40585

Проблема сложности больших систем

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Единственно эффективный подход к решению этой проблемы заключается в построении сложной системы из небольшого количества крупных частей каждая из которых в свою очередь строится из частей меньшего размера и т. по отношению к проектированию сложной программной системы это означает что ее необходимо разделять декомпозировать на небольшие подсистемы каждую из которых можно разрабатывать независимо от других. Это позволяет при разработке подсистемы любого уровня держать в уме информацию только о ней а не обо всех остальных частях системы....

Русский

2013-10-17

21.96 KB

1 чел.

Занятие №22

Проблема сложности больших систем.

Проблема сложности является главной проблемой, которую приходится решать при создании больших систем любой природы, в том числе и ЭИС. Ни один разработчик не в состоянии выйти за пределы человеческих возможностей и понять все систему в целом. Единственно эффективный подход к решению этой проблемы заключается в построении сложной системы из небольшого количества крупных частей, каждая из которых, в свою очередь, строится из частей меньшего размера и т.д., до тех пор, пока самые небольшие части можно будет строить из имеющегося материала. Этот подход известен под самыми разными названиями, среди них такие, как «разделяй и властвуй», иерархическая декомпозиция и др. по отношению к проектированию сложной программной системы это означает, что ее необходимо разделять (декомпозировать) на небольшие подсистемы, каждую из которых можно разрабатывать независимо от других. Это позволяет при разработке подсистемы любого уровня держать в уме информацию только о ней, а не обо всех остальных частях системы. Правильная декомпозиция является главным способом преодоления сложности разработки больших систем. Понятие «правильная» по отношению к декомпозиции означает следующее:

  1.  Количество связей между отдельными подсистемами должно быть минимальным.
  2.  Связность отдельных частей внутри каждой подсистемы должна быть максимальной.

Структура системы должна быть таковой, чтобы все взаимодействия между ее подсистемами укладывались в ограниченные, стандартные рамки:

Каждая подсистема должна инкапсулировать свою содержимое (скрывать его от других подсистем). Каждая подсистема должна иметь четко определенный интерфейс с другими подсистемами.

На сегодняшний день в программной инженерии существуют два основных подхода к разработке ПО ЭИС, принципиальное различие которых обусловлено разными способами декомпозиции систем. Первый подход называется функционально-модульным или структурным. В его основу положен принцип функциональной декомпозиции, при которой структура системы описывается в терминах иерархии ее функций и передачи информации между отдельными функциональными элементами. Второй, объектно-ориентированный подход использует объектную декомпозицию. При этом структура системы описывается в терминах объектов и связей между ними, а поведение системы описывается в терминах обмена сообщениями между объектами.

Итак, сущность структурного подхода к разработке ПО ЭИС заключается в ее декомпозиции (разбиении) на автоматизируемые функции: система разбивается на функциональные подсистемы, которые, в свою очередь, делятся на подфункции, те - на задачи и так далее до конкретных процедур. При этом система сохраняет целостное представление, в котором все составляющие компоненты взаимоувязаны. При разработке системы «снизу-вверх», от отдельных задач ко всей системе, целостность теряется, возникают проблемы при описании информационного взаимодействия отдельных компонентов.

Все наиболее распространенные методы структурного подхода базируются на ряде общих принципов:

  1.  Принцип «разделяй и властвуй»;
  2.  Принцип иерархического упорядочения - принцип организации составных частей системы в иерархические древовидные структуры с добавлением новых деталей на каждом уровне.

Выделение двух базовых принципов не означает, что остальные принципы являются второстепенными, т.к. игнорирование любого из них может привести к непредсказуемым последствиям (в том числе и к провалу всего проекта»). Основными из этих принципов являются:

  1.  Принцип абстрагирования - выделение существенных аспектов системы и отвлечение от несущественных.
  2.  Принцип непротиворечивости обоснованность и согласованность элементов системы.
  3.  Принцип структурирования данных - данные должны быть структурированы и иерархически организованы.

Сложность программного обеспечения

Сложность вызывается четырьмя основными причинами:

  1.  сложностью реальной предметной области, из которой исходит заказ на разработку;
  2.  трудностью управления процессом разработки;
  3.  необходимостью обеспечить достаточную гибкость программы;
  4.  неудовлетворительными способами описания поведения больших дискретных систем.

Сложность реального мира. Проблемы, которые мы пытаемся решить с помощью программного обеспечения, часто неизбежно содержат сложные элементы, а к соответствующим программам предъявляется множество различных, порой взаимоисключающих требований. У пользователей и разработчиков разные взгляды на сущность проблемы, и они делают различные выводы о возможных путях ее решения. Знакомство с первыми версиями системы позволяет пользователям лучше понять и отчетливей сформулировать то, что им действительно нужно. В то же время процесс разработки повышает квалификацию разработчиков в предметной области и позволяет им задавать более осмысленные вопросы, которые проясняют темные места в проектируемой системе.

Трудности управления процессом разработки. Основная задача разработчиков состоит в создании иллюзии простоты, в защите пользователей от сложности описываемого предмета или процесса. Сегодня обычными стали программные системы, размер которых исчисляется десятками тысяч или даже миллионами строк на языках высокого уровня. Ни один человек никогда не сможет полностью понять такую систему. Поэтому такой объем работ потребует привлечения команды разработчиков. Чем больше разработчиков, тем сложнее связи между ними и тем сложнее координация, особенно если участники работ географически удалены друг от друга.

Гибкость программного обеспечения. Программирование обладает предельной гибкостью, и разработчик может сам обеспечить себя всеми необходимыми элементами, относящимися к любому уровню абстракции. Такая гибкость чрезвычайно соблазнительна. Она заставляет разработчика создавать своими силами все базовые строительные блоки будущей конструкции, из которых составляются элементы более высоких уровней абстракции. В отличие от строительной индустрии, где существуют единые стандарты на многие конструктивные элементы и качество материалов, в программной индустрии таких стандартов почти нет. Кроме того, часто приходится выполнять настройку программы под индивидуальные требования конкретного пользователя и системное окружение. Поэтому программные разработки остаются очень трудоемким делом.

Проблема описания поведения больших дискретных систем. Аналоговые системы, такие, как движение брошенного мяча, напротив, являются непрерывными. Небольшие изменения входных параметров всегда вызовут небольшие изменения выходных. С другой стороны, дискретные системы по самой своей природе имеют конечное число возможных состояний. Мы стараемся проектировать системы, разделяя их на части так, чтобы одна часть минимально воздействовало на другую. Каждое событие, внешнее по отношению к программной системе, может перевести ее в новое состояние, и, более того, переход из одного состояния в другое не всегда детерминирован. Всеобъемлющее тестирование таких программ провести невозможно. При неблагоприятных условиях небольшое внешнее событие может привести к критической ошибке системы.

Чем сложнее система, тем легче ее полностью развалить.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

45340. Проблемная область искусственного интеллекта 35 KB
  Для этого разрабатываются специальные модели представления знаний и языки для описания знаний выделяются различные типы знаний. Изучаются источники из которых система может брать знания и создаются процедуры и приёмы с помощью которых возможно приобретение знаний интеллектуальными системами. Проблема представления знаний в системах искусственного интеллекта чрезвычайно актуальна поскольку функционирование данных систем опирается на знания о проблемной области хранящиеся на компьютере.
45341. Проблема распознавания образов 67.5 KB
  В своей повседневной жизни человек настолько легко справляется с задачами распознавания что это считается само собой разумеющимся. В целом проблема распознавания образов состоит из двух частей: обучения и распознавания. За обучением следует процесс распознавания новых объектов который характеризует действия уже обученной системы.
45342. Проблемы и перспективы нейронных сетей 48 KB
  Проблемы интерпретируемости приводят к снижению ценности полученных результатов работы сети а проблема размерности – к очень жестким ограничениям на количество выходных нейронов в сети на количество рецепторов и на сложность структуры взаимосвязей нейронов с сети. уже сегодня искусственные нейронные сети используются во многих областях но прежде чем их можно будет применять там где на карту поставлены человеческие жизни или значительные материальные ресурсы должны быть решены важные вопросы касающиеся надежности их работы. Некоторые...
45343. Процедурные модели предоставления знаний 74.5 KB
  Здесь имя или порядковый номер продукции во множестве продукций хранящихся в памяти системы. Q – сфера применения продукции описывающая предметную область или ситуацию. Это позволяет систематизировать продукции что облегчает работу с системой продукций. Р – условие применимости ядра продукции.
45344. Технология разработки экспертных систем 36 KB
  К разработке экспертных систем привлекаются специалисты из разных предметных областей а именно: эксперты той проблемной области к которой относятся задачи решаемые системой; инженеры по знаниям являющиеся специалистами по разработке систем искусственного интеллекта; программисты осуществляющие реализацию экспертной системы. Инженеры по знаниям помогают экспертам выявить и структурировать знания необходимые для работы экспертной системы выполняют работу по представлению знаний выбирают методы обработки знаний проводят выбор...
45345. Архитектура системы работы со знаниями 48 KB
  Различие между уровнями заключается в языке применяемом для представления знаний. Для работы со знаниями на любом из этих уровней используются следующие базовые компоненты: база знаний; редактор базы знаний; база данных со своей СУБД; решатель; подсистема настройки и управления; подсистема объяснения; диалоговая подсистема. В некоторых источниках совокупность средств обеспечивающих работу со знаниями называют системой управления базой знаний СУБЗ по аналогии с СУБД.
45346. Персептрон Розенблатта 53 KB
  В первоначальных вариантах исполнения персептрона соединения идущие от сузлов формировались случайным образом еще в процессе конструирования системы поэтому они определяли некоторые случайные свойства изображения. Как и в пандемониуме при обучении персептрона вычислялись данные о ценности каждого аузла. Как аузлы так и рузлы персептрона представляли собой математические нейроны которые были рассмотрены ранее. Веса синапсов идущих к рузлам изменялись в процессе обучения персептрона.
45347. КОМПЬЮТЕРНОЕ ТВОРЧЕСТВО 32 KB
  Например каждое слово поэмы состоит из букв которые могут быть закодированы 33 цифрами. При таком соответствии одна длинная строка цифр может рассматриваться как кодированная запись поэмы. Полотно картины можно расчертить на мельчайшие клетки и цвет каждой клетки закодировать цифрами.
45348. Моделирование в музыке 40.5 KB
  В памяти композитора существует множество различных мелодий накопленных им в течение жизни. И естественно полагать что фрагменты этих мелодий отдельные музыкальные фразы музыкальные инварианты осознанно или неосознанно используются композитором в его творческом процессе. Далее следует прочитать следующую за найденной фразой ноту приписать ее к текущей музыкальной фразе а первую ноту из этой фразы выдать в файл формируемых мелодий и вычеркнуть из текущей фразы так чтобы в ней попрежнему оставалось четыре ноты. В результате в файле...