ЖҮЙЕНІҢ ҚЫЗМЕТ КӨРСЕТУ ПРОЦЕСІН ФОРМАЛДАНУ ЖӘНЕ АЛГОРИТМДЕУ

ЖҮЙЕЛІК МОДЕЛЬДЕРДІ ӘЗІРЛЕУ ЖӘНЕ МАШИНАЛЫҚ ЕНГІЗУ ТӘЗІЛІГІ

Дамумен есептеу техникасыҮлкен жүйелерді зерттеудің ең тиімді әдісі машиналық модельдеу болды, онсыз көптеген ірі экономикалық мәселелерді шешу мүмкін емес. Сондықтан инженерлерді дайындаудың кезек күттірмейтін міндеттерінің бірі – зерттелетін объектілердің модельдерін құруға ғана емес, олардың динамикасын талдауға және басқару қабілетіне мүмкіндік беретін жүйелілік талаптарын ескере отырып, математикалық модельдеу теориясы мен әдістерін меңгеру. модельмен машиналық тәжірибе жасау, сонымен қатар жасалған модельдердің зерттелетін жүйелерге сәйкестігі туралы белгілі бір дәрежеде баға беру. , қолданылу шегі туралы және заманауи компьютерлік технологияда жүйелерді модельдеуді дұрыс ұйымдастыру.

Модельдеудің әдістемелік аспектілері.Компьютерлік модельдеудің математикалық, алгоритмдік, бағдарламалық және қолданбалы аспектілерін қарастырмас бұрын, компьютерлік технологияда жүзеге асырылатын объектілердің математикалық модельдерінің кең класы үшін жалпы әдістемелік аспектілерді зерттеу қажет. Компьютерлік технологияны қолданатын модельдеу нақты объектіде жоғары немесе төмен жылдамдықта болатын құбылыстардың механизмін зерттеуге мүмкіндік береді, бұл кезде объектпен толық масштабты эксперименттерде қысқа уақыт ішінде болатын өзгерістерді бақылау қиын (немесе мүмкін емес); немесе сенімді нәтиже алу ұзақ уақыт кезеңімен байланысты болған кезде.тәжірибе. Қажет болса, машина моделі нақты уақытты «созуға» немесе «сығуға» мүмкіндік береді, өйткені машиналық модельдеу нақты уақыттан ерекшеленетін жүйелік уақыт тұжырымдамасымен байланысты. Сонымен қатар, диалогтық жүйеде машиналық модельдеудің көмегімен жүйемен жұмыс істейтін персоналды объектіні басқаруда шешім қабылдауға үйретуге болады, мысалы, іскерлік ойынды ұйымдастыру кезінде қажетті практикалық дағдыларды дамытуға мүмкіндік береді. басқару процесін жүзеге асыру үшін.

Жүйені машиналық модельдеудің мәні жүйе элементтерінің әрекетін формальды және (немесе) алгоритмдік түрде сипаттайтын белгілі бір бағдарламалық пакет болып табылатын модельмен компьютерде эксперимент жүргізу болып табылады. Соның қызмет ету процесінде, яғни олардың бір-бірімен және сыртқы ортамен әрекеттесуінде Е.Машиналық модельдеу жүйенің жұмыс істеу сапасын бағалау критерийін нақты тұжырымдау қиын және оның мақсатын толығымен ресімдеу мүмкін болмаған жағдайларда сәтті қолданылады, өйткені ол компьютердің бағдарламалық және аппараттық мүмкіндіктерін біріктіруге мүмкіндік береді. адамның бейресми категорияларда ойлау қабілеті. Болашақта әртүрлі деңгейдегі жүйелерді зерттеу мен әзірлеудің ең тиімді құралы ретінде әмбебап компьютерлерде жүйелерді модельдеуге басты назар аударылады.

Модельге пайдаланушы талаптары.Модельге қойылатын негізгі талаптарды тұжырымдаймыз Мжүйенің жұмыс процесі С.

Модельдің толықтығы пайдаланушыға қажетті дәлдік пен сенімділікпен жүйе сипаттамаларының бағалауларының қажетті жиынтығын алу мүмкіндігін қамтамасыз етуі керек.

Модельдің икемділігі жүйенің құрылымын, алгоритмдерін және параметрлерін өзгерту кезінде әртүрлі жағдайларды жаңғыртуға мүмкіндік беруі керек.

Үлкен жүйенің моделін әзірлеу және енгізу ұзақтығы қолда бар ресурстардың шектеулерін ескере отырып, мүмкіндігінше қысқа болуы керек.

Модельдің құрылымы блокты болуы керек, яғни бүкіл үлгіні қайта өңдемей-ақ кейбір бөліктерді ауыстыру, қосу және жою мүмкіндігін қамтамасыз ету керек.

Ақпараттық қолдау мүмкіндік беруі керек тиімді жұмысбелгілі бір кластағы жүйелердің деректер қоры бар модельдер.

Бағдарлама және техникалық құралдармодельді машинаның тиімді (жылдамдығы мен жады бойынша) іске асыруын және пайдаланушымен ыңғайлы байланысты қамтамасыз етуі керек.

Жүйе моделімен мақсатты (жоспарлы) компьютерлік эксперименттер шектеулі есептеу ресурстары болған жағдайда аналитикалық-имитациялық тәсілді қолдану арқылы жүзеге асырылуы керек.

Осы талаптарды ескере отырып, біз компьютерде жүйелерді модельдеу кезінде жарамды негізгі ережелерді қарастырамыз С, сондай-ақ олардың ішкі жүйелері мен элементтері. Жүйені машиналық модельдеуде Смоделі негізінде оның қызмет ету процесінің сипаттамалары анықталады М,модельдеу объектісі туралы қолда бар бастапқы ақпарат негізінде құрастырылған. Алғаннан кейін жаңа ақпаратобъект туралы оның моделі жаңа ақпаратты ескере отырып қайта қаралады және нақтыланады, яғни модельдеу процесі, оның ішінде модельді әзірлеу және машиналық енгізу итеративті болып табылады. Бұл қайталанатын процесс үлгі алынғанша жалғасады. М, бұл жүйені зерттеу және жобалау мәселесін шешу шеңберінде барабар деп санауға болады С.

Жүйелерді компьютерлік модельдеу келесі жағдайларда қолданылуы мүмкін:

а) жүйені зерттеу Смодельдеу объектісінің және сыртқы ортаның құрылымының, алгоритмдері мен параметрлерінің өзгерістеріне сипаттамалардың сезімталдығын анықтау мақсатында жобаланғанға дейін;

б) жүйені жобалау сатысында Сжүйенің әртүрлі нұсқаларын талдау және синтездеу және бәсекелестердің арасынан қабылданған шектеулер бойынша жүйенің тиімділігін бағалаудың берілген критерийін қанағаттандыратын осындай нұсқаны таңдау үшін;

в) жүйені жобалау және енгізу аяқталғаннан кейін, яғни оның жұмыс істеуі кезінде нақты жүйенің толық ауқымды сынақтарының (жұмысының) нәтижелерін толықтыратын ақпаратты алу және оның эволюциясының (дамысының) болжамдарын алу. жүйе уақытында.

Жоғарыда аталған барлық машина модельдеу жағдайларына қолданылатын жалпы ережелер бар. Тіпті нақты модельдеу әдістері бір-бірінен ерекшеленетін және модельдердің әртүрлі модификациялары болған жағдайларда да, мысалы, нақты бағдарламалық-аппараттық құралдарды пайдалана отырып, модельдеу алгоритмдерін машиналық енгізу саласында, жүйелік модельдеу тәжірибесінде жалпы тұжырымдауға болады. машиналық модельдеу әдістемесінің негізін құра алатын принциптер.

Жүйені модельдеу кезеңдері.Жүйені модельдеудің негізгі кезеңдерін қарастырыңыз С, мыналарды қамтиды: құрылыс концептуалды модельжүйелер және оны формализациялау; жүйе моделін алгоритмдеу және оны машиналық енгізу; жүйені модельдеу нәтижелерін алу және интерпретациялау.

Күріш. 1. Жүйені модельдеу кезеңдерінің өзара байланысы

Жүйені модельдеудің аталған кезеңдері мен олардың құрамдас бөліктері (ішкі сатылары) арасындағы байланыс күріште көрсетілген желілік диаграмма түрінде ұсынылуы мүмкін. 1. Біз бұл ішкі кезеңдерді тізімдейміз: 1.1 - жүйені машиналық модельдеу мәселесін қою; 1.2 - жүйені модельдеу мәселесін талдау; 1.3 - модельдеу объектісі туралы бастапқы ақпаратқа қойылатын талаптарды анықтау және оны жинауды ұйымдастыру; 1.4 - гипотезаларды алға қою және болжамдарды қабылдау; 1.5 - модельдің параметрлері мен айнымалыларын анықтау; 1.6 - үлгінің негізгі мазмұнын белгілеу; 1.7 - жүйенің тиімділігін бағалау критерийлерін негіздеу; 1.8 - жуықтау процедураларын анықтау; 1.9 - жүйенің концептуалды моделін сипаттау; 1.10 - концептуалды модельді валидациялау; 1.11 - бірінші кезеңге техникалық құжаттаманы дайындау; 2.1 - құрылыс логикалық диаграммамодельдер; 2.2 - математикалық қатынасты алу; 2.3 - жүйе моделінің сенімділігін тексеру; 2.4 - модельдеу үшін есептеу құралдарын таңдау; 2.5 - бағдарламалау жұмыстарын орындау жоспарын құру; 2.6 - бағдарлама схемасын құру; 2.7 - бағдарлама схемасының негізділігін тексеру; 2.8 - модельді бағдарламалау; 2.9 - бағдарламаның сенімділігін тексеру; 2.10 - екінші кезеңге техникалық құжаттаманы дайындау; 3.1 - жүйе үлгісімен машина тәжірибесін жоспарлау; 3.2 - есептеу құралдарына қойылатын талаптарды анықтау; 3.3 - жұмыс есептерін жүргізу; 3.4 - жүйені модельдеу нәтижелерін талдау; 3.5 - модельдеу нәтижелерін көрсету; 3.6 - модельдеу нәтижелерін интерпретациялау; 3.7 - модельдеу нәтижелерін қорытындылау және ұсыныстар беру; 3.8 - үшінші кезеңге техникалық құжаттаманы құрастыру.

Осылайша, жүйені модельдеу процесі Сүш кезеңге топтастырылған аталған кіші кезеңдерді жүзеге асыруға дейін қысқартылады. Тұжырымдама моделін құру кезеңінде
және оны формализациялау, модельденетін объектіні зерттеу оның қызмет ету процесінің негізгі құрамдастарын бөліп көрсету тұрғысынан жүргізіледі, қажетті жуықтаулар анықталады және жүйелік модельдің жалпылама схемасы алынады С, ол машина үлгісіне айналады
модельді тізбектей алгоритмдеу және бағдарламалау арқылы модельдеудің екінші кезеңінде. Жүйені модельдеудің соңғы үшінші кезеңі алынған жоспарға сәйкес таңдалған бағдарламалық және аппараттық құралдарды пайдалана отырып, компьютерде жұмыс есептерін жүргізуге, жүйені модельдеу нәтижелерін алуға және интерпретациялауға дейін қысқарады. Ссыртқы ортаның әсерін ескере отырып Е.Әлбетте, модельді құру және оны машиналық енгізу кезінде, жаңа ақпарат алынғанда, бұрын қабылданған шешімдерді қайта қарауға болады, яғни модельдеу процесі итеративті. Кезеңдердің әрқайсысының мазмұнын толығырақ қарастырайық.

ЖҮЙЕНІҢ КОНЦЕПТУАЛДЫҚ ҮЛГІСІН ҚҰРУ ЖӘНЕ ОНЫ РАСМАЛДАУ

Машиналық модельдеудің бірінші кезеңінде – құрылыс концептуалды модель
жүйелер Сжәне оның формализациясы – модель тұжырымдалады және оның формальды схемасы құрылады, яғни бұл кезеңнің негізгі мақсаты – объектіні мағыналы сипаттаудан оның математикалық моделіне көшу, басқаша айтқанда, формализация процесі. Компьютерде жүйелерді модельдеу қазіргі уақытта үлкен жүйелердің сипаттамаларын бағалаудың ең жан-жақты және тиімді әдісі болып табылады. Бұл жұмыста ең жауапты және ең аз рәсімделген сәттер жүйе арасындағы шекара болып табылады Сжәне сыртқы орта Е,жүйенің сипаттамасын жеңілдету және жүйенің алдымен тұжырымдамалық, содан кейін формальды моделін құру. Модель адекватты болуы керек, әйтпесе модельдеудің оң нәтижелерін алу мүмкін емес, яғни адекватты емес модельде жүйенің жұмыс істеу процесін зерттеу әдетте өз мәнін жоғалтады. астында барабар үлгібіз модельденетін жүйені түсіну деңгейінде белгілі бір жуықтау дәрежесімен модельді түсінеміз Смодельді әзірлеуші ​​оның сыртқы ортадағы қызмет ету процесін көрсетеді Е.

Сипаттамадан блок үлгісіне көшу.Блоктық принцип бойынша жұмыс істейтін жүйенің моделін құру ең ұтымды. Бұл жағдайда мұндай модельдің блоктарының үш автономды тобын бөлуге болады. Бірінші топтың блоктарықоршаған орта әсерлерінің симуляторы болып табылады Ежүйе бойынша С; екінші топтың блоктарыіс жүзінде зерттелетін жүйенің қызмет ету процесінің үлгісі болып табылады С; үшінші топтың блоктары- көмекші және алғашқы екі топтың блоктарын машинада орындауға, сондай-ақ модельдеу нәтижелерін бекітуге және өңдеуге арналған.

Кейбір гипотетикалық жүйенің қызмет ету процесін сипаттаудан осы процестің моделіне өту механизмін қарастырайық. Түсінікті болу үшін біз жүйенің жұмыс істеу процесінің қасиеттерін сипаттау идеясын енгіземіз С, яғни оның тұжырымдамалық моделі туралы
Қалай суретте көрсетілгендей шартты түрде квадраттармен бейнеленген кейбір элементтердің жиынтығы. 2, а.Бұл квадраттар жүйенің жұмыс істеуінің зерттелетін процесінің кейбір ішкі процестерінің сипаттамасы болып табылады С, қоршаған ортаға әсері ЕБұл интерпретацияда жүйенің сипаттамасынан оның моделіне өту сипаттаманың кейбір қосалқы элементтерін (элементтерін) қараудан алып тастауға дейін қысқарады. 5-8, 39-41, 43-47 ). Модельді қолдану арқылы зерттелетін процестердің жүруіне олар айтарлықтай әсер етпейді деп болжанады. Элементтердің бөлігі ( 14, 15, 28, 29, 42 ) пассивті сілтемелермен ауыстырылады , жүйенің ішкі қасиеттерін көрсететін (2-сурет, б). Кейбір элементтер 1-4, 10, 11, 24, 25 кіріс факторларымен ауыстырылады Xжәне қоршаған орта әсерлері . Біріктірілген ауыстырулар да мүмкін: элементтер 9, 18, 19, 32, 33 пассивті сілтемемен ауыстырылады және сыртқы ортаның әсері Е . Элементтер 22, 23, 36, 37 жүйенің қоршаған ортаға әсерін көрсетеді ж.

Күріш. 2. Жүйе моделі: а -тұжырымдамалық; b - блок

Жүйенің қалған элементтері Сблоктарға топтастырылған
, зерттелетін жүйенің қызмет ету процесін бейнелейді. Бұл блоктардың әрқайсысы жеткілікті түрде автономды болып табылады, бұл олардың арасындағы байланыстардың ең аз санында көрсетіледі: Бұл блоктардың әрекеті жақсы зерттелуі керек және олардың әрқайсысы үшін математикалық модель құрастырылған, ол өз кезегінде бірқатар ішкі блоктарды қамтуы мүмкін. салынған блок үлгісізерттелетін жүйенің қызмет ету процесі Сосы процестің сипаттамаларын талдауға арналған, нәтижесінде алынған модельді машиналық енгізу арқылы жүзеге асырылуы мүмкін.

Процестердің математикалық модельдері.Имитациялық жүйенің сипаттамасынан көшкеннен кейін Соның үлгісіне
, блоктық принцип бойынша құрастырылған кезде әртүрлі блоктарда болатын процестердің математикалық модельдерін құру қажет. Математикалық модель – жүйенің жұмыс істеу процесінің сипаттамаларын анықтайтын қатынастар жиынтығы (мысалы, теңдеулер, логикалық шарттар, операторлар). Сжүйенің құрылымына, мінез-құлық алгоритмдеріне, жүйе параметрлеріне, қоршаған орта әсерлеріне байланысты Е,бастапқы шарттар мен уақыт. Математикалық модель зерттелетін жүйенің қызмет ету процесін формализациялаудың нәтижесі болып табылады, яғни. зерттеу шеңберінде қажетті шындыққа жақындау дәрежесімен процестің формальды (математикалық) сипаттамасын құру.

Ресімдеу мүмкіндіктерін көрсету үшін кейбір гипотетикалық жүйенің жұмыс істеу процесін қарастырыңыз С, бөлуге болады Тсипаттамалары бар ішкі жүйелер , параметрлері бар , енгізу әрекеттері болған кезде және қоршаған орта әсерлері. Содан кейін форманың қатынастар жүйесі

(1)

Функциялар болса
белгілі болса, онда (1) қатынастар жүйенің жұмыс істеу процесінің идеалды математикалық моделі болып шығады С. Дегенмен, іс жүзінде үлгіні алу жеткілікті қарапайым пішінүлкен жүйелер үшін көбінесе мүмкін емес, сондықтан әдетте жүйенің жұмыс істеу процесі Сбірқатар элементарлық ішкі процестерге бөлінеді. Бұл ретте ішкі процестерге бөлуді жеке ішкі процестердің үлгілерін құру элементарлы және формализациялауда қиындықтар тудырмайтындай етіп жүргізу қажет. Осылайша, бұл кезеңде ішкі процестерді формализациялаудың мәні типтік математикалық схемаларды таңдаудан тұрады. Мысалы, стохастикалық процестер үшін бұл ықтималдық автоматтардың схемалары болуы мүмкін (P-схемалар),кезек схемалары (Q-схема)шешілетін қолданбалы мәселелер тұрғысынан ішкі процестерді құрайтын нақты құбылыстардың негізгі белгілерін жеткілікті дәл сипаттайтын т.б.

Осылайша, кез келген жүйенің қызмет ету процесін формализациялау Соның құрамдас құбылыстарын зерттеу алдында тұруы керек. Нәтижесінде процестің мазмұнды сипаттамасы пайда болады, бұл зерттелетін процеске тән заңдылықтарды нақты көрсетуге және қолданбалы мәселені тұжырымдауға бірінші әрекет болып табылады. Маңызды сипаттама формализацияның келесі кезеңдерінің бастапқы материалы болып табылады: жүйенің жұмыс істеу процесінің формальдандырылған схемасын және осы процестің математикалық моделін құру. Компьютерде жүйенің жұмыс істеу процесін имитациялау үшін процестің математикалық моделін сәйкес модельдеу алгоритміне және компьютерлік бағдарламаға түрлендіру қажет.

Модельдеудің бірінші кезеңінің ішкі кезеңдері.Концептуалды модельді құрудың негізгі қосалқы кезеңдерін толығырақ қарастырайық
жүйесі және оның формализациясы (1-суретті қараңыз).

1.1. Жүйені машиналық модельдеу есебінің қойылымы.Белгілі бір жүйені зерттеу тапсырмасының нақты тұжырымы берілген. Сжәне мынадай мәселелерге назар аударады: а) мәселенің бар екендігін және машинаны модельдеу қажеттілігін мойындау; б) қолда бар ресурстарды ескере отырып, мәселені шешу әдістерін таңдау; в) тапсырманың көлемін және оны қосалқы тапсырмаларға бөлу мүмкіндігін анықтау.

Сондай-ақ әртүрлі ішкі тапсырмаларды шешудің басымдылығы туралы сұраққа жауап беру, мүмкін болатын математикалық әдістер мен оларды шешудің бағдарламалық-аппараттық құралдарының тиімділігін бағалау қажет. Осы мәселелерді мұқият зерделеу зерттеудің міндетін тұжырымдап, оны жүзеге асыруды бастауға мүмкіндік береді. Бұл жағдайда модельдеу барысында мәселенің бастапқы қойылымын қайта қарауға болады.

1.2. Жүйені модельдеу мәселесін талдау.Мәселені талдау болашақта оны модельдеу арқылы шешу кезінде туындайтын қиындықтарды жеңуге көмектеседі. Қарастырылып отырған екінші кезеңде негізгі жұмыс нақты талдауға дейін қысқарады, оның ішінде: а) жүйенің жұмыс істеу процесінің тиімділігін бағалау критерийлерін таңдау. С; б) эндогендік және экзогендік модельдік айнымалыларды анықтау М;в) мүмкін болатын сәйкестендіру әдістерін таңдау; G)жүйелік модельді алгоритмдеудің екінші кезеңінің мазмұнына және оны машиналық енгізуге алдын ала талдауды орындау; д) жүйені модельдеу нәтижелерін алу мен түсіндірудің үшінші кезеңінің мазмұнына алдын ала талдау жасау.

1.3. Модельдеу объектісі туралы бастапқы ақпаратқа қойылатын талаптарды анықтау және оны жинауды ұйымдастыру.Жүйені модельдеу мәселесін қойғаннан кейін Сақпаратқа қойылатын талаптар анықталады, одан осы мәселені шешуге қажетті сапалық және сандық бастапқы деректер алынады. Бұл деректер мәселенің мәнін, оны шешу әдістерін терең түсінуге көмектеседі. Осылайша, осы қосалқы кезеңде мыналар жүзеге асырылады: а) жүйе туралы қажетті ақпаратты таңдау Сжәне қоршаған орта E;б) априорлық мәліметтерді дайындау; в) қолда бар эксперименттік мәліметтерді талдау; г) жүйе туралы ақпаратты алдын ала өңдеу әдістері мен құралдарын таңдау.

Бұл ретте модельдің адекваттылығы да, модельдеу нәтижелерінің сенімділігі де модельдеу объектісі туралы бастапқы ақпараттың сапасына байланысты екенін есте ұстаған жөн.

1.4. Гипотеза жасау және болжамдарды қабылдау.Жүйе моделін құру кезіндегі гипотезалар Сзерттеушінің мәселені түсінуіндегі «олқылықтарды» толтыруға қызмет етеді. Жүйені модельдеудің ықтимал нәтижелеріне қатысты гипотезалар да алға тартылады С, оның жарамдылығы машиналық тәжірибе кезінде тексеріледі. Болжамдар кейбір деректер белгісіз немесе алынбайды деп болжайды. Мәселені шешуге қойылатын талаптарға сай келмейтін белгілі деректерге қатысты болжамдарды алға тартуға болады. Болжамдар модельдеудің таңдалған деңгейіне сәйкес модельді оңайлатуды жүзеге асыруға мүмкіндік береді. Гипотезалар мен жорамалдар жасау кезінде келесі факторлар ескеріледі: а) есептерді шешу үшін қолжетімді ақпарат көлемі; б) ақпарат жеткіліксіз болатын қосалқы тапсырмалар; в) мәселені шешу үшін уақыт ресурстарын шектеу; d) күтілетін модельдеу нәтижелері.

Осылайша, жүйе моделімен жұмыс істеу процесінде Салынған модельдеу нәтижелеріне және объект туралы жаңа ақпаратқа байланысты осы қосалқы кезеңге қайта-қайта оралуға болады.

1.5. Модель параметрлері мен айнымалылардың анықтамасы.Математикалық модельді сипаттауға кіріспес бұрын жүйенің параметрлерін анықтау қажет
, кіріс және шығыс айнымалылар
,
, қоршаған ортаға әсері
. Бұл қосалқы кезеңнің түпкі мақсаты жүйенің математикалық моделін құруға дайындық болып табылады. С, сыртқы ортада жұмыс істейді Е,ол үшін модельдің барлық параметрлері мен айнымалыларын қарастыру және олардың тұтас жүйенің қызмет ету процесіне әсер ету дәрежесін бағалау қажет. Әрбір параметр мен айнымалының сипаттамасы келесі нысанда берілуі тиіс: а) анықтама және қысқаша сипаттамасы; б) белгілеу белгісі және өлшем бірлігі; в) өзгеру диапазоны; г) үлгідегі қолдану орны.

1.6. Модельдің негізгі мазмұнын орнату.Бұл кіші кезеңде модельдің негізгі мазмұны анықталады және қабылданған гипотезалар мен болжамдар негізінде әзірленген жүйелік модельді құру әдісі таңдалады. Бұл жағдайда келесі ерекшеліктер ескеріледі: а) жүйені модельдеу мәселесін тұжырымдау; б) жүйе құрылымы Сжәне оның әрекетінің алгоритмдері, сыртқы ортаның әсері E;в) модельдеу мәселесін шешудің мүмкін әдістері мен құралдары.

1.7. Жүйенің тиімділігін бағалау критерийлерін негіздеу.Имитациялық жүйенің жұмыс істеу процесінің сапасын бағалау Стиімділікті бағалау критерийлерінің белгілі бір жинағын таңдау қажет, яғни математикалық тұжырымда жүйенің параметрлері мен айнымалыларының функциясы ретінде тиімділікті бағалауға арналған қатынасты алуға мәселе қысқарады. Бұл функция параметрлер мен айнымалылардың өзгеруінің зерттелетін аймағындағы жауап беті болып табылады және жүйенің жауабын анықтауға мүмкіндік береді. Жүйе тиімділігі Стаңдауы қарастырылатын мәселеге байланысты интегралдық немесе жартылай критерийлер арқылы бағалануы мүмкін.

1.8. Аппроксимация процедураларының анықтамасы.Жүйеде болып жатқан нақты процестерді жуықтау С, Процедураның үш түрі жиі қолданылады: а) детерминирленген; б) ықтималдық; в) орташа мәндерді анықтау.

Сағат детерминирленген процедураМодельдеу нәтижелері жүйенің енгізу әрекеттерінің, параметрлері мен айнымалыларының берілген жиынтығымен бірегей түрде анықталады. С. Бұл жағдайда модельдеу нәтижелеріне әсер ететін кездейсоқ элементтер болмайды. Ықтималдық(кездейсоқ) процедуракездейсоқ элементтер, соның ішінде қоршаған орта әсерлері кезінде қолданылады Е,жүйенің жұмыс істеу процесінің сипаттамаларына әсер етеді Сжәне шығыс айнымалылардың таралу заңдылықтары туралы ақпарат алу қажет болғанда. Орташа мәндерді анықтау тәртібіЖүйені модельдеу кезінде кездейсоқ элементтердің қатысуымен шығыс айнымалылардың орташа мәндері қызығушылық тудырған кезде қолданылады.

1.9. Жүйенің концептуалды моделінің сипаттамасы. Жүйелік модельді құрудың бұл ішкі сатысында: а) концептуалды модель сипатталады
абстрактілі терминдер мен ұғымдармен; б) үлгінің сипаттамасы типтік математикалық схемалар арқылы беріледі; в) гипотезалар мен болжамдар түпкілікті қабылданады; г) модельді құру кезінде нақты процестерді жуықтау процедурасын таңдау негізделген. Осылайша, бұл кіші кезеңде мәселенің егжей-тегжейлі талдауы жүзеге асырылады, оны шешудің мүмкін әдістері қарастырылады және тұжырымдамалық модельге толық сипаттама беріледі.
, ол кейін модельдеудің екінші кезеңінде қолданылады.

1.10. Концептуалды модельді тексеру.Тұжырымдама үлгісінен кейін
сипатталған, жүйені модельдеудің келесі кезеңіне өту алдында модельдің кейбір тұжырымдамаларының дұрыстығын тексеру қажет. С. Концептуалды модельдің сенімділігін тексеру өте қиын, өйткені оны құру процесі эвристикалық және мұндай модель абстрактілі терминдер мен ұғымдармен сипатталады. Модельді тексеру әдістерінің бірі
- модельді талдауға, қабылданған жуықтауларға оралуға және ең соңында имитацияланған жүйеде болып жатқан нақты процестерді қайта қарауға мүмкіндік беретін кері өту операцияларын пайдалану С. Концептуалды үлгіні тексеру
мыналарды қамтуы керек: а) үлгілік ниетті тексеру; б) бастапқы ақпараттың сенімділігін бағалау; в) модельдеу мәселесін тұжырымдауды қарастыру; г) қабылданған жуықтауларды талдау; д) гипотеза мен жорамалдарды зерттеу.

Концептуалды модельді мұқият тексергеннен кейін ғана
модельді машиналық жүзеге асыру кезеңіне өту керек, өйткені модельдегі қателер
сенімді модельдеу нәтижелерін бермейді.

1.11. Бірінші кезеңге техникалық құжаттаманы дайындау. Втұжырымдамалық модель құру кезеңінің аяқталуы
және оны ресімдеу, кезеңге техникалық есеп құрастырылады, оған мыналар кіреді: а) жүйені модельдеу мәселесінің егжей-тегжейлі тұжырымы. С; б) жүйені модельдеу мәселесін талдау; в) жүйенің тиімділігін бағалау критерийлері; г) жүйе моделінің параметрлері мен айнымалылары; д) модельді құруда қабылданған гипотезалар мен болжамдар; е) модельді абстрактілі терминдер мен ұғымдармен сипаттау; g) күтілетін модельдеу нәтижелерінің сипаттамасы.

Модельдеудің бірінші кезеңінің ішкі кезеңдері. Жүйелік модельдерді алгоритмдеу және олардың машиналық орындалуы

Информатика, кибернетика және бағдарламалау

Модельдеу алгоритмдерін бейнелеу формалары Модельдеудің бірінші кезеңінің ішкі кезеңдері МК жүйесінің концептуалды моделін құрудың және оны формализациялаудың негізгі ішкі кезеңдерін толығырақ қарастырайық, мақсаттың тұжырымдалуын және тұжырымын қараңыз. жүйені компьютерлік модельдеу мәселесі. Мақсаттың міндетін нақты тұжырымдау және нақты жүйені зерттеуді S тұжырымдау келтіріліп, мынадай мәселелерге басты назар аударылады: мақсаттың бар екендігін және машиналық модельдеу қажеттілігін тану; b қолда бар ресурстарды ескере отырып, мәселені шешу әдістерін таңдау; анықтамасына...

Дәріс 12. Модельдеудің бірінші кезеңінің ішкі кезеңдері. Жүйелік модельдерді алгоритмдеу және олардың машиналық орындалуы. Модельдеу алгоритмдерін құру принциптері. Модельдеу алгоритмдерін көрсету формалары

Модельдеудің бірінші кезеңінің ішкі кезеңдері

Концептуалды модельді құрудың негізгі қосалқы кезеңдерін толығырақ қарастырайықМ К жүйе және оны ресімдеу (3.1-суретті қараңыз)

1.1. мақсатты тұжырымдау және жүйені машиналық модельдеу мәселесін тұжырымдау.Мақсаттың міндетін нақты тұжырымдау және нақты жүйені зерттеу тұжырымы берілген.С және мынадай мәселелерге назар аударылады: а) мақсаттың бар екендігін және машинаны модельдеу қажеттілігін мойындау; б) қолда бар ресурстарды ескере отырып, мәселені шешу әдістерін таңдау; в) тапсырманың көлемін және оны қосалқы тапсырмаларға бөлу мүмкіндігін анықтау. Модельдеу процесінде модельдеу мақсаты мен жүйенің жұмыс істеу мақсатына байланысты мәселенің бастапқы қойылымын қайта қарауға болады.

1.2. Жүйені модельдеу мәселесін талдау.Талдау келесі сұрақтарды қамтиды: а) жүйенің жұмыс істеу процесінің тиімділігін бағалау критерийлерін таңдауС ; б) эндогендік және экзогендік модельдік айнымалыларды анықтауМ ; в) мүмкін болатын сәйкестендіру әдістерін таңдау;
г) жүйелік модельді алгоритмдеудің екінші кезеңінің мазмұнына және оны машиналық іске асыруға алдын ала талдау жасау; д) жүйені модельдеу нәтижелерін алу мен түсіндірудің үшінші кезеңінің мазмұнына алдын ала талдау жасау.

1.3. Модельдеу объектісі туралы бастапқы ақпаратқа қойылатын талаптарды анықтау және оны жинауды ұйымдастыру.Жүйені модельдеу мәселесін қойғаннан кейінС ақпаратқа қойылатын талаптар анықталады, одан осы мәселені шешуге қажетті сапалық және сандық бастапқы деректер алынады. Бұл кіші кезең жүзеге асырылады:
а) жүйе туралы қажетті ақпаратты таңдау S және қоршаған орта E ;
б) априорлық мәліметтерді дайындау; в) қолда бар эксперименттік мәліметтерді талдау; г) жүйе туралы ақпаратты алдын ала өңдеу әдістері мен құралдарын таңдау.

1.4. Гипотеза жасау және болжамдарды қабылдау.Жүйе моделін құру кезіндегі гипотезаларС зерттеушінің мәселені түсінуіндегі «олқылықтарды» толтыруға қызмет етеді. Жүйені модельдеудің ықтимал нәтижелеріне қатысты гипотезалар да алға тартылады S, оның жарамдылығы машиналық тәжірибе кезінде тексеріледі. Болжамдар кейбір деректер белгісіз немесе алынбайды деп болжайды. Мәселені шешуге қойылатын талаптарға сай келмейтін белгілі деректерге қатысты болжамдарды алға тартуға болады. Болжамдар модельдеудің таңдалған деңгейіне сәйкес модельді оңайлатуды жүзеге асыруға мүмкіндік береді. Гипотезалар мен жорамалдар жасау кезінде келесі факторлар ескеріледі: а) есептерді шешу үшін қолжетімді ақпарат көлемі; б) ақпарат жеткіліксіз болатын қосалқы тапсырмалар; в) мәселелерді шешуге арналған уақыт ресурстарын шектеу; d) күтілетін модельдеу нәтижелері.

1.5. Модель параметрлері мен айнымалылардың анықтамасы.Математикалық модельді сипаттауға кіріспес бұрын жүйенің параметрлерін анықтау қажет, кіріс және шығыс айнымалылар, сыртқы ортаның әсері және олардың жалпы жүйенің қызмет ету процесіне әсер ету дәрежесін бағалау. Әрбір параметр мен айнымалының сипаттамасы келесі формада берілуі керек: а) анықтама және қысқаша сипаттама; б) белгілеу белгісі және өлшем бірлігі; в) өзгерістер ауқымы; г) үлгідегі қолдану орны.

1.6. Модельдің негізгі мазмұнын орнату.Бұл кіші кезеңде модельдің негізгі мазмұны анықталады және қабылданған гипотезалар мен болжамдар негізінде әзірленген жүйелік модельді құру әдісі таңдалады. Бұл келесі мүмкіндіктерді ескереді:
а) жүйені модельдеу мәселесінің мақсаты мен қойылуын тұжырымдау;
б) жүйе құрылымыС және оның әрекетінің алгоритмдері, сыртқы ортаның әсері E; в) модельдеу мәселесін шешудің мүмкін әдістері мен құралдары.

1.7. Жүйенің тиімділігін бағалау критерийлерін негіздеу.Имитациялық жүйенің жұмыс істеу процесінің сапасын бағалау үшін жүйенің параметрлері мен айнымалыларының функциясы ретінде тиімділікті бағалау критерийлерінің жиынтығын анықтау қажет. Бұл функция параметрлер мен айнымалылар өзгерістерінің зерттелетін аймағындағы жауап беті болып табылады және жүйенің жауабын анықтауға мүмкіндік береді.

1.8. Аппроксимация процедураларының анықтамасы.Жүйеде болып жатқан нақты процестерді жуықтау S, Процедураның үш түрі жиі қолданылады: а) детерминирленген; б) ықтималдық; в) орташа мәндерді анықтау.

Детерминирленген процедурамен модельдеу нәтижелері жүйенің кіріс әрекеттерінің, параметрлерінің және айнымалыларының берілген жиынтығымен бірегей түрде анықталады.С. Бұл жағдайда модельдеу нәтижелеріне әсер ететін кездейсоқ элементтер болмайды. Ықтималды (рандомизацияланған) процедура кездейсоқ элементтер, оның ішінде сыртқы ортаның әсерлері кезінде қолданыладыЕ, жүйенің жұмыс істеу процесінің сипаттамаларына әсер етедіС және шығыс айнымалылардың таралу заңдылықтары туралы ақпарат алу қажет болғанда. Орташа мәндерді анықтау процедурасы жүйені модельдеу кезінде кездейсоқ элементтердің қатысуымен шығыс айнымалылардың орташа мәндері қызығушылық тудырған кезде қолданылады.

1.9. Жүйенің концептуалды моделінің сипаттамасы.Жүйелік модельді құрудың бұл ішкі сатысында: а) концептуалды модель сипатталадыМ К абстрактілі терминдер мен ұғымдармен; б) мақсатты функция қойылады; в) үлгінің сипаттамасы типтік математикалық схемалар арқылы беріледі;
г) гипотезалар мен болжамдар түпкілікті қабылданады; д) модельді құру кезінде нақты процестерді жуықтау процедурасын таңдау негізделген.

1.10. Концептуалды модельді тексеру.Тұжырымдама үлгісінен кейінМ К сипатталған, жүйені модельдеудің келесі кезеңіне өту алдында модельдің кейбір тұжырымдамаларының дұрыстығын тексеру қажет.С. Модельді тексеру әдістерінің біріМК: модельді талдауға, қабылданған жуықтауларға оралуға және ең соңында имитацияланған жүйеде болып жатқан нақты процестерді қайта қарауға мүмкіндік беретін кері өту операцияларын пайдалану. Концептуалды үлгіні тексеруМ К мыналарды қамтуы керек: а) үлгілік ниетті тексеру; б) бастапқы ақпараттың сенімділігін бағалау; в) модельдеу мәселесін тұжырымдауды қарастыру; г) қабылданған жуықтауларды талдау; д) гипотеза мен жорамалдарды зерттеу.

1.11. Бірінші кезеңге техникалық құжаттаманы дайындау.Тұжырымдама моделін құру кезеңінің соңындаМ К және оны ресімдеу кезеңіне техникалық есеп жасалады, оған мыналар кіреді:
а) жүйені модельдеу мәселесінің толық тұжырымы S; б) жүйені модельдеу мәселесін талдау; в) жүйенің тиімділігін бағалау критерийлері;
г) жүйе моделінің параметрлері мен айнымалылары; д) модельді құруда қабылданған гипотезалар мен болжамдар; е) модельді абстрактілі терминдер мен ұғымдармен сипаттау; ж) жүйе имитациясының күтілетін нәтижелерін сипаттауС.

3.3. Жүйелік модельдерді алгоритмдеу және олардың машиналық орындалуы

Модельдеудің екінші кезеңінде – модельді алгоритмдеу және оны машиналық жүзеге асыру сатысында – бірінші кезеңде қалыптасқан математикалық модель нақты машиналық модельде іске асады.

Модельдеу алгоритмдерін құру принциптері

Жүйенің жұмыс істеу процесіС -өлшемді кеңістікте оның күйлерінің дәйекті өзгеруі ретінде қарастыруға болады. Зерттелетін жүйенің қызмет ету процесін модельдеу міндеті екені анықС функциялардың құрылысы болып табылады z , оның негізінде жүйенің жұмыс істеу процесі үшін қызығушылық сипаттамаларын есептеуге болады. Ол үшін функцияларды байланыстыратын қатынастар болуы керек z айнымалылармен, параметрлермен және уақытпен, сондай-ақ уақыт сәтіндегі бастапқы шарттармен.

Детерминирленген жүйе үшін, Кездейсоқ факторлар болмаған кезде, белгілі бастапқы шарттарды пайдалана отырып, математикалық модельдің қатынастарынан уақыт моментіндегі процестің күйін бірегей түрде анықтауға болады. Егер қадам жеткілікті аз болса, онда осылайша шамамен мәндерді алуға болады z .

Стохастикалық жүйе үшін, анау. кездейсоқ факторлар әсер ететін жүйе, процесс күйлерінің функциясы z уақыт моменті мен модельдің қарым-қатынастары, тек уақыт сәтіндегі ықтималдық үлестірімін анықтаңыз. Жалпы жағдайда бастапқы шарттар сәйкес ықтималдық үлестірімімен берілген кездейсоқ болуы мүмкін. Бұл жағдайда стохастикалық жүйелер үшін модельдеу алгоритмінің құрылымы детерминирленген жүйеге сәйкес келеді. Күйдің орнына ғана ықтимал күйлер үшін ықтималдық үлестірімін есептеу қажет.

Модельдеу алгоритмдерін құрудың бұл принципі деп аталадыпринципі. Бұл жүйенің жұмыс істеу процесінің кезекті күйлерін анықтауға мүмкіндік беретін ең әмбебап принцип.С белгіленген уақыт аралықтарында. Бірақ машиналық уақыт шығындары тұрғысынан кейде ол үнемсіз болып шығады.

Кейбір жүйелердің қызмет ету процестерін қарастырған кезде олардың екі күй типімен сипатталатынын байқауға болады: 1) жүйенің жұмыс істеу процесіне тек белгілі бір уақыт нүктелеріндегі (кірістерді қабылдау сәттері) тән ерекше. немесе бақылау әрекеттері, қоршаған ортаны бұзу және т.б.); 2) процесс қалған уақытта болатын ерекше емес. Арнайы күйлер сондай-ақ осы уақыт мезеттеріндегі күй функцияларының күрт өзгеруімен, ал ерекше күйлер арасында координаталар өзгерісінің бірқалыпты және үздіксіз жүруімен немесе мүлде болмайтынымен сипатталады. Осылайша, жүйелік симуляциядан кейінС Осы күйлер орын алатын уақыт сәттерінде оның арнайы күйлерінің артында ғана функцияны құруға қажетті ақпаратты алуға болады. Әлбетте, сипатталған жүйелер типі үшін модельдеу алгоритмдерін «ерекше күйлер принципі» бойынша құруға болады. Күйдің секіру (эстафета) өзгеруін белгілеңіз z ретінде, және «арнайы мемлекеттер принципі» сияқтыпринципі.

«Принцип» бірқатар жүйелерге «принциппен» салыстырғанда модельдеу алгоритмдерін жүзеге асыру үшін компьютерлік уақыт шығынын айтарлықтай азайтуға мүмкіндік береді. «Принципті» жүзеге асыратын модельдеу алгоритмін құру логикасы «принцип» үшін қарастырылғаннан тек жүйенің келесі ерекше жағдайына сәйкес келетін уақыт моментін анықтау процедурасын қамтитындығымен ерекшеленеді.С. Үлкен жүйелердің жұмыс істеу процесін зерттеу үшін қарастырылған принциптердің әрқайсысының артықшылықтарын біріктіретін модельдеу алгоритмдерін құрудың біріктірілген принципін пайдалану ұтымды.

Модельдеу алгоритмдерін көрсету формалары

Модельдердің логикалық құрылымын көрсетудің ыңғайлы түрі диаграмма болып табылады. Модельдеудің әртүрлі кезеңдерінде модельдеу алгоритмдерінің жалпыланған және егжей-тегжейлі логикалық схемалары, сонымен қатар программалық схемалар құрастырылады.

Жалпыланған (үлкейтілген) модельдеу алгоритмінің схемасыжинақтар жалпы тәртіпнақтылау мәліметтерінсіз жүйелерді модельдеу кезіндегі әрекеттер. Жалпылама схема келесі модельдеу қадамында не істеу керектігін көрсетеді.

Модельдеу алгоритмінің егжей-тегжейлі схемасыжалпылама схемада жоқ нақтылауларды қамтиды. Егжей-тегжейлі диаграмма жүйені модельдеудің келесі қадамында не істеу керектігін ғана емес, сонымен қатар оны қалай жасау керектігін де көрсетеді.

Модельдеу алгоритмінің логикалық диаграммасыжүйенің жұмыс істеуінің процесс моделінің логикалық құрылымын білдіредіС. Логикалық схема модельдеу мәселесін шешумен байланысты логикалық операциялардың уақыт бойынша реттелген тізбегін көрсетеді.

Бағдарлама схемасы ретін көрсетеді бағдарламалық қамтамасыз етуді енгізуарнайы бағдарламалық жасақтаманы және алгоритмдік тілді қолдану арқылы алгоритмді модельдеу.

Алгоритмнің логикалық схемасы мен бағдарламаның схемасы үлкейтілген түрде де, егжей-тегжейлі түрде де жасалуы мүмкін. Компьютерлік модельдеу тәжірибесінде жиі қолданылатын белгілер күріш. 3.3, онда процестің негізгі, нақты және арнайы белгілері көрсетіледі. Оларға мыналар жатады: негізгі таңба:а - процесс; арнайы белгілерді өңдеу: b - ерітінді; в - дайындық; g - алдын ала анықталған процесс; e - қолмен жұмыс істеу; Арнайы белгілер: e - қосқыш; g – терминатор.

Модельдеу алгоритмінің диаграммасының кескінінің мысалы күріш. 3.3,сағ.

Әдетте схема модельдеу алгоритмдерінің құрылымын көрсетудің ең қолайлы түрі болып табылады, мысалы, түріндеграфиктік диаграммалар (3.3, і-сурет). Мұнда - басы, - аяғы, - есептеу, - қалыптасу, - жағдайын тексеру,- есептегіш, - нәтиже шығару, мұндағы g модельдеу алгоритмі мәлімдемелерінің жалпы саны. Алгоритмнің графиктік диаграммасына түсініктеме ретінде мәтінде операторлардың мазмұны ашылады, бұл алгоритмді көрсетуді жеңілдетуге мүмкіндік береді, бірақ онымен жұмысты қиындатады.

a b h i

г

j w

Күріш. 3.3. Модельдеу алгоритмдерінің шартты белгілері мен схемалары

ӘДЕБИЕТТЕР

1. Кеңестер Б.Я. Модельдеу жүйелері: оқулық. жоғары оқу орындарына арналған / Б.Я. Советов, С.А. Яковлев. М.: Высш. мектеп, 2001. 343 б.

2. Кеңестер Б.Я. Модельдеу жүйелері: оқулық. жоғары оқу орындарына арналған / Б.Я. Советов, С.А. Яковлев. 2-ші басылым. М.: Жоғары мектеп, 1998. 319 б.

3. Тарасик В.П. Математикалық модельдеу техникалық жүйелер: оқу. университеттер үшін / В.П. Тарасик. М.: Наука, 1997. 600 б.

4. Математикалық модельдеуге кіріспе: оқулық. университеттерге жәрдемақы / ред. Тарасова П.В. Мәскеу: Intermet Engineering, 2000. 200 б.

5. Ивченко Г.И. Математикалық статистика: оқу құралыжоғары оқу орындарына арналған / Г.И. Ивченко, Ю.И. Медведев. М.: Жоғары. мектеп, 1984. 248 б.

6. Алянах И.Н. Модельдеу есептеу жүйелері/ И.Н. Альянс. Л.: Машиностроения, 1988. 233 б.

7. Шеннон Р. Жүйелерді модельдеу - өнер және ғылым / Р.Шэннон. М.: Мир, 1978. 308 б.

P 3

P 4

F 5

R 6

K 7

Модельдеудің екінші кезеңі – модельді алгоритмдеу және оны машиналық іске асыру кезеңі. Бұл кезең – машиналық модель түріндегі идеялар мен математикалық схемаларды жүзеге асыруға бағытталған кезең. Мжүйелердің жұмыс істеу процесі С.

Жүйенің жұмыс істеу процесі Ск-өлшемді кеңістікте оның күйлерінің дәйекті өзгеруі ретінде қарастыруға болады. Зерттелетін жүйенің қызмет ету процесін модельдеу міндеті Сфункциялардың құрылысы болып табылады z,оның негізінде жүйенің жұмыс істеу процесінің қызықты сипаттамаларын есептеуге болады. Бұл функцияларды байланыстыратын қатынастарды қажет етеді zайнымалылармен, параметрлермен және уақытпен, сондай-ақ уақыт сәтіндегі бастапқы шарттармен t=t 0 .

Жүйе күйлерінің екі түрі бар:

• 1) белгілі бір уақытта ғана жүйенің жұмыс істеу процесіне тән ерекше;
• 2) сингулярлы емес, онда процесс қалған уақыт. Бұл жағдайда мемлекеттік қызмет атқарады z мен (t)күрт өзгеруі мүмкін, ал ерекшелердің арасында - тегіс.

Модельдеу алгоритмдері«сингулярлық күйлер принципі» бойынша құрастырылуы мүмкін. Күйдің секіру (эстафета) өзгеруін белгілеңіз zҚалай z,және «арнайы мемлекеттер принципі» сияқты принципі z.

« Принцип z"бірқатар жүйелерге модельдеу алгоритмдерін жүзеге асыру үшін компьютерлік уақыттың құнын айтарлықтай төмендетуге мүмкіндік береді. математикалық модельдеу моделі статистикалық

Жүйелер мен компьютерлік бағдарламалардың жұмыс істеу процестерінің модельдерінің логикалық құрылымын көрсетудің ыңғайлы түрі диаграмма болып табылады. Модельдеудің әртүрлі кезеңдерінде модельдеу алгоритмдері мен бағдарламаларының келесі схемалары құрастырылады:

Модельдеу алгоритмінің жалпылама (үлкейтілген) схемасыешбір нақтылау мәліметтерінсіз жүйені модельдеудің жалпы тәртібін көрсетеді.

Модельдеу алгоритмінің егжей-тегжейлі схемасыжалпылама схемада жоқ нақтылауларды қамтиды.

Модельдеу алгоритмінің логикалық диаграммасыжүйенің жұмыс істеу процесі моделінің таза логикалық құрылымын білдіреді С.

Бағдарлама схемасынақты бағдарламалық қамтамасыз етуді пайдалана отырып, модельдеу алгоритмін бағдарламалық қамтамасыз етуді жүзеге асыру тәртібін көрсетеді. Бағдарлама схемасы - бұл модельдеу алгоритмінің логикалық схемасын бағдарлама жасаушының нақты алгоритмдік тілге негізделген интерпретациясы.

Модельді алгоритмдеу және оны машиналық жүзеге асыру кезеңдері:

• 1. Модельдің логикалық сұлбасын құру.
• 2. Математикалық қатынасты алу.
• 3. Жүйе моделінің валидациясы.
• 4. Таңдау құралдармодельдеу үшін.
• 5. Бағдарламалау жұмысын орындау жоспарын құру.
• 6. Бағдарлама схемасының спецификациясы және құрылысы.
• 7. Бағдарлама схемасын тексеру және валидациялау.
• 8. Модельді программалауды жүргізу.
• 9. Бағдарламаның сенімділігін тексеру.
• 10. Екінші кезеңге техникалық құжаттаманы дайындау.

Модельдеу, алгоритмдеу және бағдарламалау

Қазіргі уақытта әрбір адамның іс-әрекетіндегі ой еңбегінің үлесі артып келеді, ақпаратты өңдеу, сақтау және берумен байланысты практикалық мәселелерді шешу талап етіледі. Сонымен қатар кәсіптік жұмыспен қамтылғандар саны артып келеді. ақпараттық жұмыс. Оны автоматтандыру үшін компьютер ақпаратпен жұмыс істеудің әмбебап құралы ретінде пайдаланылады.

Есепті компьютердің көмегімен шешу мыналарды қамтиды кезеңдері:

Осы қадамдардың әрқайсысын толығырақ қарастырайық.

1. Мәселе туралы мәлімдеме. Ғимарат ақпараттық модель

Әдетте, практикалық тапсырмалар пайдаланушының көзқарасы бойынша өте анық тұжырымдалған, бірақ мұндай тұжырымда жеткілікті айқындық пен қатаңдық жоқ.

Мұндай мәселені компьютердің көмегімен шешу үшін есептерді шығаруды аяқтау қажет:

Бұл үшін анықтау маңызды заттар мен құбылыстардың маңызды қасиеттері, олар мәселеде талқыланып, елеусіздерін елемеу.

Кейде олар бұл туралы ұмытып кетеді. Мысалы, егер тапсырмада үстелдің (үстелдің үстіңгі) үстіңгі бетінің ауданын анықтау қажет болса, олар ұзындық пен енді өлшеу керек деп ойланбастан айтады. Дегенмен, үстелдің маңызды қасиеті оның дөңгелек болуы мүмкін, содан кейін ұзындығы мен ені туралы айту қиын. Сонымен қатар, үстелдің тікбұрышты пішіні бар екені анықталса да, кішігірім бұзушылықтар аумақтың көлеміне айтарлықтай әсер етпейтінімен келісу керек.

Тіктөртбұрышты кесте мысалында ұзындық пен ені теріс сандар болуы мүмкін емес, олар нақты емес үлкен немесе кіші болуы мүмкін емес.

Бұл ақпараттың барлығы қалыптасады тапсырманың ақпараттық моделі .

Модельдің негізгі қасиеті - оның маңызды қасиеттерін сақтай отырып, зерттелетін құбылысты жеңілдету. Тапсырманың ақпараттық моделін тапсырмада пайда болатын, тапсырма тұрғысынан маңызды және мәтіндік, сандық немесе басқа сигнал түрінде жазылған объектілер мен құбылыстар туралы ақпарат деп атауға болады.

Ақпараттық модельді құру қадамдары:

«Модель» түсінігіне анықтама және мүмкін классификациялар берейік.

Модель – математикалық қатынастармен, сандар және (немесе) мәтіндер, графиктер, кестелер, ауызша формулалар жиынтығымен және т.б. арқылы өрнектелетін объектінің, объектілер жүйесінің, процестің немесе құбылыстың формалды сипаттамасы.

Модельді құру (кейде зерттеу) процесі модельдеу деп аталады.

Объектіні қасиеттері бойынша зерттеуден тұратын таным әдісі модельдеу деп аталады.

Модель классификациясы

Қолдану аймағы бойынша

Уақыт классификациясы

Тұсаукесер арқылы

Презентация формасына сәйкес келесі түрлерін ажыратуға болады ақпараттық модельдер:

2. Мәселені формализациялау

Бұл кезеңде бар ақпараттық модельді бекіту, таңдалады пішін өкілдігікомпьютерлік өңдеуге ең қолайлы ақпараттық модельді құрайтын деректер. Көбінесе алғашқы екі кезеңнің нақты шекарасы болмайды және оларды тұтастай қарастыруға болады.

Мәселенің қойылымын аяқтағаннан кейін формальдандырылған модель жасалады, яғни математикалық сияқты кейбір ресми тілдің көмегімен сипаттамалық ақпараттық модель жазылады.

3. Алгоритмді құру

Алгоритм ұғымы информатиканың іргелі ұғымдарының бірі болып табылады. Модельдеумен қатар алгоритмдеу информатиканың жалпы әдісі ретінде әрекет етеді.

Алгоритмдер математика мен информатика арасында шектесетін, математикалық логикаға іргелес жатқан ғылыми пәнді жүйелі зерттеу объектісі болып табылады - алгоритмдер теориясы.

«Алгоритм» сөзінің өзі алгоритм деген сөзден шыққан - арифметикалық амалдарды орындау ережелерін тұжырымдаған IX ғасырдағы ұлы математигі әл-Хорезмидің есімін жазудың латын түрі. Бастапқыда алгоритмдер көп мәнді сандарға төрт арифметикалық амалдарды орындау ережелерін ғана түсінді.

Алгоритм – бұл орындаушыға қойылған мақсатқа жетуге немесе қойылған тапсырманы шешуге бағытталған әрекеттер тізбегін орындауға арналған нақты және нақты нұсқау.

Осы анықтамаға сәйкес, кез-келген дәрі-дәрмек немесе печенье жасауға арналған рецепттер алгоритмдер болып табылады. Ал көшенің жүріс бөлігінен жаяу жүргіншілердің қауіпсіз өту ережесі де алгоритм болып табылады. Алгоритмдер мақсатына сәйкес «тұрмыстық» және есептеуіш болуы мүмкін.

Орындаушы кейбір өте нақты әрекеттер жиынтығын орындай алатын біреу немесе нәрсе. Оның келесі қасиеттері бар:

Берілген орындаушы орындай алатын командалардың бүкіл жиынтығы орындаушының командалық жүйесі (SCI) деп аталады.

Ресми өнімділік алгоритмдер басқарудың негізі болып табылады автоматты құрылғылар. Шынында да, алгоритмді құру кезінде есепті шешу процесі бөлінетін ең қарапайым операцияларды алгоритмнің жеке командаларын орындау және оларды алгоритмде көрсетілген реттілікпен орындау үшін арнайы жасалған машина да жүзеге асыра алады.

Дегенмен, адам ресми орындаушы да бола алады. Егер ол істеп жатқан жұмысының мақсатын білмесе, нұсқауларды бұлжытпай орындауға тура келеді.

Компьютер алгоритмдердің формальды орындаушысы болып табылады. Ол тапсырманы қатаң түрде нұсқауларға сәйкес шешу үшін шешу алгоритмін алуы керек. Осылайша, алгоритм басқару ақпараты болып табылады.

Алгоритмдердің қасиеттері

Алгоритмнің дискреттілігі

Алгоритмнің орындалуы жеке реттілікке бөлінеді қадамдар.Әрбір қадамдық нұсқауларды орындаңыз команда.Сонымен, алгоритм – орындаушының әрекетін анықтайтын командалар тізбегі. Алгоритмнің үзіліссіз (дискретті) құрылымы бар: бір команданы орындағаннан кейін ғана орындаушы келесісін орындауға кірісе алады. Бұл қасиет дискреттілік деп аталады.

Алгоритмнің анықтығы

Дұрыс құрастырылған алгоритмде ол жазылған орындаушының командалық жүйесіне енгізілген командалар ғана болады. Бұл қасиет түсініктілік деп аталады. .

Орындаушыға ол орындай алатын командалар түсінікті.

Мысалы,бір таңбалы сандарды қосуды білмейтін адам (қосу кестесін білмейтін) әл-Хорезми сипаттаған көп таңбалы сандарды қосу ретін пайдалана алмайды.

Алгоритмнің дәлдігі

Алгоритмнің маңызды қасиеті болып табылады дәлдік (нақтылық, анықтық).Алгоритмнің әрбір командасын орындаушы бір мәнді түрде қабылдап, оның нақты әрекетін қабылдауы керек.Алгоритмнің қадамын аяқтағаннан кейін орындаушы келесі қадамды орындау керектігін нақты білуі керек. Дәл емес алгоритмнің мысалы ретінде рецепттегі «2-4 ас қасық қант құйыңыз» немесе «ату жазасын кешіруге болмайды» деген классикалық сөз тіркесі болып табылады.

Алгоритмнің өнімділігі және ақырлылығы

Алгоритмнің орындалуы нәтижеге әкелуі керек (қасиет өнімділік) қадамдардың ақырлы санында (шектік қасиет).

Алгоритмнің массалық сипаты

Алгоритмнің массалық қасиетін қанағаттандырғаны жөн , анау. тек бір нақты мәселені ғана емес, сонымен қатар бір типті есептердің белгілі бір класын шешу үшін де пайдаланылуы мүмкін.

мысалы, көп таңбалы сандарды қосу ережесі терминдердегі цифрлар санына немесе олардың цифрлық құрамына байланысты емес. Ол сан ондық бөлшек емес, сандармен болса да жұмыс істейді позициялық жүйекез келген бүтін негізі бар есептеулер.

Алгоритмдерді жазу тәсілдері

Іс жүзінде алгоритмдерді бекітудің келесі формалары жиі кездеседі:

ауызша жол

Адам үшін сөздік әдіс негізгі болып табылады.

Мысалы. Екі натурал санның ең үлкен ортақ бөлгішін (ЖБ) табу алгоритмін жазыңыз.

Алгоритм келесідей болуы мүмкін:

екі санды орнату;

егер сандар тең болса, онда олардың кез келгенін жауап ретінде қабылдап, тоқтаңыз әйтпесеалгоритмнің орындалуын жалғастыру;

сандардың ең үлкенін анықтау;

сандардың үлкенін сандардың үлкені мен кішісінің айырмасымен алмастыру;

2-қадамнан бастап алгоритмді қайталаңыз.

Сипатталған алгоритм кез келген натурал сандарға қолданылады және мәселені шешуге әкелуі керек. 125 пен 75 сандарының ең үлкен ортақ бөлгішін анықтау үшін осы алгоритмді пайдаланып өзіңіз қараңыз.

Вербалды әдіс келесі себептерге байланысты кеңінен қолданылмайды:

Псевдокод

Псевдокод – алгоритмдерді біркелкі және дәл жазуға арналған белгілер мен ережелер жүйесі.

Псевдокод адамға бағытталған, бірақ бағдарламалау тіліне аударуды жеңілдетеді, өйткені ол белгілі бір белгілеу ережелерін сақтауды талап етеді. Псевдокодтың мысалы – мектеп алгоритмдік тілі.

«Алгоритмдік тіл» және «бағдарламалау тілдері» ұғымдарының арасында айырмашылық бар екенін ескеріңіз; Біріншіден, алгоритмдік тілдегі орындаушы тек компьютерді ғана емес, сонымен бірге «қоршаған ортада» жұмыс істеуге арналған құрылғыны да білдіруі мүмкін. Алгоритмдік тілде жазылған программа міндетті түрде компьютерге арналмаған. Алгоритмдік тілдің практикалық орындалуы әрбір нақты жағдайда жеке мәселе болып табылады.

Әрбір тіл сияқты алгоритмдік тілдің де өз сөздік қоры болады. Бұл сөздіктің негізін белгілі бір алгоритмді орындаушының командалар жүйесіне кіретін командаларды жазуға арналған сөздер құрайды. Мұндай командалар қарапайым командалар деп аталады. Алгоритмдік тілде мағынасы мен қолданылу тәсілі біржола белгіленген сөздер қолданылады. Бұл сөздер қызметтік сөздер деп аталады. Қызметтік сөздерді қолдану алгоритмнің жазылуын көрнекі етеді, ал әртүрлі алгоритмдердің берілу формасы біркелкі.

Алгоритмдік тілде жазылған алгоритмнің аты болуы керек. Берілген алгоритм қандай шешімді сипаттайтыны анық болатындай атауды таңдаған жөн. Алгоритмнің атын ерекшелеу үшін оның алдына ALG (АЛГОРИТМ) қызметші сөзі жазылады. Алгоритм атауының артында (әдетте жаңа жол) оның командаларын жазып алыңыз. Алгоритмнің басы мен соңын көрсету үшін оның командалары BEGIN (СТАРТ) және KON (END) қызметтік сөздерінің жұбына қоса беріледі. Командалар ретімен жазылады.

Алгоритмді жазу реті:

ALG алгоритм атауы

алгоритм нұсқауларының сериясы

Алгоритмдердің графикалық көрінісі

Кейбір орындаушы үшін құрастырылған алгоритм ұсынылуы мүмкін әртүрлі жолдар: графикалық немесе ауызша сипаттаманы пайдаланып, кесте түрінде, алгоритмдік тілде жазылған формулалар тізбегін (бағдарламалау тілі). тоқталайық графикалық сипаттамаалгоритм блок-схема деп аталады . Бұл әдістің, атап айтқанда, алгоритмнің жоғары «оқылуын» және ондағы басқарудың анық көрсетілуін қамтамасыз ететін көрінуіне байланысты бірқатар артықшылықтар бар.

Ең алдымен блок-схема түсінігін анықтаймыз.

Блок-схема – алгоритм командаларының орындалу ретін көрсететін бағытталған график.

Блок схемасы графикалық бейнелеуалгоритм.

Блок-схемада әрекеттің әрбір түрі (бастапқы деректерді енгізу, өрнек мәндерін есептеу, шарттарды тексеру, әрекеттердің қайталануын бақылау, өңдеуді аяқтау және т.б.) сәйкес келеді. геометриялық фигура , блок таңбасы ретінде көрсетілген. Блок белгілері қосылады өтпелі сызықтар әрекеттердің орындалу ретін анықтайтын.

Блок-схемада алгоритмнің (блоктардың) әрекеттері келесідей бейнеленген. геометриялық фигуралар:

Алгоритмдегі әрекеттерді ұйымдастыру үшін алгоритмдік конструкциялар деп аталатын әртүрлі формалар қолданылады. Үш негізгі алгоритмдік конструкция бар: келесі, тармақталу, цикл. Алгоритмнің жазылуын қысқартып, онымен жұмыс істеуді жеңілдететін және түсінуді жеңілдететін басқа конструкциялар бар болса да, математикада кез келген алгоритмді тек осы үш алгоритмдік конструкция арқылы құрастыруға болатыны туралы теорема дәлелденді.

Құрылысты орындаңыз (сызықтық алгоритм)

Құрылысты қадағалаңыз - бұл әрекеттер ретімен, бірінен соң бірі орындалатын әрекеттерді ұйымдастыру формасы.

Мұнда командалар қатары болуы мүмкін:

Шын мәнінде, әрбір алгоритмді қамтитын жеткілікті үлкен блоктарға бөлуге болады әртүрлі тәртіпжоғарыда аталған барлық объектілерді және осындай блоктардан сызықтық алгоритмді құрастыру.

Мысал

Тапсырма: радиусы белгілі болса, шеңбердің ауданын есептеңіз.

Берілген: R - шеңбердің радиусы.

Табу: S - шеңбердің ауданы.

Шешім: S=3,14 R2

Алгоритмді осы пішінде жазу үшін орыс тілін таңдап алайық және командалар тізбегін жазайық, олардың орындалуы берілген радиус мәнімен ауданды табуға мүмкіндік береді:

R мәнін оқыңыз.

R мәнін 3,14-ке көбейтіңіз.

Екінші әрекеттің нәтижесін R мәніне көбейтіңіз.

Нәтижені S мәні ретінде жазыңыз.

Блок-схемалар тілінде

Белгілеудің бұл түрі типтік алгоритмдік командаларды белгілі геометриялық фигуралармен ауыстыруға негізделген. Бұл мәселені шешу алгоритмі келесідей (суретті қараңыз).

Филиал дизайны

Филиал дизайны - бұл белгілі бір шарттың орындалуына (орындалмағанына) байланысты командалардың екі қатарының бірі орындалатын әрекеттерді ұйымдастыру формасы.

Егер< жағдай >

содан кейін< командалар сериясы 1 >

әйтпесе< командалар сериясы 2 >

тармақтың соңы

Мысал

Тапсырма: есептеу

Берілген: x - аргументтің мәні.

Табу: y – функция мәні.

Шешімі:

X, егер x<0

Алынған графикалық схеманың пайда болуы (суретті қараңыз) оған сәйкес алгоритм неліктен тармақталу деп аталғанын түсіндіреді.

істейік ауызша таныстыруосы алгоритм бойынша.

Бастау

Егер x>0 болса, онда

y := x

әйтпесе

Бастау

Y:= -x

Филиалдың соңы

мәнін жазыңыз

Соңы

Бөлу толық және толық емес шартты құрылыс.

Белгілеуді енгізейік:

Q – шарт;

P 1, P 2, … P N - шарт ақиқат болса орындалатын әрекеттер;

T 1, T 2, … T N - шарт жалған болса орындалатын әрекеттер.

Блок-схема мен алгоритм келесідей көрінеді (кестені қараңыз):

Цикл дизайны

Цикл дизайны бір әрекеттер тізбегінің орындалуы бірнеше рет қайталанатын әрекеттерді ұйымдастыру формасы болып табылады.

Бірнеше рет қайталанатын әрекеттер шақырылады цикл денесі . Цикл денесі командалар қатары болып табылады. Алгоритмде әрқашан цикл денесін алгоритмнің негізгі бөлігінен бөлетін көрсеткіш болуы керек.

Циклдердің екі негізгі түрі бар: параметрі бар цикл және шарты бар цикл.

Параметрі бар цикл

Ол қайталану саны алдын ала белгілі болған кезде қолданылады.

Сонымен бірге параметр (цикл айнымалысы) берілген қадаммен өзінің бастапқы мәнінен соңғы мәніне дейін өзгереді және қайталану санын анықтайды.

Алгоритмдік тілде параметрі бар циклды жазу келесідей болады:

бастапқы соңғы қадам

үшін <имя параметра> бастап < значение > бұрын < значение > қадам <изменения>

параметр параметр параметрі

<тело цикла>

Шартты цикл

Қайталану саны алдын ала белгілі болмаған және қандай да бір шарттың орындалуына байланысты болған жағдайда қолданылады.

Циклдерді ажырату алғы шартымен және бірге кейінгі шарт .

Алғы шарты бар цикл(қоштасу циклі)

Шарт цикл денесінің келесі орындалуы алдында тексеріледі.

Алгоритмдік тілде және блок-схема түрінде жазу:

сау бол<условие>

< тело цикла >

Шарт орындалғанша (сәйкес логикалық өрнек«шын» дегенді білдіреді) цикл денесі қайталанады . Шарт орындалмай қалса, циклдің орындалуы тоқтайды (жалғандықпен шығу).

Егер шарт бастапқыда орындалмаса, цикл денесі ешқашан орындалмауы мүмкін.

Постшартпен цикл(«бұрын» циклі)

Шарт цикл денесінің келесі орындалуынан кейін тексеріледі, яғни. Цикл денесі кемінде бір рет орындалуы керек.

қайталау

< тело цикла >

бұрын< условие >

Шарт орындалмаса, цикл денесі орындалады.(сәйкес логикалық өрнек «жалған» деп бағаланады). Шарт орындалғаннан кейін цикл денесінің орындалуы тоқтайды (шынайы шығу).

4. Бағдарламалау

Алгоритмді компьютер орындау үшін ол өзі түсінетін тілде жазылуы керек. Дегенмен, компьютер тек екілік кодтарды (нөлдер мен бірліктердің тізбегі) қабылдайды және өңдей алады. Сондықтан алгоритмнің бастапқы деректері мен командалары екілік кодтарда берілуі керек. Дегенмен, бұл адам үшін өте ыңғайсыз, сондықтан алгоритмдерді жазу үшін тілдер бір жағынан табиғи тілдерге жақын, ал екінші жағынан, алгоритмдер дұрыс жұмыс істеуі үшін жеткілікті қатаң ережелерге сәйкес жасалған. оларда жазылғандарды ресми ережелерге сәйкес автоматты түрде екілік кодтарға аударуға болады. Мұндай тілдер деп аталады бағдарламалау тілдері, және мұндай тілде жазылған алгоритм (дәл екілік кодтарда жазылған алгоритм сияқты) деп аталады. бағдарламасы.

Келуімен дербес компьютерлералгоритмді құрастыру кезеңі келесі кезеңдегідей бағдарламалау кезеңімен көптеген жолдармен байланысты.

Бағдарламалау технологиялары

Алгоритмдік (модульдік) программалау

Алгоритмдік бағдарламалаудың негізгі идеясы - бағдарламаны бөлу модульдердің реттілігі, олардың әрқайсысы бір немесе бірнеше орындайды әрекеттер. Модульге қойылатын жалғыз талап - оның орындалуы әрқашан бірінші командадан басталып, әрқашан соңғысымен аяқталады (яғни модуль командаларына сырттан жету және басқаруды модульден басқа командаларға беру мүмкін емес. соңғысын айналып өту).

Таңдалған бағдарламалау тілінде алгоритм жазылады деректерді сипаттау командаларын пайдалану, құндылықтарды есептеужәне бағдарлама ретін басқару.

Бағдарлама мәтіні – тапсырма операторларының, циклдің және шартты операторлардың сызықтық тізбегі. Осылайша, өте күрделі емес есептерді шешуге және бірнеше жүздеген код жолын қамтитын бағдарламаларды жазуға болады.

Бұл бағдарламалау келесілерді пайдаланады элементтері:

Құрылымдық бағдарламалау

Орташа өлшемді қосымшаларды (бастапқы кодтың бірнеше мың жолын) жасау кезінде біз пайдаланамыз құрылымдық бағдарламалау, бұл кімдікі бағдарламаның құрылымы шешілетін мәселенің құрылымын көрсетуі керекшешу алгоритмі бастапқы мәтіннен анық көрінетіндей етіп. Ол үшін үш қарапайым оператордың көмегімен ғана емес, алгоритмнің нақты құрылымын дәлірек көрсететін құралдардың көмегімен де программа құру құралдары болуы керек. Осы мақсатта тұжырымдамасы тәртіптер - қажетті әрекетті орындайтын және бастапқы кодтың басқа бөліктеріне тәуелді емес операторлар жиынтығы. Бағдарлама көптеген шағын ішкі бағдарламаларға (50 мәлімдемеге дейін қабылдау – ішкі бағдарламаның мақсатын жылдам түсіну үшін маңызды шек) бөлінген, олардың әрқайсысы бастапқы тапсырмада қарастырылған әрекеттердің бірін орындайды. Бұл ішкі бағдарламаларды біріктіру арқылы соңғы алгоритмді қарапайым операторлардан емес, белгілі бір семантикалық жүктемесі бар толық код блоктарынан құрастыруға болады және мұндай блоктарға аты бойынша сілтеме жасауға болады. Ішкі бағдарламалар жаңа операторлар немесе бағдарламашы анықтаған тіл амалдары болып шықты.

Ішкі бағдарламаларды пайдалану мүмкіндігі бағдарламалау тілін сыныпқа жатқызады процедуралық тілдер.

Ішкі бағдарламалардың болуы қосымшаны құрастыруға және өңдеуге мүмкіндік береді жоғарыдан төмен - бұл тәсіл деп аталады жоғарыдан төмен дизайн . Алдымен, ең ғаламдық тапсырмаларды шешетін бірнеше ішкі бағдарламалар таңдалады (мысалы, деректерді инициализациялау, негізгі бөлік және аяқтау), содан кейін бұл модульдердің әрқайсысы төменгі деңгейде егжей-тегжейлі сипатталады, өз кезегінде басқа ішкі бағдарламалардың аз санына бөлінеді, барлық тапсырма орындалмайынша және т.б.

Бұл тәсіл ыңғайлы, себебі ол адамға нақты операторлар мен айнымалыларға түспей, үнемі пәндік деңгейде ойлауға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, кейбір ішкі бағдарламаларды бірден орындамай, басқа бөліктер аяқталғанша уақытша кейінге қалдыруға болады. Мысалы, күрделі математикалық функцияны есептеу қажеттілігі туындаса, онда мұндай есептеудің бөлек ішкі бағдарламасы, бірақ оны алдын ала таңдалған мәнді жай ғана тағайындайтын бір оператор уақытша жүзеге асырады. Бүкіл қолданба жазылып, жөндеуден өткен кезде, біз бұл мүмкіндікті енгізуді бастай аламыз.

Маңыздысы, шағын ішкі бағдарламаларды жөндеу әлдеқайда оңай, бұл бүкіл бағдарламаның жалпы сенімділігін айтарлықтай арттырады.

Ішкі бағдарламалардың өте маңызды сипаттамасы олардың қабілеттілігі болып табылады қайта пайдалану . Біріктірілген бағдарламалау жүйелері әдеттегі тәртіптерді жасау үшін басқа біреудің жұмысын пайдалану арқылы өнімділікті айтарлықтай арттыруға мүмкіндік беретін стандартты әрекеттердің үлкен кітапханаларымен бірге келеді.

Оқиғаға негізделген бағдарламалау

Жүйенің белсенді таралуымен Windows және көрнекіліктің пайда болуы RAD - орталарда бағдарламаларды құрудың оқиғалық тәсілі кең танымалдылыққа ие болды - оқиғаға негізделген бағдарламалау.

Жүйенің идеологиясы Windows оқиғаларға негізделген. Адам түймені басқан, мәзір элементін таңдаған, пернені немесе тінтуірдің түймесін басқан - ішіне Windows сәйкес хабарлама жасалады , ол сәйкес бағдарлама терезесіне жіберіледі. Оқиғаларды программалау арқылы құрылған программаның құрылымы келесідей. Негізгі бөлік - бір шексіз цикл, деп сұрайды Windows , жаңа хабарды көру. Ол анықталған кезде өңдеуге жауапты қосалқы бағдарлама шақырылады. сәйкес оқиғаның (барлық оқиғалар өңделмейді, олардың жүздегені бар, бірақ тек қажеттілері) және ұқсас сұрау циклі «Өшіру» хабары алынғанша жалғасады.

Оқиғалар болуы мүмкін әдет-ғұрып , пайдаланушы әрекеттерінің нәтижесінде, жүйелік , операциялық жүйеден шыққан (мысалы, таймерден келген хабарлар) және бағдарламалық , бағдарламаның өзі жасайды (мысалы, қате анықталды және оны өңдеу қажет).

Оқиғаларды бағдарламалау - бұл бағдарламаның әртүрлі оқиғаларға реакциясы бірте-бірте анықталып, егжей-тегжейлі сипатталған кезде, жоғарыдан төменге бағытталған дизайн идеяларының дамуы.

Құрылымдық және оқиғалық бағдарламалау идеяларының дамуы бағдарламалаушылардың өнімділігін айтарлықтай арттырды және ақылға қонымды уақыт ішінде (бірнеше ай) жүздеген мың жолдардың қосымшаларын жасауға мүмкіндік берді. Дегенмен, бұл көлем адам мүмкіндіктерінің шегіне жақындады және бағдарламаларды әзірлеу үшін жаңа технологиялар қажет болды.

Объектіге бағытталған бағдарламалау ұғымдарға негізделген объект , сынып және үш негізгі ұғым бойынша - инкапсуляция , мұрагерлік және полиморфизм .

Бағдарламалау тілдерінде тұжырымдама жүзеге асырылады объект қасиеттер жиынтығы ретінде (осы нысанға тән деректер құрылымдары) және әдістер оларды өңдеу (қасиеттерді өзгертуге арналған ішкі бағдарламалар) және оқиғалар,оған берілген объект жауап бере алады және бұл, әдетте, объектінің қасиеттерінің өзгеруіне әкеледі.

Нысандардың құрылымы бірдей болуы мүмкін және тек сипат мәндері бойынша ғана ерекшеленеді. Мұндай жағдайларда бағдарлама бір объектінің құрылымына негізделген жаңа типті жасайды (деректер құрылымдары үшін жаңа типтер қалай жасалатынына ұқсас). деп аталады сынып, және осы сыныптың құрылымы бар әрбір нақты нысан класс данасы деп аталады .

Деректерді біріктірув бір түрдегі (сыныптағы) әдістер деп аталады инкапсуляция. Біріктіруден басқа, инкапсуляция объект деректеріне қол жеткізуді және класс әдістерін іске асыруды шектеуге мүмкіндік береді. Нәтижесінде программистер тек осы кластардың сипаттамасына негізделген дайын класстарды өз қолданбаларында қолдану мүмкіндігіне ие болды.

Класстың ең маңызды сипаттамасы - оның негізінде жаңа сыныптарды құру мүмкіндігі мұрагерлік оның барлық қасиеттері мен әдістерін және өзіңізді қосыңыз. Алдыңғы класы жоқ класс базалық класс деп аталады. .

мысалы , «студент» сыныбының «аты-жөні», «қабылдау жылы», «сабаққа қатысу» және «емтихан тапсыру» әдістері бар. Оның негізінде құрылған «сырттай оқитын студент» сыныбы осы қасиеттер мен әдістердің барлығына енеді, оған «жұмыс орны» қасиеті мен «сессияға кел» әдісі қосымша қосылады. Мұрагерлік бұрыннан барын қайта пайдалану арқылы жаңа сыныптарды жасауға мүмкіндік береді. көзіжәне оны қайта жазуға уақыт жоғалтпай.

Көп жағдайда ұрпақ сыныптарының базалық класының әдістерін қайта анықтауға тура келеді – «сырттай оқитын студент» сыныбының объектісі «сабаққа қатысу» әдісін «толық» нысанынан мүлде басқаша орындайды. уақыт студенті» сыныбы. Емле (атауы) бойынша барлық қайта анықталған әдістер негізгі нысанның әдістеріне сәйкес келеді, дегенмен компилятор нақты әдісті пайдалану керек нысанның түрі (оның класы) бойынша таниды және «сабақтарға қатысу» әдісін шақырмайды. сынып «сырттай оқитын студент» сынып объектісі үшін «сабақтарға қатысу». студент». Мұраланған класс әдістерін қайта анықтау және оларды дұрыс пайдалану үшін объектілердің бұл қасиеті деп аталады полиморфизм.

1. Инкапсуляция- оның қасиеттерінің объектідегі бірігуі және ондағы мүмкін болатын операциялар (әдістер). Мәліметтердің осы деректер бойынша жарамды әрекеттермен үйлесуі бағдарламаларды жобалаудағы жаңа элементтің – объектінің «туылуына» әкеледі және объект оның құрамында болса, тек онда сипатталған нәрсе бойынша әрекет етеді. Нысанның деректеріне оның әрекеттерінен басқа қол жеткізуге жол берілмейді. Бірдей сипаттар мен әрекеттер тізімін инкапсуляциялайтын нысандар біріктіріледі сыныптар . Әрбір жеке объект болып табылады сынып данасы . Сынып даналарында әртүрлі сипат мәндері болуы мүмкін.

Мысалы, компьютердің файлдық жүйесінде жүздеген немесе мыңдаған файлдар болуы мүмкін. Барлық файлдар бірдей сипаттар жиынына (атауы, файлдық жүйедегі орны) және операцияларға (атын өзгерту, жылжыту немесе көшіру) ие және FILES нысан класын құрайды. Әрбір бөлек файлосы сыныптың данасы болып табылады және арнайы сипат мәндері бар (аты, орналасқан жері, т.б.).

1. Мұрагерлік– сыныптар арасындағы қатынасты анықтайды: объектілер бала сыныбы объектілердің барлық қасиеттеріне ие ата-аналар сыныбы . Яғни, әрбір кейінгі туынды объект өзінің алдындағылардың қасиеттері мен әрекеттерін мұра етеді. Мұрагерлік механизм жаңа деректер мен оны өңдеу әдістерін қайта анықтауға немесе қосуға, класс иерархиясын құруға мүмкіндік береді.

Мысалы. Векторда графикалық редакторларкескін графикалық примитивтерден құрастырылған - нүкте, сызық, шеңбер және т.б.

Графикалық примитивтердің бірі POINT объектінің класы болып табылады. Бұл класста әрбір объектінің белгілі бір қасиеттері бар (Координаттар, Түс), олар бойынша сәйкес операцияларды орындауға болады (Жылжыту, Түсті өзгерту). POINT мүмкіндік класын кесте арқылы анықтауға болады

POINT мүмкіндіктері сыныбынан жаңа Radius сипатын және Радиусты өзгерту әрекетін қосу арқылы жаңа CIRCLE сыныбын алуға болады. CIRCLE мүмкіндік класын кесте арқылы анықтауға болады.

CIRCLE класының барлық нысандары POINT класының қасиеттері мен операцияларын иеленеді. POINT класы ата-ана класы, CIRCLE класы еншілес сынып деп аталады. Графикалық түрде ол келесідей көрінеді:

мұрагерлік

1. Полиморфизм– әр класс үшін оларды орындаудың жеке әдістерін сақтай отырып, әртүрлі кластарға жататын объектілерге бірдей операцияларды орындау мүмкіндігі. Яғни, әртүрлі класс объектілеріне бірдей операцияны әртүрлі әдістермен орындауға болады.

Мысалы. WINDOWS/OFFICE ортасындағы объектілер кластарының көпшілігі бірдей операциялардың жиынтығымен сипатталады - атын өзгерту, жылжыту, көшіру, жою және т.б. Бұл әрекеттерді жүзеге асыру механизмдері әртүрлі сыныптар үшін бірдей емес. Сонымен, қалтаны көшіру үшін өзгерту үшін әрекеттер тізбегін орындау керек файлдық жүйе, және таңбаны көшіру үшін құжатқа өзгертулер енгізіңіз. Бұл операциялар әртүрлі бағдарламалар арқылы орындалатын болады.

визуалды бағдарламалау

Бүгінгі күні объект, оқиға және құрылымдық бағдарламалау технологиялары біріктірілгенRAD жүйелеріретінде ұсынылған көптеген дайын сыныптарды қамтитын көрнекі құрамдас бөліктер , олар бір рет басу арқылы бағдарламаға қосылады. Программистке тек өз қолданбасының терезелерінің сыртқы түрін құрастыру және негізгі оқиғаларды өңдеуді анықтау керек - түймелерді басқанда, мәзір элементтері таңдалғанда немесе тінтуірді басқанда қандай операторлар орындалады. Қоршаған орта барлық көмекші бастапқы кодты өзі жасайды, бұл бағдарламашыға тек алгоритмді жүзеге асыруға толығымен шоғырлануға мүмкіндік береді.

Бұл технологияның дамуы пайда болуымен байланысты GUI. Бұл графикалық объектілер түріндегі қосымшаларды әзірлеу технологиясы, оларды кейіннен программалық кодқа аудару. 90-жылдары RAD технологиясы пайда болды - Rapid Application Development - қосымшаларды жылдам әзірлеу. Барлық қажетті дизайн және басқару элементтері қолмен бағдарламалау арқылы емес, тінтуірдің көмегімен жобаланған терезеге апарылатын дайын визуалды компоненттердің көмегімен жасалады және сақталады. Құрамдас қасиеттері мен әрекеті арқылы конфигурацияланады қарапайым редакторлар, сәйкес элементтердің сипаттамаларын көрнекі түрде көрсету. Бұл жағдайда бағдарламаның бастапқы коды RAD ортасы арқылы автоматты түрде жасалады.

RAD орталары пайдаланушының белсенді қатысуымен әзірлеуге арналған. ақпараттық жүйелербизнес қолданбалары үшін. RAD сапаны жақсарта отырып, жүйені дамытудың жоғары жылдамдығын қамтамасыз етуге арналған бағдарламалық өнімжәне оның құнын төмендету.

Әмбебап бағдарламалау тілдерінің ішінде бүгінгі күні ең танымалы мыналар:

BASIC (Basic) – дамыту үшін бастапқы дайындықты қажет етеді (жалпы білім беретін мектеп);

Паскаль (Паскаль) – арнайы дайындықты қажет етеді (жоғары білім беретін мектептер
пәнді және жалпы техникалық университеттерді оқу);

C++ (C++), Java (Java), C Sharp (C#) – кәсіби дайындықты қажет етеді (мамандандырылған орта және жоғары оқу орындары).

Осы бағдарламалау тілдерінің әрқайсысы үшін бүгінде әртүрлі компаниялар шығарған және оларға бағытталған көптеген бағдарламалау жүйелері бар әртүрлі модельдерДК және ОЖ. Төмендегілер ең танымал көрнекі орталар жылдам дизайн Windows жүйесіне арналған бағдарламалар:

Негізгі: Microsoft Visual Basic;

Паскаль: Borland Delphi

C++: Microsoft Visual C++;

Java: BorlandJBuilder

C#: Microsoft визуалды студия.NET, Borland C#Builder.

Серверді және бөлінген қолданбаларды әзірлеу үшін Microsoft Visual C++ бағдарламалау жүйесін, Borland өнімдерін және кез келген дерлік java бағдарламалау құралдарын пайдалануға болады.

5. Бағдарламаны компьютердің жадына енгізу. Сынақ жүгірісі

Ірі есептеу орталықтарында жеткілікті үлкен және күрделі есептерді шешу кезінде арнайы мамандықтағы адамдар, компьютер операторлары бағдарламаларды енгізумен айналысады. Бағдарламаларды енгізумен қатар, операторлар деректерді дайындауды – деректерді жадқа енгізуді, оларды сыртқы тасымалдағышқа жазуды орындайды. ДК-де жұмыс істейтін программист бағдарлама мен мәліметтерді өзі енгізеді.

Бағдарлама енгізілгеннен кейін оның сынақ нұсқасы орындалады. Ерекше деп есептелетін жағдайларда бағдарлама дереу орындалады және белгілі бір нәтиже береді. Көбінесе бағдарламаның жұмыс істемеуі немесе дұрыс жұмыс істемеуі себептерін табуға және оларды түзетуге - бағдарламаны жөндеуге тура келеді.

6. Бағдарламаны жөндеу және тестілеу

Бағдарламадағы қателерді табу және түзету процесі деп аталады жөндеу. Теру кезінде қателер бағдарламалау тілінде бағдарламаларды жазу ережелерін бұзу нәтижесінде пайда болуы мүмкін - деп аталатын синтаксистік қателер. Оларды анықтауға және түзетуге бағдарламалау жүйесінің бөлігі болып табылатын арнайы құрал-саймандық бағдарламалар (синтаксистік басқару бағдарламалары) көмектеседі. Жүйе бағдарламаны талдайды және қатенің орны мен сипаты туралы хабарлама шығарады. Көбінесе қателер кейбір синтаксистік дұрыс құрылысты орындау мүмкін еместігімен байланысты (мысалы, нөлге бөлу немесе бүтін мәнге нақты мәнді тағайындау әрекеті). Бұл жағдайда сәтсіздіктің себебін көрсететін және қандай нақты пәрменді орындау мүмкін еместігін көрсететін хабарлама да пайда болады.

Табу әлдеқайда қиын алгоритмді құрастыру кезінде жіберілген қателер, бұл ақыр соңында әкеледі қате жұмысбағдарламалар: нәтиже жоқ, цикл, қате нәтиже. Бұл жағдайда бағдарламаның орындалуын қадамдық бақылау пайдалы болуы мүмкін.

Түзету процесіндегі маңызды қадам болып табылады тестілеубағдарламалар, яғни. оны тестілеуді енгізу арқылы тестілеу – жекелеген блоктардың немесе тұтастай бағдарламаның жұмысының нәтижесі алдын ала белгілі болатын бастапқы мәліметтердің нақты жиынтығы.

Көбінесе ақпараттық модельді әзірлеу шеңберінде бастапқы деректерге шектеулер қойылады. Бұл жағдайда бағдарлама қате мәндерді енгізуге жауап беруі керек: жұмысты тоқтату немесе қайта енгізуді сұрау. Әдетте, бағдарлама қате деректерді енгізуден немесе пайдаланушының басқа күтпеген әрекеттерінен қорғауды қамтамасыз етеді. Содан кейін сынақ процесінде мұндай қорғаныстың сапасы тексеріледі.

Қате болуы ықтимал сынақты сәтті таңдау мүмкіндігі (бар болса) және жылжытудың әртүрлі нұсқаларын қамтамасыз ету есептеу процесі, сондай-ақ пайдаланушы әрекеттері (кейде өте күтпеген) және, демек, бағдарламаны әртүрлі тосынсыйлардан қорғау - бағдарламашының керемет өнері.

Тесттің қарапайым мысалы: егер бағдарламада тармақтар болса, яғни. шарттың орындалуына байланысты іс-әрекет әдісін таңдау талап етіледі, оның жұмысын шарт қанағаттандырылатын бастапқы деректермен және қанағаттандырылмайтындарымен тексеру қажет.

Соңғы уақытқа дейін 4, 5, 6-кезеңдер есептерді компьютердің көмегімен шешудің қажетті кезеңдері болды. Сонымен қатар, бағдарламалау тілдері мен жүйелері пайдаланушы мәселелерін шешу үшін жаңа бағдарламалар жасалған бағдарламалық құрал болды. Дегенмен, компьютер қолданылатын міндеттер ауқымының кеңеюімен кәсіби программист емес, өз жұмысында компьютерді қолданатын адамдар саны өсуде.

Осыған байланысты әртүрлі бағдарламалық құралдар жасалды, олар негіз болып табылады ақпараттық технологиялар мәтінді өңдеу және сияқты әртүрлі практикалық мәселелерді шешу үшін қолданылады электрондық кестелер, графикалық кескіндерді жасау, мәліметтер қорында сақталған ақпаратқа қол жеткізу, математикалық есепті шешу, техникалық жобаны есептеу және т.б. Оларды шешу үшін компьютер пайдаланушысының қолында кең көлемді бағдарламалық қамтамасыз ету бар.

Тапсырманың ақпараттық моделін құру процесінде пайдаланушы нәтижеге жету үшін қандай әрекеттерді орындау керектігін анықтайды және соған сәйкес нені шешу керектігін шешеді. бағдарламалық құралқолдану. Егер оның қарамағында осы мәселені шешуге қолайлы бағдарлама болса, онда пайдаланушы оны құрал ретінде таңдайды (ДҚБЖ, электрондық кесте, математикалық пакет және т.б.). Дайын қолданбалы бағдарламалық құралды пайдалана алмасаңыз, бағдарламалау технологиясын қолдануға тура келеді.

7. Нәтижелерді алу және талдау

Компьютерде есептерді шешудің қандай технологиясы қолданылса да, нәтижені алу және талдау қажетті қадам болады: есептің құрастырылған ақпараттық моделі шеңберінде алынған нәтижелердің күтілетін нәтижеге сәйкестігі тексеріледі және оның көлемі Нәтиженің нақты тәжірибемен сәйкестігі де бағаланады.

Бұл кезеңде құрастырылған ақпараттық модель шындыққа қалай сәйкес келетіні ашылады. Өйткені, заттар мен құбылыстардың қасиеттері неғұрлым маңызды деп танылып, ескерілсе, модель соғұрлым шындықты көрсетеді. Дегенмен, сипаттамалардың көп санын есепке алу модельдің күрделенуіне, сипаттамалар арасындағы байланыстарды математикалық өрнектеудің қиындықтарына әкеледі. Әдетте олар модельді нақтылау процесінде ақпараттық модельдің нақты жағдайға сәйкестігінің толықтығы мен оның күрделілігі арасындағы теңгерімді табуға тырысады (есепке алынатын маңызды қасиеттердің санын біртіндеп көбейту).

Дайындалатын сұрақтар бақылау жұмысы«Модельдеу, алгоритмдеу, бағдарламалау» тақырыбына

Белгілі бір уақытқа транзакцияның кешігуі. Статикалық модельдеу кез келген уақытта объектінің әрекетін сипаттау үшін қолданылады. Динамикалық модельдеууақыт бойынша объектінің әрекетін көрсетеді. Дискретті модельдеу белгілі бір уақытта объектіні бейнелеу үшін қызмет етеді.

Егер бұл жұмыс сізге сәйкес келмесе, беттің төменгі жағында ұқсас жұмыстардың тізімі бар. Сондай-ақ іздеу түймесін пайдалануға болады