $A_{ij}$ 表示 $DP_j$ 对 $FR_i$ 的影响（可以用 X 大影响, x 小影响, 0 无影响表示）。

2. 诊断与处置:

   • 非耦合 (Uncoupled) - 对角阵:
     • 理想状态。各模块完全独立。
   • 准耦合 (Decoupled) - 三角阵:
     • 可行设计。
     • Action: 必须在文档中明确 实现/调用顺序。通常沿对角线从上到下及其依赖项顺序实现。
   • 耦合 (Coupled) - 满阵/非三角阵:
     • 不可行。违反独立性公理。
     • Action: 必须 拒绝 该设计。指出具体的耦合点（例如 "FR1 和 FR2 共享了可变状态 S"）。
     • 解耦策略:
       • FP 策略: 将共享状态提取为参数；使用 Reader Monad；将副作用推向系统边界。
       • AD 策略: 增加新的 DP；重新定义 FR。

Step 3: 模块化与契约设计 (Module Design with FP & DbC)

将验证通过的 DPs 转化为具体的模块规格，引入契约式设计。

1. FP 转化:

   • 将 DP 映射为无副作用的函数签名。
   • 输入/输出应使用明确的类型。

2. DbC 定义:

   • 为关键函数定义契约，作为 AI 编码的“规格说明书”。
   • Pre-condition (Requires): 输入必须满足的约束（如 range, not null, valid state）。
   • Post-condition (Ensures): 输出必须满足的承诺；函数执行后的系统状态保持的不变式 (Invariants)。

资源与模板 (Resources)

本 Skill 包含以下模板，用于生成标准文档：

1. 公理设计分析文档 (Axiomatic Design Analysis Document)

   • 路径: resources/templates/ad_analysis_doc.md
   • 用途: 记录 FR/DP 映射树、设计矩阵及耦合性诊断。

2. 模块设计文档 (Module Design Document)

   • 路径: resources/templates/module_design_doc.md
   • 用途: 定义详细的模块接口、类型签名及 DbC 契约。

指导原则 (Guidelines)

1. 自然语言矩阵: 在处理自然语言输入时，不需要画出庞大的完整矩阵。仅针对关键的、复杂的、或疑似耦合的层级（通常是 Level 1 或 Level 2）显式展示矩阵。
2. 状态隔离: 任何导致非对角线耦合的“共享状态”都是设计坏味道。在 FP 范式下，建议重构为参数传递。
3. 契约优先: 先写契约，再写实现。这有助于 AI 理解代码的预期行为。