Opracowanie – HANNA GŁOS Nauczyciel informatyki w szkole podstawowe nr2 w Lublinie Opracowanie w oparciu o literaturę: M. Bazewicz, „Metody i techniki reprezentacji wiedzy w projektowaniu systemów”
Opisując temat: MODELOWANIE SYSTEMÓW INFORMATYCZNCH skupiłam się na następujących problemach: 1. Przedmiot modelowania - wstęp 2. Cele i pojęcie modelowania 3. Funkcje modelowania w systemie informatycznym 4. Formy modelowania 5. Rola modelowania konceptualnego i fizycznego 6. Taksonomia technik modelowania 7. Opisy modelowania. Cele opisu 8. Języki formalnej specyfikacji - Pojęcie specyfikacji 9. Podsumowanie
PRZEDMIOT MODELOWANIA - WSTĘP W obecnych czasach każdy człowiek, niezależnie od pełnionej roli w życiu codziennym, posługuje się reprezentacją wiedzy. Robi to w świadomej lub nieświadomej konfrontacji z rzeczywistością. Taki proces polegający na wymianie informacji stale towarzyszy egzystencji człowieka i dokonuje się za pomocą różnych technologii. Wraz z rozwojem technologicznej integracji mechanizmów komputerowej komunikacji i reprezentacji wiedzy coraz większego znaczenia nabierają metody modelowania funkcji operacyjnych, symulacyjnych i semiotycznych. Rozwój techniki modelowania w informatyce zmierza w kierunku doskonalenia adekwatności i kreatywności odwzorowań określonej rzeczywistości. Postęp w tej dziedzinie zależy od możliwości dokonywania efektywnych transformacji procesów i struktur informacyjnych. Procesy te odnoszą się do reguł oraz do faktów stosowanych w deklaratywnej reprezentacji wiedzy w systemach informatycznych. Szczególną rolę odgrywa transformacja procesów informacyjnych, które występują w komunikacji między logicznymi warstwami architektury systemu a jego otoczeniem. Służy ona wymianie informacji, zwłaszcza rozproszonych i funkcjonalnie otwartych systemach informatycznych.
CELE I POJĘCIE MODELOWANIA MODEL – z łac. Modulus; oznacza miarę lub wzór, czyli przedmiot będący wzorem lub kopią określonego przedmiotu. MODELOWANIE - jest syntezą postrzeganej rzeczywistości, zaś jego rezultatem może być informacja. MODELOWANIE - jest postępowaniem mającym na celu odwzorowanie i transformacje pewnej myśli lub obserwowanych zachowań rzeczywistości, które może wspierać: - zbieranie informacji o określonych obiektach i procesach postrzeganego środowiska, - wiedzę o funkcjach, zachodzących i wartościujących operacyjność abstrakcyjnych lub rzeczywistych systemów. Modelowanie wspiera wiedzę i motywuje myślowe wyobrażenia o możliwych następstwach przyszłości. Umożliwia ponadto sprawdzenie wiarygodności i realności celów systemu względem wartości i oczekiwań środowiskowych oraz skuteczności technologicznej w aspekcie: - funkcjonalnym (mechanizmy) - czasowym (procesy zachowań) - strukturalnym (obiekty) - społecznie i gospodarczo- użytkowym (informacje i wiedza). MODELOWANIE – stanowi podstawę podejmowania decyzji zwłaszcza strategicznych, taktycznych, operacyjnych i projektowych. W toku modelowania wyróżniamy dwa etapy: - tworzenie lub budowa - walidacja i stosowanie (transformacja) modelu. W informatyce należy tak dużo modelować, czyli jak najdłużej posługiwać się pracą ludzkiego umysłu aż możliwość zaspokojenia potrzeb informatycznych będzie wystarczająca. W nauce panuje obecnie przekonanie, ze nowoczesne technologie pracy umysłowej i informacyjnej wymagają licznych oraz złożonych transformacji myślowych, wyobrażeń modelowych i przekształceń procesów informacyjnych w postaci wewnętrznych działań na procesy decyzyjne zewnętrzne, wyrażane ostatecznie reprezentowaną wiedzą.
FUNKCJE MODELOWANIA W SYSTEMIE INFORMATYCZNYM Modelowanie informacyjnych i umysłowych procesów w systemie informatycznym obejmuje funkcje transformacji, których zadaniem jest wartościowe odwzorowanie następujących czynności: - pozyskiwania informacji i (lub wiedzy) - przekształcenia informacji lub danych na określone formy lub symbole - kontroli prawidłowości informacji i poprawności formy - określenia celów i kreowania motywacji dalszego stosowania rozwiązań lub decyzji - zmiany form, treści i wartości prezentacji danych, informacji i wiedzy - przekazywania wiedzy, informacji lub danych, z jednej lokalizacji do drugiej - komunikacji między ludźmi - zapamiętania i gromadzenia informacji, danych lub wiedzy - zarządzania oraz integrowania informacji, danych i wiedzy - pielęgnowania informacji (pod kątem ich wiarygodności i aktualności) - przetwarzania danych, informacji - prezentacji danych, informacji i wiedzy - zabezpieczenia danych i informacji - ochrony danych, informacji i programów (jako produktów). Modelowanie obejmuje: - elementy: od abstrakcyjnych do realnych - procesy informacyjne: od myślowych do fizycznych - systemy: od logicznie abstrakcyjnych, informacyjnych i infologicznych do fizycznych (komputerowe, elektroniczne, mechaniczne itp).
FORMY MODELOWANIA Ogólnie rozróżnia się dwie zasadnicze formy i sposoby odwzorowywania atrybutów i mechanizmów określonej rzeczywistości ma postać systemu informatycznego. Wyróżniamy modelowanie: a. Modelowanie konceptualne i logiczne – dokonywane za pomocą logicznych formuł odwzorowywania wielkości i wartości logicznych. b. Modelowanie fizyczne i sieciowe – umożliwia odwzorowywanie przestrzennych, czasowych, strukturalnych, funkcjonalnych i technologicznych, najważniejszych aspektów powiązań informacyjnych rzeczywistości. Przedmiotem odwzorowania są wielkości informatyczne, zwane plikami, których poszczególne zadania są formą i treścią. Dla wyrażania poszczególnych aspektów mogą być wprowadzone różne grafy, matryce lub modele przepływu, reprezentacje sieciowe. Ograniczeniem w modelowaniu fizycznym integrującym lub sieciowym są wielkości kosztów fizycznej realizacji modelu oraz przestrzenna i czasowa złożoność modelowanych systemów.
ROLA MODELOWANIA KONCEPTUALNEGO I FIZYCZNEGO Modelowanie fizyczne, jest często stosowane w rozwiązywaniach technicznych realizowanych na niższych warstwach fizycznego poziomu architektury systemu. Wyższe warstwy logiczne systemu są zdominowane różnorodnego typu modelami konceptualnymi, realizowanymi w logice dedukcyjnej i wnioskowania indukcyjnego. Szybki rozwój inżynierii oprogramowania spowodował duży wzrost ilościowy oraz zróżnicowanie modeli konceptualnych w informatyce. Mutacje modeli konceptualnych różnią się przede wszystkim rodzajem języka opisu, symbolizacją oraz formą prezentacji. Są to modele tworzone w logice dedukcyjnej, za pomocą języków formalnych. Języki programowania ciągle są modyfikowane. Najbardziej skuteczne i wiarygodne są w sensie projektowym: modele hybrydowe, modele konceptualno – fizyczne, energetyczne oraz informacyjne (usługowe).
TAKSONOMIA TECHNIK MODELOWANIA Klasyfikacja modeli: - matematyczne (dedukcyjne) - teorie (teoriomnogościowe, sformalizowane) - odwzorowujące rzeczywistość: a. wizualne, obrazowe (ikoniczno – materialne) b. eksperymentalne (fizyczne, symulacyjno – walidacyjne) c. abstrakcyjne: - semiotyczne: informacyjne, komunikacyjne (języki), reprezentacji, deklaratywne, proceduralne, czasowo – przestrzenne, predykatowo – obiektowe, pojęciowe, ekspertowe, symulacyjne, kognitywne - operacyjno – procesowe: wykrywające, wyjaśniające, prognostyczne, decyzyjne, dynamiczne - strukturalne: taksonomiczne, opisowe, wyjaśniające, ujęciowe, statyczne.
OPISY MODELOWANIA. CELE OPISU Aby zrozumieć istotę opisu, należy wyróżnić trzy strukturalnie różne poziomy, których właściwości odnoszą się do skali odwzorowań i do treści opisów: - poziom rzeczywistości, materialno – energetyczny, informacyjny - poziom opisów i modelu, konceptualny (abstrakcyjny, formalny) - poziom pomocniczych środków i technik opisów (narzędzi) Opisywanie rzeczywistości w języku naturalnym może utrudniać wyraźne rozgraniczanie wymienionych trzech poziomów. Opisy mogą być kompleksową lub materialnie szczegółową reprezentacją językowych wyrażeń lub wypowiedzi. Ogólnie można powiedzieć, że opisy służą komunikacji (autorów, czytelników) z (producentami, użytkownikami). Opisy są najczęściej formułowane za pomocą odpowiedniego języka, który z racji swej roli jako język komunikacji opisu rozpatruje semiotyczne punkty widzenia: syntaktyki, semantyki, pragmatyki. SYNTAKTYKA opisu zajmuje się formą co odnosi się do rodzaju prezentacji i do określania nierozłączności struktury sytemu lub modelu. Wyróżniamy dwie formy prezentacji opisu: - tekstowa, posługuje się ciągiem znaków - graficzna, wykorzystuje dwuwymiarowe powiązania między znakami i umożliwia przestrzenne rozpoznawanie pewnej modelowej rzeczywistości. SEMANTYKA zajmuje się znaczeniem lub zawartością opisu. Określa się je za pomocą: - opisu wycinka rzeczywistości - przyjętych w rozważaniach aspektów i kontekstów - poziomu przyjętej abstrakcji. Semantycznie pojmowana jakość danego opisu wyraża się przez: - zupełność uchwycenia dokonanego opisu określonego fragmentu - dokładność ujęcia i opisu - kompatybilność (związana z fragmentem rzeczywistości) - kompatybilność reprezentacji z opisami rozpatrywanego fragmentu w różnych punktach czasu. PRAGMATYKA zajmuje się sensem i celem opisu rzeczywistości oraz racjonalnością sposobu, kosztu i zakresu dokonywanego opisu. Opisy są dokonywane dla wszystkich faz cyklu życia systemu a także dla różnych celów. Jeżeli celem opisu jest opracowanie modelu określonego środowiska informacyjnego oraz jego transformacja na postać lub formę odpowiadającą potrzebom implementacji projektu systemu informatycznego, to jedną z miar wartości może być ilościowa ocena kosztu projektu z punktu widzenia niedokładności rozwiązań lub odwzorowań na skutek np: pomijania oceny w niektórych fazach projektu, będących składowymi metodologii określonego cyklu projektowego.
JĘZYKI FORMALNEJ SPECYFIKACJI – POJĘCIE SPECYFIKACJI SPECYFIKACJA – wiąże się z analizą systemu lub jego modelu, obiektu, procesu itp. Ważnymi elementami specyfikacji są: - dekompozycja (strukturalna i funkcjonalna), - klasyfikacja definiowana miarami i wartościami, parametryzacja wielkości charakteryzujących obiekty i powiązania (funkcje). Celem specyfikacji jest uściślenie i kategoryzowanie roli oraz atrybutów wielkości, charakteryzujących określone odwzorowanie. Przez formalną specyfikację rozumie się taki rodzaj specyfikacji, w której aspekty syntaktyczne i semantyczne mogą być wyrażane w sposób sformalizowany i symboliczny. W przypadku takiej specyfikacji można podczas wcielania modeli lub projektów posługiwać się takimi transformacjami, które zachowują niezmienność aspektów semantycznych. Pojęcie specyfikacja oznacza wyszczególnienie, wyliczanie czegoś lub sporządzanie szczegółowych wykazów, np: elementów, relacji, funkcji, parametrów operacyjnych urządzeń. Zastosowanie specyfikacji w projektowaniu systemów informatycznych odnosi się do różnych faz cyklu projektowego i dotyczy specyfikacji takich obszarów jak: - wymagań użytkowych, koncepcji projektu i planu jego realizacji oraz binarnej implementacji, - strukturalnych koncepcji systemu, kombinacji rozwiązań i parametryzacji wielkości, - operacyjności semantyki w aspekcie algebraicznej specyfikacji złożoności struktur, np. problemy P-N-P, - zdolności wyrażania i wymiarowania specyfikowanych koncepcji, np w zakresie reprezentacji wiedzy, - interpretacji algebraicznie specyfikowanych wielkości w zakresie działalności bibliotecznej, wydawniczej, magazynowej, rozkładów lotów, nauczaniu itp. Język formalnej specyfikacji ogranicza się do wyrażeń syntaktycznych, przedstawianych w postaci symbolicznej. Językami takimi stosowanymi na potrzeby informatyki mogą być: SDL, LOTOS, ESTELLE i inne mutacje języków programowania: 1. Język SDL: polega na modelowaniu procesów za pomocą maszyny abstrakcyjnej, orientowaniu na specyfikę komunikujących się procesów. W języku tym mogą być opisywane hierarchie struktur i wielopoziomowe procesy przepływu informacji, mogą być wykorzystywane formy graficzne i tekstowe. 2. Język LOTOS: wywodzi się z podejścia Milnera i polega na rachunku komunikujących się procesów. Służy on specyfikowaniu się procesów występujących w rozproszonych systemach informatycznych. 3. Język ESTELLE: jest orientowany na techniki automatów. Stanowi on kompozycję wzajemnie komunikujących się modułów i porównaniu do języka PASCAL, służy także reprezentacjom zmiennych stanów i zmianom kontekstowym lub programowym.
PODSUMOWANIE W nauce uważa się, że rozwój inżynierii specyfikacji jest uwarunkowany rozwiązaniem dwóch problemów: - rozbudowy teorii lub silniejszej podbudowy metodologicznej, - wykreowaniem automatycznych (komputerowych ) narzędzi, umożliwiających translację formalnego modelu z jednej techniki na drugą, o innej naturze i innym sposobie technicznej realizacji. Potrzeba taka jest bardzo ważna i wiąże się z każdą fazą cyklu projektowego. Bardzo ważne miejsce zajmuje specyfikacja w fazie analizy wymagań użytkowych która decyduje o skuteczności kolejnych faz. Bardzo ważnym czynnikiem jest, aby błędy występujące podczas projektowania były jak najmniejsze i jak najżdziej występujące. Wtedy praca nad tworzeniem danego programu była by również tańsza. Koszty popełnianych błędów są dosyć wysokie. Dlatego w ocenie rozwiązań projektowych, wspieranych specyfikacją, ważną rolę spełnia metoda zwana prototypowaniem, która jest narzędziem służącym ocenie użytkowej programów. Biorąc pod uwagę rozwój informatyki można mieć nie tylko nadzieję ale i pewność, że podczas przygotowywania programów błędy będą występowały coraz rzadziej i osoby zajmujące się oprogramowaniem będą mogły tworzyć wszystkie oprogramowania o jakich tylko zamarzą.
|