大模型辅助 “Diagram as Code” 设计范式初探

相比直接从自然语言生成代码，引入 UML 作为中间产物能带来更大优势——表达清晰、结构直观，更便于理解和验证设计。当然，UML 并非适用于所有场景，因此本文重点探讨其在复杂电商系统等适用场景中的价值。

“Diagram as Code” 设计范式的一种可能流程是：用自然语言描述需求，大模型同步生成设计图、代码、测试用例及部署脚本，从而实现高效、可控的软件开发流程。

注意：本文只是讨论一个方向以及可能的实现手段，还未形成一个体系！

一、核心逻辑：从意图到代码的双向闭环

设计范式本质：通过自然语言和UML图构建机器可理解的中间层，实现"需求→设计→代码"的自动化流转。

关键角色：

• • 自然语言：人类意图的载体（如"设计一个用户登录系统"）

• • UML图：结构化设计表达（如时序图描述登录流程）

• • 大模型：语义翻译引擎（连接意图、图表与代码）

二、自然语言 → UML图生成

1. 方法：基于 Prompt 的精准控制

自然语言可以通过 Prompt 进行精准控制，将用户的描述转换为 UML 代码。例如，输入 “用户可以创建多个订单，每个订单包含订单 ID 和总价”，经过处理后，自动生成 Mermaid 类图：

2. 关键技术：Mermaid 语法解析

Mermaid 是一种基于文本的图表绘制工具，支持多种 UML 图：

• • 类图 (classDiagram)：展示对象及其关系

• • 时序图 (sequenceDiagram)：描述对象交互过程

• • 状态图 (stateDiagram-v2)：表示状态转换

• • 流程图 (flowchart)：可视化流程控制

• • 用例图 (useCaseDiagram)：展示系统功能及用户角色

示例：时序图

该时序图可以用自然语言 “请根据需求：用户登录服务器并获取 Token，然后用 Token 访问受限资源，生成 mermaid 格式的时序图”向大模型提问生成：

3. 技术实现

自然语言到 UML mermaid 格式转换，依赖以下核心技术（当然目前情况看下来大模型已经具备了以下能力）：

(1) 语义解析

• • 语义三元组提取：将句子分解为 (主体, 动作, 客体)

• • 例：“用户提交订单” → (User, submit, Order)；

• • 关键词匹配：识别 UML 术语，如 “继承”、“包含”、“交互” 等

(2) 关系推理
根据不同语义自动识别 UML 关系，并映射到 Mermaid 语法：

• • 继承 (inheritance)： User <|-- AdminUser

• • 依赖 (dependency)： User ..> PaymentService

• • 组合 (composition)： Order *-- Item

• • 关联 (association)： User --> Order

(3) UML 生成

• • 结合 Mermaid 语法规则，利用 NLP 技术结构化输出 UML 图（代码）；

• • 采用 JSON Schema 约束返回格式，确保 UML 代码正确；

• • 引入**领域知识库（如电商、银行等）**提升准确率（可以使用 RAG 方案）。

(4) 模型优化（如果有更加复杂的需求）

• • 训练专用大语言模型，以更精准地转换自然语言；

• • 提供示例库，让用户调整 Prompt 以生成符合预期的 UML 图。

三、基于 Mermaid 的完整工具链探讨

1. 工具链整合

2. 复杂 UML 图类型扩展

这里的扩展指使用 mermaid 语法来定义不同的 UML 图。

(1) 组件图（Component Diagram）

componentDiagram
  component [认证服务] as auth
  component [支付网关] as payment
  component [订单服务] as order  
  auth --> order : 用户验证
  order --> payment : 发起支付

(2) 部署图（Deployment Diagram）

deploymentDiagram
  deployment "AWS" as cloud {
    node "Web Server" as web
    node "Database" as db
  }
  web --> db : JDBC 连接

四、UML 图生成代码

1. 映射规则表

2. 代码映射示例

3. 代码生成示例

利用 Mermaid 类图直接生成 Java 代码：

class User {
    private int userId;
    private String username;
        public Order createOrder() {
        return new Order();
    }
}
class Order {
    private int orderId;
    private double totalPrice;
        public void calculateTotal() {}
}

3. 多类型 UML 图生成示例

用例图：

useCaseDiagram
  actor User as 用户
  actor Admin as 管理员
    用户 --> (登录系统)
  用户 --> (提交订单)
  管理员 --> (审核订单)
  (提交订单) .> (支付接口) : extend

活动图：

activityDiagram
  start
  :用户输入凭证;
  if (验证通过?) then(yes)
    :跳转主页;
  else(no)
    :显示错误提示;
  endif
  stop

将以上信息作为问题问大模型：“根据以上两个 UML 图生成示例 Java 代码”，输出如下：

// 用户类
class User {
    private String username;
    public User(String username) {
        this.username = username;
    }
    public boolean login(String password) {
        // 这里模拟用户登录逻辑
        if ("correct_password".equals(password)) {
            System.out.println(username + " 登录成功");
            return true;
        } else {
            System.out.println("登录失败：密码错误");
            return false;
        }
    }
    public Order submitOrder(String item) {
        Order order = new Order(this, item);
        System.out.println(username + " 提交订单: " + item);
        order.processPayment();
        return order;
    }
}
// 管理员类
class Admin {
    private String name;
    public Admin(String name) {
        this.name = name;
    }
    public void reviewOrder(Order order) {
        if (order != null) {
            System.out.println(name + " 审核订单: " + order.getItem());
            order.setReviewed(true);
        }
    }
}
// 订单类
class Order {
    private User user;
    private String item;
    private boolean isPaid = false;
    private boolean isReviewed = false;
    public Order(User user, String item) {
        this.user = user;
        this.item = item;
    }
    public void processPayment() {
        System.out.println("支付接口调用中...");
        this.isPaid = true;
        System.out.println("订单支付成功: " + item);
    }
    public void setReviewed(boolean reviewed) {
        this.isReviewed = reviewed;
    }
    public String getItem() {
        return item;
    }
}
// 测试主类
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        User user = new User("张三");
        Admin admin = new Admin("管理员");
        if (user.login("correct_password")) {
            Order order = user.submitOrder("商品 A");
            admin.reviewOrder(order);
        }
    }
}

五、关键技术挑战与解决方案