Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Проблемы и специфика логического проектирования автоматизированных информационных систем 10
1.1. Особенности, основные проблемы и задачи логического проектирования АИС 10
1.2. Семиотическое определение алгоритма как процедуры обработки данных АИС 22
1.3. Системы управления базами данных как интегральная составляющая АИС 29
1.4. Эргономика и когнитология в логическом аспекте разработки АИС 40
1.5. Постановка задачи исследования 50
1.6. Основные выводы и результаты по первой главе 53
ГЛАВА 2. Вариабельные АИС 56
2.1. Семиотическая модель АИС 56
2.2. Основные концепции логического проектирования систем управления баз данных 62
2.2.1. Оптимизация баз данных 62
2.2.2. Пределы возможностей нормализации баз данных в поддержке свойств структур функциональных и многозначных зависимостей 70
2.2.3. Оптимизация запросов СУБД 74
2.3. Логическая модель данных вариабельной АИС 79
2.4. Информационная модель вариабельных АИС 87
2.5. Результаты второй главы 93
ГЛАВА 3. Оценка качества вариабельных АИС 95
3.1. Методы оценки качества программного обеспечения 95
3.2. Методы оценки качества интерфейса управления АИС 102
3.3. Вариабельные АИС и унифицированный критерий информационной оценки 113
3.4. Кибернетические исследования структурной сложности на основе семиотического анализа лингвистических текстов. Показатели ментальной сложности 118
3.5. Результаты третьей главы 129
ГЛАВА 4. Модели, интерфейсы, алгоритмы реализации вариа бельной АИС «АРИС» 131
4.1. Исходные данные для проекта 131
4.2. Информационная модель вариабельной АИС «АРИС» 137
4.3. Вариабельная модель управления АИС «АРИС» и ее реализация на логическом уровне реляционной модели 143
4.4. Алгоритмы обработки иерархических структур вариабельных АИС 149
4.5. Результаты четвертой главы 163
Заключение 164
Список литературы 168
Приложение. Акты внедрения 177
- Особенности, основные проблемы и задачи логического проектирования АИС
- Пределы возможностей нормализации баз данных в поддержке свойств структур функциональных и многозначных зависимостей
- Методы оценки качества программного обеспечения
- Информационная модель вариабельной АИС «АРИС»
Введение к работе
Актуальность. Возрастающие требования к объемам обрабатываемой информации, к структуре и качеству информационного фонда, к адекватности представления предметной области в рамках автоматизированных систем управления (АСУ), оказали большое влияние на процесс формирования специализированного класса автоматизированных информационных систем (АИС), основополагающим назначением которых является компактность представления информации и высокая скорость ее обработки. С ростом производительности вычислительной техники проблема повышения эффективности АИС за последние десятилетия перевела исследовательские приоритеты из сферы «алгоритмов» в среду «моделей данных» и сделала актуальной задачу разработки систем управления базами данных (СУБД).
Развитие технических систем и процессов автоматизации привело к необходимости создания больших программно-технических комплексов, обладающих сложной структурой и разветвленной функциональностью. Разработка систем такого класса требует использования тех или иных технологий, основанных на парадигме сложных систем. Результатом такого развития становится все большее применение различных методов и моделей, создаваемых в расчете на значительное сокращение временных, трудовых и материальных затрат на разработку больших и сложных автоматизированных систем и относящихся к классу «логического проектирования». Одновременно с этим, использование методов логического проектирования позволяет значительно повысить надежность, удобство восприятия и простоту модификации разрабатываемой АИС.
Динамика развития современных вычислительных средств делает актуальной смещение акцентов исследовательской деятельности из области функционально-параметрического синтеза в область исследований, связанную с проблемой наглядности, легкости восприятия, компактности и достоверности представления информации для пользователя, учитываю-
щую переход парадигмы информационных систем от представления данных к представлению знаний, специфику формального описания систем «языковым» представлением с соответствующими вопросами семантики.
Тенденции ученого сообщества решать целевую задачу разработки высоконадежного, эффективного программного обеспечения на основе разных формальных методов приводят к их разобщенности, ограниченности и локальности решаемых задач. Такие явления требуют построения и развития обобщающих, систематизирующих методов построения сложных автоматизированных систем и повышают актуальность развития кибернетических направлений информатики - когнитологии, семиотики и пр., с учетом переноса их общефилософских концепций в область практического применения. При этом актуальность решения данной проблемы также определяется отсутствием высокоэффективных моделей и методик поддержки стадий концептуально-логического проектирования АИС в комплексе с учетом использования концепции сквозного проектирования с применением формально обоснованных интегральных показателей качества.
Цели и задачи исследования. Повышение эффективности процессов принятия решений о качестве автоматизированных информационных систем за счет разработки логических процедур семиотического моделирования и унифицированного аппарата их анализа. Эта цель достигается решением следующих частных задач:
Формализация подкласса семиотических систем - вариабельных систем представления АИС в виде моделей уровня логического проектирования, с формой представления ограниченной по структуре, но унифицированной по содержанию для хранения и анализа разноаспектных информационных структур.
Определение понятия «структурная сложность» на базе иерархических или сетевых формальных моделей представления данных и нахождение взаимосвязи с понятием унифицированной оценки меры информационной сложности - энтропией.
Определение критериев качества - меры, метрики, показатели оценки качества вариабельных моделей, позволяющих учитывать когнитивные, эргономические характеристики «сложности» представления проектных спецификаций на логическом уровне.
Методика анализа полученных логических решений, позволяющая проводить оценку структуры функций, баз данных, алгоритмов, программ, интерфейсов разрабатываемой АИС.
Разработка алгоритмов, унифицированных под обработку вариабельных моделей АИС, адаптивных различным иерархическим структурам представления данных и отношений между ними, базирующимся на индустриальных технологиях реляционных моделей СУБД.
Объект исследования: сложные организационно-технические объекты и человеческий фактор в процессе разработки и управления автоматизированными системами.
Предмет исследования: технологии моделирования и оценки критериев качества древовидных логических структур автоматизированных информационных систем, основанные на мерах эргономичности, сложности и скорости доступа к данным.
Методы исследований. В работе использованы методы теорий множеств, логического проектирования, формальных языков, дискретной математики, системного анализа, баз данных и знаний, оценки информации.
Научная новизна.
Разработана формальная модель семиотического представления автоматизированных информационных систем, основанная на концепциях построения иерархических и сетевых структурных графов, учитывающая особенности предметной области, многовариантной архитектурной компоновки синтаксических и семантических элементов модели и обеспечивающая эффективное человеко-машинное представление конструктивных решений на логическом уровне проектирования.
Предложен и обоснован кибернетический подход к оценке логических структур на основе информационно-энтропийной оценки человече-
ской характеристики «сложности представления знаний». Человеческий фактор рассматривается в аспекте канала восприятия информации.
Разработана методика оценки модельных структур на базе формального аппарата показателей качества семантической сложности.
Представлено формализованное описание унифицированных алгоритмов манипуляции иерархическими и вариабельными структурами с визуализацией их представления с целью оптимального хранения и доступа к базе данных, сбора статистической и семантической информации о данных, редактирования иерархических структур, обеспечивающих реализацию конечного продукта в практических АИС.
Практическая ценность. В итоге практического применения материалов диссертационной работы удалось:
о повысить производительность разработчиков АИС и сократить такие этапы жизненного цикла, как системный анализ и проектирование;
о оптимизировать управляющие эффекты через анализ интерфейсов управления и использования унифицированных модулей представления и обработки данных;
о разработать адаптивные программные модули (библиотеки) для разработки иерархических АИС;
о практически применить аппарат вариабельных систем для разработки ряда АИС.
На защиту выносятся.
Аппарат оценки информационной сложности, основанный на применении энтропии как меры сложности логических структур с учетом человеческого фактора, за счет чего характеризующийся адаптивностью подхода к сложности иерархических древовидных структур.
Показатели качества анализа визуальных структур (алгоритмов, спецификаций, интерфейсов, способов организации доступа к данным и пр.), основанные на экспериментально полученных мерах формирования образов-знаний человеком.
3. Модель вариабельных АИС в составе инфологической модели три-адного представления информационного фонда и алгоритмов обработки древовидных структур, спроецированных на технологии реляционных баз данных и объектно-ориентированного интерфейса управления.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались автором на: X Международной научно-практической конференции «Системный анализ в проектировании и управлении» ( 10.07.2006) г. Санкт-Петербург; X Санкт-Петебургской международной конференции «Региональная Информатика - 2006». (24.Ю.-г26.10.2006) г. Санкт-Петербург; на семинарах и заседаниях кафедры «Вычислительных систем и информатики» в 2005-2007 гг.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 8 печатных работ из них 2 в журналах из списка ВАК.
Относящиеся к перечню ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации на соискание ученой степени доктора и кандидата наук:
Кушвид Р.В., Фомина И.К. Энтропия как мера оценки психосемантических аспектов человеческого фактора при разработке и взаимодействии с автоматизированными информационными системами. «Научно-технические ведомости СПбГТУ» № 5-1(47)/2006 -Издательство Политехнического университета. СПб, 2006. с. 148ч-151 (0,5 п.л.)
Кушвид Р.В., Фомина И.К. Психосемантический подход к оценкам сложности автоматизированных информационных систем. «Программные продукты и системы» № 1 (77) 2007. МНИИПУ, Главная редакция международного журнала и НИИ «Центрпрограмсистем». 2007. с. 45-И6 (0,24 п.л.)
Научные публикации, не относящиеся к перечню рекомендованному ВАК:
3. Кушвид Р. В. Защита компьютерных систем от преднамеренного
разрушения воздействием по сети питания. Прикладная математика: Сб.
науч. тр./ Под ред. Ю. М. Кулибанова. СПб.: Судостроение, 2004. с.63ч-71.
Кушвид Р.В. HUMANWARE в логическом аспекте разработки АИС. X Санкт-Петебургской международной конференции «Региональная Информатика - 2006». Материалы конференции. СПб.: СПОИСУ, с. 163.
Кушвид Р.В., Фомина И.К. Учет человеческого фактора при разработке автоматизированных информационных систем. Информационные технологии и системы (управление, экономика, транспорт): Сб. науч. тр. /Под ред. В.Е. Марлея. Выпуск 2. СПб.: ООО «Андреевский издательский дом», 2006. с. 57-^60.
Кушвид Р.В., Новиков Д.А. Построение информационной системы управления структурами иерархичекого и сетевого типа. Системный анализ в проектировании и управлении. Труды X Международной научно-практической конференции 42. СПб.: Издательство политехнического унта, 2006. с. 1674-168
Кушвид Р.В., Фомина И.К. Иерархическая автоматизированная информационная система с распределенной структурой данных «Автозаправочная сеть "АРИС"». Автоматизация, информатизация, инновация транспортных систем. Сб. научно-техн. статей./ Под ред. Р.Э. Францева. Выпуск 1. СПб.: СПГУВК, 2006. с. 51-5-59.
Кушвид Р.В. Семиотическое определение алгоритма как процедуры обработки данных АИС. Автоматизация, информатизация, инновация транспортных систем. Сб. научно-техн. статей./ Под ред. Р.Э. Францева. Выпуск 2. СПб.: СПГУВК, 2007. с. 146-=-152.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключении и приложения. Общий объем работы составляет 180 страниц, в том числе 36 рисунков, 17 таблиц, список используемых источников 108 наименований.
Особенности, основные проблемы и задачи логического проектирования АИС
Информационные системы (ИС) - комплекс, состоящий из информационного фонда и процедур, позволяющих накапливать, хранить, корректировать и выдавать информацию. Если для хранения информационного фонда и организации процедур используются средства вычислительной техники, то такая ИС называется АИС.
Определение 1. Автоматизированная информационная система (АИС) представляет собой комплекс программных и технологических средств, базирующийся на экономико-математических методах управления и реализующий заданную функцию управления. АИС характеризуется следующими основными особенностями: Большой удельный вес функций хранения, передачи, сбора, классификации и обработки информации; Преобладание логических и структурных преобразований над традиционными вычислениями в алгоритмическом спектре типовых для АСУ задач. Наличие специфической функционально-алгоритмической основы реа лизуемых процессов, базирующейся на процедурах ассоциативного по иска информации в массивах сложной структуры и на достаточно слож ных алгоритмах логического анализа и обработки информации. Определение 2. Программное обеспечение автоматизированной инфор мационной системы (ПО АИС) представляет собой совокупность математи ческих, алгоритмических и программных средств, обеспечивающих в совокупности с комплексом технических и технологических средств заданную цель проектирования системы. Проектирование АИС, как и любой технической системы, можно рассматривать в виде процесса, обеспечивающего, с одной стороны, формирование проектных решений, удовлетворяющих некоторым внешним требованиям (цели продукта), с другой - формирование внутренних требований к элементам АИС (цели проекта) [13,10,36,83]. Элементы проектирования, связанные с формулированием исходных данных (требований) для последующих этапов, будем относить к «внешнему» проектированию, а элементы проектирования, связанные с принятием проектных решений, удовлетворяющих определенным исходным данным - к «внутреннему» проектированию. АИС - прежде всего многофункциональная система, в основе которой лежат процессы накопления, передачи и обработки информации с использованием вычислительной техники. Главным звеном исходных данных являются основные показатели системы, которые в наибольшей степени определяют ее качество. Эти показатели будем относить к внешним или выходным параметрам [7,32,34,50]. Среди внешних параметров выделим показатели качества системы. Показателем качества системы является по определению такая числовая характеристика системы, которая связана с ее качеством строго монотонной зависимостью - чем больше (чем меньше) величина показателя, тем лучше система при прочих равных условиях. Стремление специалистов разработать оптимальную АИС, приводит к необходимости нахождения (выбора) методики, которая обладает наилучшим в заранее установленном плане значением вектора показателей качества. Поиск оптимального варианта системы, значительный объем и сложные взаимосвязи АИС представляют существенные трудности при проектирований в разрезе формулирования ограничений на параметры и структуру. К ним отнесем: Описание ограничений на параметры и структуру АИС требует привлечения множества развитых языковых средств. Большой объем описаний даже при использовании формальных языков и моделей требует проверки их адекватности, полноты и непротиворечивости [6,8,16,24,41,44,55]. Проблема выбора показателей качества АИС основывается на многоаспектное показателей качества, наличие элемента субъективности в процессе разработки АИС и выборе приоритетов, слабо-формализованной сопоставимостью целей продукта и целей проекта [19,22,27,35,39,47]. Значительные трудности в формулировании условий работы и ограничений на параметры и структуру АИС стимулируют развитие формальных языков представления - спецификаций [1,13,30,37,49].
При проектировании АИС весьма важное место отводится моделям, поскольку они позволяют изучать сложные программно-технические системы. Если, обычно под моделью понимают некоторую систему, адекватно отображающую какую-либо изучаемую сторону реальной системы или, под моделью понимают любую систему, заменяющую исходную и обладающую той же формальной структурой, то существенным при моделировании является понимание структуры исходной реальной системы, которая должна удовлетворять требуемой цели управления и заданным качествам функционирования. Очевидно, что любая модель, построенная по любому принципу, не может полностью отобразить реальный сложный объект, т.е. модель всегда обладает определенной степенью неопределенности и переход к адекватной модели означает переход по рангам неопределенности модели. Но, тогда для любой модели с разным уровнем определенности существуют различные формы описания, среди которых выделим наиболее существенные: концептуальное описание модели, логическое описание и физический уровень модели.
На концептуальном уровне производиться содержательное описание модели исходя из содержательного представления процесса управления. В соответствии с этим на концептуальном уровне выделим следующие аспекты структуры системы и, как следствие, следующие модели: организационная структура и ее модель, функциональная структура и ее модель, алгоритмическая структура и ее модель, техническая структура и модель и т.д.
Необходимость повышения эффективности проектирования АИС выдвигает важность содержательной постановки такой проблемы, которая бы позволяла формулировать задачу в нужном логическом (формальном) аспекте, и поэтому концептуальный уровень оказывается тесно связанным с логическим уровнем описания системы. Логический уровень описания означает построение и реализацию моделей системы различных рангов неопределенностей на уровне формального описания, когда абстрагируются от содержательного процесса и оперируют некоторыми абстрактными логическими понятиями, позволяющими достаточно стройно исходя из исходного описания перейти к формализованному описанию структуры системы с учетом декомпозиции структуры по разным аспектам.
Пределы возможностей нормализации баз данных в поддержке свойств структур функциональных и многозначных зависимостей
Рассмотрим вопрос о возможностях поддержки свойств, выражаемых структурой ФЗ, средствами синтаксических СУБД (СУБД, поддерживающих синтаксические модели данных) [4,18].
Очевидно, что по причине непредставимости межреляционных ограничений целостности в синтаксических моделях данных эти ограничения не рассматриваются и в базовой теории нормализации, которая оперирует так называемыми дискретными схемами, характеризующимися отсутствием межреляционных ограничений. Однако игнорирование межреляционных ограничений, имеющих характер, аналогичный характеру внутри-реляционных ограничений (в данном случае ФЗ), приводит к такому положению, когда проектировщик не знает или не задумывается над тем, что таится под внешним благополучием предельной (в смысле рассматриваемого класса зависимостей), нормальной формы представления. Не ясно, поддерживается ли структура зависимостей (ее избыточное покрытие) полностью или нет (в последнем случае необходимо обеспечить поддержку неподдерживаемой части средствами приложений или процедур баз данных); можно ли найти полностью поддерживаемый вариант неизбыточного покрытия или хотя бы некоторый вариант, где неподдерживаемой была бы другая часть покрытия.
В этой связи необходимо сформулировать эффективный критерий полноты осуществляемого системой ЗНФ-отношений контроля ограничений целостности, выражаемых структурой ФЗ. В отличие от УТНФ-критерия этот критерий не связан с рассмотрением частного вида структуры ФЗ. Критерий задается следующей теоремой.
Теорема. Целостность данных в смысле соответствия данных ограничениям, выражаемым структурой ФЗ, заданной на атрибутах отношения R, не полностью поддерживается НФ-представлением, если в неизбыточное покрытие структуры входит хотя бы одна такая ФЗ, что отношение, построенное на основе этой ФЗ, избыточно в смысле восстановления R по его нормальным проекциям.
Теорема. Если некоторый вариант неизбыточного покрытия структуры ФЗ содержит аномалии, то и любой другой вариант неизбыточного покрытия структуры ФЗ содержит аномалии. Данная теорема, показывает бесплодность попыток отыскания альтернативного варианта неизбыточного покрытия, свободного от аномалий, и позволяет увидеть еще один принцип обнаружения аномалий, а также подход к организации направленного перебора вариантов аномалий. Теорема. 4НФ-представление позволяет полностью поддерживать и контролировать целостность данных в смысле ограничений, заданных структурой МЗ, в случае, если М удовлетворяет следующим условиям: Приведем формулировку теоремы, определяющей предельные возможности НФ-представления в поддержке структуры МЗ. Теорема. Предельные возможности НФ-представления в поддержании свойств данных, выражаемых структурой МЗ, определяются следующими условиями: 1) множество элементарных многозначных зависимостей М удовлетворяет условиям предыдущей теоремы или 2) множество элементарных многозначных зависимостей М есть объединение множеств Mi (i=0...n), удовлетворяющих условиям предыдущей теоремы и обладающих следующими свойствами: для любого i#0 множество атрибутов к многозначных зависимостей из (к+1)-й МЗ первого уровня иерархии Mi есть строгое подмножество множества атрибутов МЗ irij, принадлежащей Мг (гф[) и находящейся на нижнем уровне иерархии элементов Mi; множество атрибутов МЗ Шк+ь принадлежащей Mi содержит в своей правой части все атрибуты левой части МЗ nij при этом тк+1 находится на нижнем уровне иерархии Mi; никакое другое множество Мр(р і) не соотносится с nij указанным способом. Теорема. Полнота поддержки средствами НФ-представления свойств данных, выражаемых совокупностью структур ФЗ и МЗ, обеспечивается при соблюдении следующих условий: структура ФЗ относится к виду, поддерживаемому средствами НФ -представления; структура МЗ, принадлежащих множеству М , относится к виду, поддерживаемому средствами НФ-представления; левая часть каждой элементарной МЗ, принадлежащей М , содержит группы атрибутов одной или нескольких связных структур ФЗ, не связанных друг с другом, по которым производится разбиение структур на подструктуры.
Подведем итоги проведенного теоретического анализа. Одним из наиболее существенных его результатов является вывод об ограниченности возможностей автоматической поддержки синтаксическими средствами свойств данных, выражаемых структурой ФЗ и в особенности структурой МЗ. Зависимости по соединению более сложного вида, например так называемые взаимные зависимости, в этом плане рассматривать не имеет смысла. Если проблемы поддержки структуры ФЗ связаны с необходимостью использования в отдельных случаях информационно избыточных контролирующих проекций универсального отношения, то для поддержания взаимных зависимостей применение таких проекций является общим правилом. Автоматизм в таком использовании не достигается именно в силу избыточности этих проекций с точки зрения удовлетворения конечных информационных потребностей приложений. Поэтому поддержка зависимостей, соответствующих этим проекциям, осуществляется специальными процедурными средствами. Обеспечение эффективности функционирования процедурных средств поддержки целостности, может быть связано с использованием информационно-избыточных отношений — проекций самими процедурными средствами.
Методы оценки качества программного обеспечения
Современная наука о разработке и оценки качества программного обеспечения (ПО) имеет в своем арсенале внушительный инструментарий метрик и моделей, позволяющих проводить оценку различных как частных так и обобщенных производственных и эксплуатационных характеристик и свойств ПО.
Практика сегодняшнего дня программной индустрии демонстрирует недоверие разработчиков и пользователей ПО к существующим методикам, а также продолжающиеся научные споры о достоверности тех или иных мер. Отметим факторы вызывающие столь противоречивое отношение ученых к вроде бы сугубо формальным показателям: игнорирование парадигм системного анализа; слабая или отсутствующая корреляция целей проекта с предметной областью и областью применения ПО; не учитываются взаимосвязанные уровни сложности: сложность ПО - сложность технологического процесса - жизненный цикл; фривольное, научно необоснованное использование метрик в разноплановых задачах приводит к противоречию с реальной измеряемой мерой. Тем не менее, анализ технологического процессов производства ПО убедительно показывает, насколько дорого обходится несовершенство научного прогноза оценки сложности программ, контроля и управления их разработкой, выбираемого технологического инструментария, что и приводит в конечном итоге к несоответствию требованиям пользователя, стандартам и, как следствие, повышение трудозатрат, а порой и неудача всего проекта. Эти и ряд других практических реалий являются следствием отсутствия сквозной методической поддержки, для реализации которой требуется: научно-обоснованный отбор методик, моделей, методов оценки; выбор ограничений их пригодности для различного класса задач; учет (выбор или комбинацию) методологических подходов (каскадная, итерационная, спиральная, объектно-ориентированная и пр.) для реализации технологических процессов разработки; применение адекватного моделирования для измерения соответствующих показателей; применения избыточного многовариантного модельного исследования показателей для повышения достоверности их оценок; накопления и интеграции разнородной метрической информации для принятия своевременных производственных решений. Важнейшей целью научных исследований в технологиях разработки ПО является уменьшение ее сложности. Именно это позволяет снизить трудоемкость проектирования, изготовления, испытаний и сопровождения ПО, повысить эксплуатационные характеристики - надежность, производительность. Целенаправленное снижение сложности ПО представляет собой многошаговую процедуру и требует предварительного исследования существующих показателей сложности, проведения их классификации и соотнесения с типами программ и их местоположением в жизненном цикле. В таблице 3.1 [9] представлены разнообразные метрики сложности ПО для различных форм их представления, хорошо зарекомендовавшие себя при оценке качества ПО, пригодные для прогнозирования и констатации различных показателей сложности и надежности. Первой топологической мерой сложности является цикломатическая мера Мак-Кейба. В ее основе лежит идея оценки сложности ПО по числу базисных путей в ее управляющем графе, т.е. таких путей, компонуя которые молшо получить всевозможные пути из входа графа в выходы. Данная мера отражает психологическую сложность ПО. К достоинствам меры относят простоту ее вычисления и повторяемость результата, а также наглядность и содержательность интерпретации. В качестве недостатков можно отметить: нечувствительность к размеру ПО, нечувствительность к изменению структуры ПО, отсутствие корреляции со структурированностью ПО, отсутствие чувствительности к вложенности циклов. Недостатки цикломатической меры привело к появлению ее модификаций, а также принципиально иных мер сложности. Дж. Майерс предложил в качестве меры сложности интервал [vi v2], где vr цикломатическая мера, a v2 - число отдельных условий плюс единица. При этом, оператор DO считается за одно условие, a CASE en- исходами за п-1 - условий. Введенная мера получила название интервальной мерой. У. Хансену принадлежит идея брать в качестве меры сложности ПО пару {цикломатической число, число операторов}. Известна топологическая мера Z(G), чувствительная к структурированности ПО. К мерам сложности, учитывающим вложенность управляющих конструкций, относят тестирующую меру М и меру Харрисона-Мейджела, учитывающих уровень вложенности и протяженности ПО, меру Пивоварско-го - цикломатическую сложность и глубину вложенности, и меру Мак-Клура - сложность схемы разбиения ПО на модули с учетом вложенности модулей и их внутренней сложности. Функциональная мера сложности Харрисона-Мейджела предусматривает приписывание каждой вершине графа своей собственной сложности (первичной) и разбиение графа на сферы влияния предикатных вершин. Мера Пивоварского ставит целью учесть в оценке сложности ПО различия не только между последовательными и вложенными управляющими конструкциями, но и между структурированными и неструктурированными программами. Мера Мак-Клура предназначена для управления сложностью структурированных программ в процессе проектирования. Она применяется к иерархическим схемам разбиения программ на модули, что позволяет выбрать схему разбиения с меньшей сложностью задолго до написания программы. К тестирующей мере М близко примыкает мера на основе регулярных вложений. Идея этой меры сложности программ состоит в подсчете суммарного числа символов (операндов, операторов, скобок) в регулярном выражении с минимально необходимым числом скобок, описывающим управляющий граф программы. Все меры этой группы чувствительны к вложенности управляющих конструкций и к протяженности программы.
Информационная модель вариабельной АИС «АРИС»
Обусловленные индустриальным развитием общества, повышенные требования качеству и надежности АИС, а также к затратам на их проектирование и изготовление диктуют необходимость разработки новых методов анализа и синтеза с акцентом в сторону интеллектуализации как самих автоматизированных систем, так и процессов их разработки. Эти тенденции подводят к непосредственному изучению влияния человека на процесс разработки и эксплуатации АИС и проблемам изучения человеческого фактора как кибернетического феномена «лица принимающего решения».
Научные и практические результаты. В диссертационной работе получены следующие научные и практические результаты. 1. Разработана формальная модель представления вариабельных АИС. Модель основана на методах спирального представления логических проектных решений, триадного представления информационного фонда и алгоритмической оценки сбалансированных деревьев по критериям компактности и быстродействия. В основу модельного анализа положено универсальное средство оценки информации - энтропия сообщения. 2. Результаты статистических и аналитических исследований человеческого фактора, как выделенному классу природных объектов, способному формировать устойчивые структуры и закономерности, в том числе по характеристикам процесса управления АИС: иерархичность ментальных операций, параллельность восприятия «символов», глубины абстрагирования и пр. 3. Разработана методика оценки качества логических структур автоматизированных информационных систем, в основу, которой легли: графово-иерархическое, древовидное представление структур данных и алгоритмов, на базе обобщающего инструментария семиотического моделирования; человеческий фактор активного управления (восприятия, преобразования, хранения) знаний о программно-технических системах основанный на манипуляции символьными конструкциями, имеющий свои собственные количественные и качественные характеристики производительности; аппарат оценки производительности: система мер, показателей, коэффициентов, где каждый коэффициент является количественной характеристикой присущего ему набора качественных характеристик вариабельных моделей АИС, позволяющих формально обосновывать принимаемые решения в разрезе ментальной сложности программного обеспечения, информационной и временной производительности интерфейса, топологии организации процесса управления. Предложена методика обобщения проектных решений, включающая в процесс разработки сложных систем такие типы конструктивных элементов, которые позволяют манипулировать разноаспектными категориями построения АИС. Появляется возможность оценки отдельных АИС, а также сравнительного анализа различных АИС и вариантов их архитектурной компоновки. 4. Разработана интегрированная схема моделирования АИС по классу вариабельных систем, включающая в себя: методологическую составляющую концептуально-логического проектирования по классу семиотических систем; информационную составляющую (способы представления, изменения и хранения данных) на базе триадной структуры представления информационного фонда с реализацией инструментария реляционных моделей данных; аппарат анализа языково-символьного формального представления проектных решений (синтаксический, семантический анализ, анализ полноты моделей представления); аппарат анализа качества проектных решений с позиции понятия сложность представления знаний «лицом, принимающим решение»; алгоритмическую составляющую (программный продукт). Интегрированная схема моделирования вариабельных автоматизированных информационных систем обеспечивает подготовку, хранение, анализ, документирование многовариантных иерархических структур описания (представления) предметных областей. 5. Разработаны и внедрены информационные системы, автоматизирующие разноаспектную деятельность различных предприятий и поддерживающие вариабельные (развитые символьно-иерархические) информационные фонды. Внедрение результатов Результаты настоящей работы внедрены на следующих предприятиях: ООО «Санлайн», 000 «Программные разработки, исследования, маркетинг», 000 «Аналитические, проектные и программные технологии» и др. Изложенный в диссертационной работе материал экспериментально проверен на практике при разработке автоматизированных информационно-поисковых систем различных классов, а также анализа сложных электротехнических спецификаций. В итоге удалось повысить производительность разработчиков АИС и сократить такие этапы жизненного цикла, как системный анализ и проектирование. Оптимизировать управляющие эффекты через анализ интерфейсов управления и использования унифицированных модулей представления и обработки данных. Изложенный в диссертационной работе материал экспериментально проверен на практике при разработке автоматизированных информационно-поисковых систем различных классов, а также анализа сложных электротехнических спецификаций. Все изложенные результаты подтверждены соответствующими актами внедрения, которые приведены в приложении.
