Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата фізико-математичних наук

ЕКСПЛІКАТИВНЕ ПРОГРАМУВАННЯ У МАКРОКОМПОЗИЦІЙНИХ СЕРЕДОВИЩАХ

Парфірова Тетяна Сергіївна

УДК 004.415.2

Спеціальність 01.05.03 - математична та програмне забезпечення обчислювальних машин і систем

Київ - 2011

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Київському національному університеті імені Тараса Шевченка.

Науковий керівник: академік НАН України, доктор

фізико-математичних наук, професор

Редько Володимир Никифорович

Київський національний університет

імені Тараса Шевченка,

професор кафедри теорії та технології програмування

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор

Дорошенко Анатолій Юхимович

Національний технічний університет України

„Київський політехнічний інститут”, професор

кафедри автоматики та управління в технічних системах факультету інформатики та обчислювальної техніки

кандидат фізико-математичних наук, доцент

Бублик Володимир Васильович

Національний університет „Києво-Могилянська академія”, завідувач кафедри мультимедійних систем

Захист відбудеться „7” квітня 2011 р. о 14 годині на засідані спеціалізованої вченої ради Д 26.001.09 Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: 03680, м. Київ, проспект академіка Глушкова, 4д, ауд. 40.

З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: 01601, м. Київ, вул. Володимирська, 58

Автореферат розісланий „2” березня 2011 р

Учений секретар

спеціалізованої вченої ради Шевченко В.П.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Впровадження інформаційних систем в різноманітні сфери практичної людської діяльності стримується низкою труднощів в їх розробці. Різні спеціалісти (наприклад, автори мови UML Г. Буч, А. Якобсон та Дж. Рамбо, автор концепції об'єднання теорій програмування Ч.Е.Р. Хоар) зазначають, що однією з найважливіших причин цієї проблеми є розрізненість наявних моделей програм, їх структури та поведінки, моделей процесу розробки, моделей предметної галузі та інших аспектів предмету. Не заперечуючи наявність численних моделей та високу якість кожної з них, треба визнати, що разом вони не утворюють цілісної системи, оскільки створювалися на різних концептуально-методологічних засадах і, як правило, без спрямованості на інтеграцію з іншими моделями.

У композиційній платформі, започаткованій в роботах В.Н. Редька та продовженій представниками його школи (М.С. Нікітченко, Д.Б. Буй, та ін.), ставиться за мету звести програмування в усьому різноманітті його аспектів до концептуально єдиних основ. Необхідними передумовами цього є розробка належної методологічної бази та знаходження найважливіших сутнісних характеристик програмування як такого.

На сучасному етапі розвитку індустрії програмного забезпечення, як і на сучасному етапі зрілості композиційної платформи, є потреба та можливість переносити даний підхід на такі етапи життєвого циклу як аналіз вимог і проектування. Важливе місце в науковому аналізі процесів створення програмного забезпечення, зокрема, програмної інженерії, збіркового програмування займають роботи К.Л. Ющенко, К.М. Лавріщевої. Слід особливо відзначити вагомі результати отримані у зв'язку з системами алгоритмічних алгебр та їх подальшим розвитком (В.М. Глушков, Г.О. Цейтлін). Відомим є також підхід до аналізу структури та поведінки складних програмних систем, що отримав назву інсерційного програмування (О.А. Летічевський).

Наявність парадигми об'єктно-орієнтованого аналізу та проектування, а також більш специфічних методик, створених для підтримки цієї парадигми, як показує практика їх реального застосування, сама по собі не вирішує труднощів. Причина вбачається в тому, що названі методи недостатньо допомагають самому процесу осмислення задачі та процесу складання її більш чи менш формальної моделі. Це, в свою чергу, можна пояснити тим, що фундаментальними для даних методів є поняття, фундаментальність яких по відношенню до реальних класів задач сумнівна -в тому побудова „проекції” прикладної галузі на мову і метод аналізу та проектування виявляється нетривіальною задачею, що покладається на розробника. Ця задача зв'язування сутностей предметної галузі з сутностями методів проектування вирішується окремо в кожному процесі розробки - іншими словами, має місце багаторазове розпорошення зусиль аналітиків та проектувальників. Тому створення концептуально єдиного проміжного засобу вирішення різноманітних задач аналізу і проектування принесло б значну користь.

Таким чином, існує потреба розглянути поняття проекту та проектування з позицій композиційної та сутесутнісної платформи, описати в термінах сутесутнісних відношень структуру та поведінку програмної системи та подати відповідну математичну модель, а також продемонструвати сутесутнісний підхід до проектування програмної системи на репрезентативних прикладах.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є складовою частиною наукових робіт, які ведуться на кафедрі теорії та технології програмування факультету кібернетики Київського національного університету імені Тараса Шевченка (КНУ) при виконанні фундаментальних та прикладних тем: „Розробка конструктивних математичних формалізмів для інтелектуальних систем прийняття рішень, обробки знань, еталонування мов сучасних СУБД та CASE-засобів” (№ 0106U005856, 2006-2010 рр.), „Формальні специфікації програмних систем” (№ 08U002463, 2008-2009 рр.).

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є побудова і дослідження дескриптологічно коректної, експліцитної моделі проекту програмної системи, що допускає взаємодоповнення з традиційними засобами представлення проектів і придатної для застосування до предметних областей. З огляду на мету в роботі ставляться такі завдання:

- провести конкретизацію методологічних принципів композиційної, сутесутнісної платформи та, зокрема, методу сутесутнісної релятивізації на галузь проектування програмних систем;

- виявити сутнісно-визначальні характеристики проектів, їх сутесутнісні відношення з іншими сутностями та визначити загальну форму експліцитного представлення проектів;

- проаналізувати ключове для розкриття структури і поведінки програмних систем поняття взаємодії та виявити його сутесутнісні відношення;

- побудувати математичну модель макроскопічного рівня будови систем обробки даних та дослідити її властивості;

- застосувати сформований підхід до представлення проектів на репрезентативному прикладі навчальних середовищ.

Об'єкт, предмет і метод дослідження. Об'єктом дослідження є проекти програмних систем, а предметом - дескриптивні представлення проектів у формі сутесутнісних відношень. В роботі застосовуються методи системного аналізу, епістемологічні методи сходження від абстрактного до конкретного і від конкретного до абстрактного, метод сутесутнісної релятивізації, а також алгебраїчні і теоретико-множинні методи.

Наукова новизна одержаних результатів

- Вдосконалено відомий з наявних робіт підхід до розуміння феномену проекту та способу представлення проектів: відношення, що утворюють структуру проекту, конкретизовані як частковий випадок сутесутнісних відношень;

- вперше показано зв'язок між адаптивністю програмних систем та їх відкрито-замкненістю;

- запропоновано новий підхід до експлікації взаємодій підсистем програмної системи у формі тричленної моделі здатної до саморозгортання;

- досліджено специфічні риси проектів, спільні для різних їх типів та вперше вказано на ациклічність як сутнісну характеристику; саме це дозволило сформулювати природну за алгебраїчними властивостями модель систем обробки даних;

- побудовано нові моделі структури і поведінки ациклічних систем обробки даних та вперше досліджено їх алгебраїчні властивості;

- вперше запропоновано погляд на системи для автоматизації навчальної діяльності з точки зору сутнісної платформи як на системи, що базуються на ациклічних взаємодіях сутностей.

Практичне значення одержаних результатів

Дисертація має теоретико-прикладну спрямованість. Результати роботи можуть використовуватися на етапах аналізу вимог і специфікації проектів програмних систем, а також при логіко-математичному дослідженні семантики мов проектування.

Особистий внесок здобувача

Всі результати, що виносяться на захист, отримані здобувачем самостійно. У роботі [11] автору належить підхід до навчальних середовищ як до відкрито-замкнених систем і принцип їх ациклічності, приклади структурних схем ациклічної діяльності навчальних закладів, огляд математичних моделей ациклічних систем. У роботах [10] та [8] автору належать поняття ациклічної функції і твердження про їх властивості (ациклічність базисних функцій, елементарного добутку і накладання, про замкненість класу ациклічних функцій відносно добутку і накладання). В роботі [6] одноосібно сформульовано центральне поняття послідовно-паралельної, ланцюгової, ациклічної функції та твердження про логічні зв'язки між ними.

Апробація результатів дисертації

Основні положення та висновки дисертаційного дослідження обговорювалися на наукових семінарах кафедри теорії та технології програмування КНУ, а також на республіканському семінарі „Програмологія та її застосування”.

Результати дисертаційного дослідження оприлюднені у доповідях і повідомленнях на Міжнародних та Всеукраїнських наукових конференціях, семінарах; зокрема, на Міжнародному форумі „Радиоэлектроника и молодежь в ХХІ веке” (ХНУРЕ, Харків, Україна, 2009 р.), Міжнародній науково-практичній конференції аспірантів та студентів „Волинь очима молодих науковців: минуле, сучасне, майбутнє” (Луцьк, Україна, 2009 р.), VІ Міжнародній конференції „Theoretical and Applied Aspects of Program Systems Development” (TAAPSD'2009, Київ, Україна, 2009 р.), X Міжнародному семінарі „Дискретная математика и ее приложения” (Московський державний університет ім. М.В. Ломоносова, Москва, Росія, 2010 р.), VІІ Міжнародній науково-практичній конференції з програмування (УкрПРОГ 2010, Київ, Україна, 2010 р.), Міжнародній науковій конференціії „Computer Science and Engineering” (CSE'2010, Кошице, Стара Любовна, Словаччина 2010 р.), XVI-th International Conference Knowledge - Dialogue - Solution (KDS 2010, Київ, Україна, 2010 р.), V-th International Conference „Modern (electronic) Learning” (MeL 2010, Київ, Україна, 2010 р.), VІI міжнародній конференції „Theoretical and Applied Aspects of Program Systems Development” (TAAPSD'2010, Київ, Україна, 2010 р.) [12, 13, 9, 7, 3, 6, 8, 11, 10].

Публікації

Результати дисертації опубліковані у 7 статтях в наукових журналах і збірниках наукових праць [1, 2, 3, 4, 5, 8, 6], 6 тезах конференцій [12, 13, 9, 7, 11, 10]; з них 5 статей опубліковані у фахових виданнях, затверджених ВАК України.

Структура дисертації

Дисертаційна робота складається зі вступу, 4 розділів, висновків, списку використаних джерел (92 найменування на 10 с.). Загальний обсяг дисертації становить 116 с., основний зміст викладено на 105 с. Праця містить 21 рисунок та 4 таблиці.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

експлікативний програмування макрокомпозиційний

У розділі 1 „Методологія експлікативного програмування та попередній аналіз макрокомпозиційних середовищ” на основі наявних робіт подано стислий огляд принципів та основних понять композиційного підходу, включаючи напрями його розвитку: дескриптологію та сутесутнісну платформу.

Наведено огляд наявних методів, засобів і мов проектування та виявлено, що вони не в повній мірі задовольняють вимогам, обґрунтованим у композиційному підході. Спільним недоліком репрезентативних прикладів є жорстка апріорна фіксація базових понять, що, підтримуючи застосування даних методів та засобів проектування до певних задач, водночас заважає їх застосуванню до інших класів задач.

Композиційний підхід застосовано до проектування програмних систем. Виявлено, що для проектів аналітичні композиції експліцитно зводяться до предикативних, причому предикативність по відношенню до даної прагматики слід розуміти в найсильнішому сенсі. Цим обґрунтовано подальшу експлікацію макрокомпозицій, характерних для проектного рівня як ациклічних композицій.

У розділі 2 „Інтенсиональні засади сутесутнісних відношень у макрокомпозиційних середовищах” поняття відкритості та замкненості систем, яке розглядається як похідне від поняття взаємодії, аналізується з позицій композиційної платформи. Робиться висновок, що замість відкритих систем слід було б говорити про відкрито-замкнені системи. Поєднання цих протилежних якостей забезпечується поділом системи на дві складові: логічну (інваріантну) та предметну (варіативну). Наявність сталого логічного ядра забезпечує орієнтацію системи на певний клас задач, а наявність варіативного компонента - гнучку адаптацію на будь-яку задачу з даного класу та взаємодію з іншими системами. Запропонована тричленна модель взаємодії сутностей (активна-пасивна сутності-результат), що підтримує саморозгортання залежно від прагматики. Зокрема, модель допускає поповнення суб'єктом, середовищем або універсумом сутностей, засобом застосування активної сутності до пасивної тощо.

Третій розділ „Алгебраїчна експлікація макрокомпозицій” присвячено продовженню зафіксованих вище загальних принципів до побудови математичних моделей проектного рівня систем обробки даних. Наведено перелік базових означень, потрібних для подальшого розгляду.

Тотожне відображення довільної множини позначається через , тобто . Область визначення та область значень функції позначено через та відповідно. Через позначено множину всіх відображень множини в множину . Через позначено обмеження бінарного відношення на множину , а через - проекцію відношення по -й компоненті, .

Дані в композиційному програмування (КП) моделюються іменними множинами (ІМ), а програми - іменними функціями (ІФ). Позначимо через і множину всіх імен і денотатів відповідно. -іменною множиною називають скінченне функціональне бінарне відношення , . Через позначимо клас всіх ІМ.

За означенням ІФ - це унарна часткова функція вигляду . ІФ називається -арною, якщо , і -арною, якщо до того ж . Не кожна іменна функція має визначену арність. Функція, яка має деяку арність, називається поліарною. Всюди далі розглядаються лише поліарні іменні функції.

Бінарна (асоціативна) операція накладання ІМ визначається так: нехай і - ІМ, тоді

Композиції - це алгебраїчні операції над іменними функціями. Композиції множення і накладання функцій визначаються наступним чиномВ останній формулі знаком позначено операцію над ІФ в лівій частині і операцію над ІМ в правій; це не повинно призводити до непорозумінь, оскільки з контексту завжди ясно, який з двох сенсів мається на увазі.:

Щоб зберігати поліарність ІФ, вводяться спеціальні функції та композиції для узгодження арностей. Обмеження - це -арна ІФ (де ), така, що

-арна ІФ (де )

Композиції іменного видалення та обмеження по входу та виходу означимо наступним чином:



Дані композиції зберігають поліарність ІФ. Для будь-якої -іменної множини і будь-якої множини імен виконується співвідношення

Перейменуванням названо -арну ІФ, де ; , таку, що Ін'єктивність відображення не вимагається, тобто одне ім'я з може після перейменування „породити” декілька різних імен.

Застосовуючи перейменування до аргументу чи значення ІФ, отримаємо композиції перейменування по входу та виходу :

Композиції іменного обмеження, видалення і перейменування по входу і виходу на високому рівні абстракції є адекватною експлікацією засобів узгодження вхідних і вихідних інтерфейсів програм.

Послідовно-паралельною іменною функцією в базисі (де - деяке сімейство ІФ) називається така ІФ , що

Тут і далі через позначається замикання множини функцій композиціями з сигнатури .

У роботі показано, що клас всіх послідовно-паралельних іменних функцій в базисі співпадає з класом іменних функцій, які можуть бути побудовані з базисних ІФ та ІФ (при довільних множинах імен ) і (при довільних ) за допомогою скінченного числа застосувань композицій множення та накладання:

Іншими словами, інтерфейсні засоби (обмеження та перейменування) можна відносити як до сигнатури, так і до множини твірних; клас функцій, що означуються, від такої заміни не змінюється.

Нехай дано -арну ІФ та відображення імен та , де , причому . Ланкою з ядром назвемо -арну іменну функцію вигляду

Ланку також будемо позначати через . Змістовно кажучи, значення містить в собі як резервну копію аргументу, так і результат застосування функції-ядра до його частини. Ця обставина використовується для того, щоб паралельну роботу операторів чи співпрограм змоделювати за допомогою послідовного виконання ланок.

Ланцюговою функцією у базисі називається функція вигляду: де - ланка в базисі .

З означення ланцюгової функції та з асоціативності композиції випливає, що якщо та ланцюгові функції, то також ланцюгова функція. Також цілком очевидно, що якщо кожна ланка ланцюгової функції має відповідну арність , то за умови для всіх ІФ є -арною, інакше - всюди невизначеною функцією.

Нехай дана ланцюгова функція , причому ланка має арність і вигляд для кожного . Якщо - така множина імен, що то в цьому випадку будемо говорити, що імена з не входять в .

Розширенням назвемо композицію, яка ланцюговій ІФ , де , ставить у відповідність нову ланцюгову функцію , що будується таким чином: .

Твердження 3.1 (про основну властивість розширення). Якщо ланцюгова функція є -арною, то функція має арність ; нехай і - відповідно -іменна та -іменна множина, тоді .?

Змістовно кажучи, функція працює так само як і функція , крім того приймає на вхід додаткові дані, які передає на вихід без змін.

Твердження 3.2 (про дистрибутивність розширення відносно множення). Нехай дані ланцюгові функції та і довільна множина імен , які не входять ні в , ні в . Тоді

.?

Нехай - -арна ланцюгова функція, , де , - деяка множина імен, які не входять в , і - взаємно однозначне відображення вигляду .

Резервуванням назвемо таку композицію, що ставить ланцюговій функції у відповідність нову ланцюгову функцію , яка будується наступним чином: Можна перевірити, що отримана функція є -арною.

Твердження 3.3 (про основну властивість резервування). Якщо - -арна ланцюгова функція, множина і відображення задовільняють умовам із означення резервування, то для будь-якої -іменної множини має місце

.?

Іншими словами, результат застосування функції до аргументу складається з результату застосування до і копії з точністю до заміни всіх імен на допоміжні імена .

Твердження 3.4 (про замкненість класу ланцюгових ІФ відносно накладання). Нехай та - відповідно -арна і -арна ланцюгові функції. Тоді існує і ланцюгова функція з арністю , така, що .?

Твердження 3.5 (про зведення послідовно-паралельних ІФ до ланцюгових). Для довільної -арної послідовно-паралельної функції в базисі в тому ж базисі існує така ланцюгова функція з арністю , , що .?

Далі вводиться поняття ациклічних ІФ та досліджуються їх властивості.

Нехай програма складається з підпрограм . Вхід програми в цілому розглядається як вихід її уявної -ї підпрограми; дуальним чином, вихід ациклічної програми розглядається як вхід її уявної -ї підпрограми. Характеристична особливість ациклічних програм полягає в тому, що відношення „діяти після” або „використовувати дані від” є частковим порядком на множині підпрограм. Цей порядок можна доповнити до лінійного: для всіх , де , канал передачі даних з виходу -ї підпрограми на вхід -ї існує тоді і тільки тоді, коли .

Припустимо, що функції мають арність при . Нехай дана множина імен , яку також будемо позначати через , та множина імен , яку також позначимо через . Нехай для всіх , де , дано скінченне відображення .

Сукупність цих відображень можна розглядати як трикутну матрицю , яка має рядок і стільки ж стовпчиків, причому нумерація рядків починається з 0, а стовпчиків - з 1:

Накладаються наступні обмеження:



Тоді, за означенням, ациклічна ІФ в базисі - це -арна ІФ , така, що , та для будь-якої -іменної множини значення визначається за наступними рекурентними співвідношеннями, де , :

Зазначимо, що при є значенням функції (змістовно, результатом роботи -ї підпрограми), а при є аргументом функції .

Іншими словами, є -м членом рекурентної послідовності функцій, означеної наступним чином:

Твердження 3.6 (про тривіальні ациклічні ІФ). Довільну ІФ можна представити як ациклічну ІФ в базисі .?

Твердження 3.7 (про ациклічність елементарного добутку). Скінченний добуток, тобто ІФ вигляду , можна представити як ациклічну ІФ в базисі .?

Твердження 3.8 (про ациклічність елементарного накладання). Скінченне накладання, тобто ІФ вигляду , можна представити як ациклічну ІФ в базисі .?

Твердження 3.9 (про структурну складність ациклічних ІФ). Не кожну ациклічну ІФ можна представити як послідовно-паралельну в базисі таким композиційним термом, у якому є лише одне входження кожної з базисних ІФ .?

Твердження 3.10 (про зведення ациклічних ІФ до послідовно-паралельного вигляду). Кожну ациклічну ІФ можна перетворити на еквівалентну їй послідовно-паралельну в тому ж базисі, при цьому кількість входжень базисних функцій в композиційний терм збільшується, але не вводяться додаткові імена.?

Твердження 3.11 (про зведення ациклічних ІФ до ланцюгового вигляду). Кожну ациклічну ІФ можна перетворити на еквівалентну (з точністю до „зайвих” імен) ланцюгову ІФ в тому ж базисі, композиційний терм якої має таку ж кількість входжень базисних функцій, але містить додаткові імена.?

Твердження 3.12 (про замкненість відносно множення). Добуток довільних ациклічних функцій та може бути перетворений на еквівалентну ациклічну функцію.?

Зробимо декілька зауважень щодо доведення останнього твердження.

Спосіб 1. Шуканою є ациклічна ІФ



де матриця перейменувань розмірності має вигляд

Спосіб 2. Еквівалентною добутку буде і така іменна функція: , де матриця перейменувань розмірності така, що

Твердження 3.13 (про замкненість відносно накладання). Накладання довільних ациклічних іменних функцій та може бути перетворене на еквівалентну ациклічну функцію вигляду

де матриця розмірності визначається наступним чином:

1. , при ;

2. , при ;

3. ;

4. , при , ;

5. , при ;

6. , при .?

Таким чином, клас всіх ациклічних ІФ замкнений відносно композицій множення (яке є моделлю послідовного виконання програм) і накладання (яке є моделлю паралельного виконання).

Твердження 3.14 (про ациклічність послідовно-паралельних ІФ). Будь-яку послідовно-паралельну ІФ можна перетворити на еквівалентну ациклічну ІФ в тому ж базисі.?

У четвертому розділі „Ациклічні композиції в прикладних інформаційних системах” розглядаються репрезентативні приклади навчальних середовищ, проводиться їх порівняння за набором характеристик. Обґрунтовується, що наявні навчальні середовища лише в незначній мірі підтримують відкрито-замкненість, і що розширення та налаштування кожного з них є складною задачею. Також аналізуються сутнісні вимоги до навчальних середовищ, що залишаються за межами їх опису в наявній літературі, але мають важливе значення. З'ясовується, що при багатьох відмінностях ці навчальні середовища опираються в цілому на однакову концептуальну модель предметної галузі, оскільки підтримують однакові набори сутностей і однакові відношення між сутностями. Аналізом прикладів бізнес-процесів предметної області підтверджується робоча гіпотеза, що в основі проекту складної системи лежать ациклічні структури. На цій основі описано структуру та функції ядра відкрито-замкненого навчального середовища.

ВИСНОВКИ

У дисертації наведено теоретичне узагальнення та нове вирішення наукової задачі, що полягає в розробці адекватної моделі проектів програмних систем та методики її застосування до конкретних різновидів систем. Основними результатами роботи є:

Показано, що засоби структуризації проектів програмних систем допускають експлікацію в термінах композиційної платформи; метод сутесутнісної релятивізації дає адекватну основу для опису сутностей предметної галузі та відношень між ними. Показано, що існує особливий різновид композицій (їх названо макрокомпозиціями), що відображають специфічні типи структур, характерні саме для проектів програмних систем та відрізняються від композицій, що характеризують семантичні структури програм. Проаналізовано визначальні характеристики взаємодії як особливого різновиду відношень між сутностями, що має виключно важливе значення для відображення будови та функціонування систем на макрорівні; сформульовано концептуальну модель взаємодії, яка здатна дескриптивно розгортатися до моделей більш конкретних різновидів взаємодій і тим самим становить спільну основу сімейства більш специфічних моделей. Побудовано ієрархію з трьох взаємопов'язаних алгебраїчних моделей макрокомпозиційної будови систем обробки даних. Доведено взаємну звідність цих моделей. Описуючи з екстенсиональної точки зору одне поняття, вони мають різні інтенсиональні властивості: одна модель найбільш природно описує найширший клас структур, друга конкретизована специфікою структурного програмування, а третя приводить представлення довільно розгалужених структур до класичних моделей типу множення унарних функцій. Показано застосування розробленого в роботі підходу до конкретної предметної галузі - навчальних середовищ. Виділено характерні ознаки навчальних середовищ, сутності та сутесутнісні відношення. Показано, що будова проектів програмних систем даного класу характеризується макрокомпозиціями, вивченими в перших розділах роботи.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Парфірова Т. С. Навчальні середовища як відкрито-замкнені системи / Т.С. Парфірова // Вісник Київського університету імені Тараса Шевченка. Серія: фіз.-мат.науки. - 2009. - № 1. - С. 127-132.

2. Парфірова Т. С. Про зведення послідовно-паралельних композиційних програм до чисто послідовного виду / Т. С. Парфірова // Вісник Київського національного університету імені Тараса Шевченка. Серія: фіз.-мат. науки. - 2010. - № 1. - С. 132-137.

3. Парфірова Т. С. Сутесутністні характеристики навчальних середовищ / Т.С. Парфірова // Проблеми програмування. - 2010. - № 2-3 (Спеціальний випуск). - С. 440-443.

4. Парфірова Т. С. Поняття взаємодії з точки зору сутнісної платформи / Т.С. Парфірова // Наукові записки НАУКМА. Сер. Комп'ютерні науки. - 2010. - Том 112. - С. 74-77.

5. Парфірова Т. С. Ациклічні композиційні програми та їх властивості / Т.С. Парфірова // Вісник Київського національного університету імені Тараса Шевченка. Серія: фіз.-мат. науки. - 2010. - № 2. - С. 148-155.

6. Parfirova T. Some properties of acyclic compositional programs / T. Parfirova, V. Vinnyk // Information Models of Knowledge. - ITHEA - 2010. - № 19. - P. 460-464.

7. Парфирова Т.С. Композиционная модель последовательных связей в информационных системах / Т.С. Парфирова // Материалы X международного семинара „Дискретная математика и ее приложения” (Москва, МГУ, 1-6 февраля 2010 г.) / Под. ред. О.М. Касим-Заде. М.: Изд-во механико-математического факультета МГУ, 2010. - С. 198-201.

8. Parfirova T. Compositional Model of Acyclic Programs / T. Parfirova, V. Vinnyk // Proceedings of CSE'2010 International Scientific Conference on Computer Science and Engineering, September 20-22, 2010, Koљice - Stara Lubova, Slovakia, P. 9-14.

9. Парфирова Т.С. Понятие взаимодействия с точки зрения сущностной платформы / Т.С. Парфирова // Матеріали 6-ї Міжнародної конференції „Теоретичні та прикладні аспекти побудови програмних систем” - TAAPSD' 2009, 8-10 грудня 2009 р. - C. 78-80.

10. Парфирова Т.С. Семантичні структури програм без циклів / Т.С. Парфірова, В.Ю. Вінник // Матеріали 7-ї Міжнародної конференції „Теоретичні та прикладні аспекти побудови програмних систем” - TAAPSD' 2010, 4-8 жовтня 2010 р. - C. 378-384.

11. Винник В.Ю. Открыто-замкнутые учебные среды как ациклические системы / Винник В.Ю., Парфирова Т.С. // Праці V міжнародної конференції „Modern (electronic) Learning” (MeL): Київ, 9-10 вересня 2010 р. - C. 53-58.

12. Парфірова Т.С. Поняття відкрито-замкненої системи у контексті розробки навчальних середовищ / Т.С. Парфірова // Радиоэлектроника и молодежь в ХХІ веке. Материалы ХІІІ Международного форума, 30 марта - 1 апреля 2009 г., г. Харьков / Зб. матеріалів форуму, Ч.2, Харків: ХНУРЕ, 2009. - С. 166.

13. Парфірова Т. С. Виділення рис відкритих і замкнених систем у сучасних навчальних середовищах / Т. С. Парфірова // Волинь очима молодих науковців: минуле, сучасне, майбутнє. Матеріали ІІІ Міжнародної науково-практичної конференції аспірантів та студентів, 13-14 травня 2009 р.: У 3-х т. Луцьк: РВВ „Вежа” ВНУ ім. Лесі Українки, 2009. - Т. 2. - С. 266-268.

АНОТАЦІЯ

Парфірова Т.С. Експлікативне програмування у макрокомпозиційних середовищах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.05.03 - математичне та програмне забезпечення обчислювальних машин і систем. - Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2011.

Дисертація присвячена дослідженню проблеми адекватного теоретичного відображення проектів програмних систем на концептуально-єдиній основі.

Метою дисертаційної роботи є побудова і дослідження дескриптологічно коректної, експліцитної моделі проекту програмної системи, що допускає взаємодоповнення з традиційними засобами представлення проектів і придатної для застосування до предметних областей.

Вдосконалено відомий з наявних робіт підхід до розуміння феномену проекту та способу представлення проектів: відношення, що утворюють структуру проекту, конкретизовані як частковий випадок сутесутнісних відношень. Показано зв'язок між адаптивністю програмних систем та їх відкрито-замкненістю. Запропоновано новий підхід до експлікації взаємодій підсистем програмної системи у формі тричленної моделі, здатної до саморозгортання.

Досліджено специфічні риси проектів, спільні для різних їх типів, та вперше вказано на ациклічність як сутнісну характеристику; це дозволило сформулювати природну за алгебраїчними властивостями модель систем обробки даних. Побудовано нові моделі структури і поведінки ациклічних систем обробки даних та вперше досліджено їх алгебраїчні властивості.

Запропоновано погляд на системи для автоматизації навчальної діяльності з точки зору сутнісної платформи як на системи, що базуються на ациклічних взаємодіях сутностей.

У дисертації наведено теоретичне узагальнення та нове вирішення наукової задачі, що полягає в розробці адекватної моделі проектів програмних систем та методики її застосування до конкретних різновидів систем.

Ключові слова: композиційна платформа, сутністна платформа, проект, ациклічні композиції, навчальні середовища, експлікативне програмування, макрокомпозиційні середовища.

АННОТАЦИЯ

Парфирова Т. С. Экспликативное программирование в макрокомпозиционных средах. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.05.03 - математическое и программное обеспечение вычислительных машин и систем. - Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, Киев, 2011.

Диссертация посвящена построению адекватных теоретических моделей проектов программных систем на концептуально-едином базисе.

Целью диссертационной работы является построение и исследование дескриптологически корректной, эксплицитной модели проекта программной системы, которая допускает взаимодополнение с традиционными средствами представления проектов и пригодной для применения к разнообразным предметным областям.

В качестве методологической основы работы использован композиционный подход и результат его позднейшего развития - сутесущностная платформа, известные из работ В.Н. Редько и его научной школы. В основе этой методологии лежит целевая установка на адекватность отображения теорией своего предмета. Адекватная теория программирования (или его специфической области) должна не описывать извне его свойства, а вскрывать его внутреннюю суть, быть эксплицитной ему. Согласно композиционному подходу, основным инструментом вскрытия сути предмета является исследование его композиционной структуры, т.е. способа, которым сложный объект образован из более простых. В сутесущностной платформе любые сущности (предельно общее понятие - все, что в некотором смысле существует) рассматриваются с точки зрения отношений с другими сущностями, которые составляют их суть. При этом сутесущностные отношения, как и само свойство „быть сутью определенной сущности” носят относительный характер: они обусловлены прагматикой.

Таким образом, в терминах данной методологии задача исследования формулируется как идентификация сущностей и экспликация сутесущностных отношений, характерных для проектов, а также экспликация соответствующих композиций.

Критический анализ известных языков и методов проектирования (в том числе языка UML) выявляет ряд недостатков, проявляющихся в том, что эти языки и методы не позволяют в полной мере эксплицировать проектируемую систему, отобразить её композиционную и сутесущностную структуру. Поскольку проектирование представляет собой отдельный этап жизненного цикла, отличый от программирования в узком смысле, а проекты, соответственно, отличаются от программ, следует искать то особенное, что составляет специфическую суть именно проектов, выделяя их среди других видов программных сущностей. В работе делается вывод, что важной отличительной особенностью композиций, характерных для строения проектов, является предикативность (отсутствие прямой или косвенной самозависимости), понимаемая в предельно сильном смысле. Хотя предикативность свойственна любым вообще композициям, именно для проектов важна предельная, возведенная в абсолют предикактивность. Это, в частности, позволяет в процессе проектирования как предварительного представления разрабатываемой системы, удобного для её дальшейшей детализированной проработки, существенно снизить присущую системе сложность, свести сложную систему к гораздо более простому проекту, отражающему лишь существенные на макроскопическом уровне особенности её строения.

Показана связь между адаптивностью программных систем (важным требованием к современным программным продуктам) и их открыто-замкнутостью (которая понимается как единство определенной открытости и некоторой замкнутости, т.е. как намеренное внесение в структуру системы как открытого аспекта, отвечающего за её потенциальную расширяемость и модификацию выполняемых ею функций, так и замкнутого - стабильного, неизменного ядра, обеспечивающего вполне определенную область потенциально возможных расширений системы). Обосновывается тезис, что именно открыто-замкнутость, а не открытость, которой в основном уделяется внимание в литературе, должна считаться критерием высокого качества программной системы.

В работе утверждается, что среди неограниченного разнообразия разновидностей отношений между сущностями, которые могут быть существенны при проектировании тех или иных систем, особую роль играют отношения взаимодействия. Предложен новый подход к экспликации взаимодействий подсистем программной системы в форме трехчленной модели (активная, пассивная сущности и результат действия первой на вторую), способной к саморазвертыванию (путём раскрытия любого из членов данной триады в свою очередь в виде подобной триады более низкого уровня абстракции). В частности, в роли активной сущности (верхнего уровня) может выступать средство применения активной сущности второго уровня к пассивной сущности второго уровня, причём две последних, взятые вместе, составляют пассивную сущность верхнего уровня.

Построены три композиционные алгебры, являющиеся математическим уточнением описанных выше общих выводов в приложении к проектам маршрутов передачи данных между подсистемами сложной системы. Алгебра последовательно-параллельных именных функций сохраняет основной принцип структурного программирования (декомпозируемость системы на блоки с одним входом и одним выходом), алгебра цепочных именных функций соответствует линеаризованной, однонаправленной передаче данных с накоплением резервных копий промежуточных данных, алгебра ациклических именных функций описывает такие системы, где любая подсистема может передавать данные на входы последующих подсистем. Доказано, что именная функция каждого из трех классов допускает эквивалентное преобразование к любому из двух оставшихся классов, что в общем случае требует введения либо дополнительных имен, либо дополнительных экземпляров базисных функций.

Предложен взгляд на системы для автоматизации учебной деятельности с точки зрения сущностной платформы как на системы, основанные на ациклических взаимодействиях сущностей.

В диссертации приведено теоретическое обобщение и новое решение научной задачи, которая заключается в разработке адекватной модели проектов программных систем и методики ее приложения к конкретным разновидностям систем.

Ключевые слова: композиционная платформа, сущностная платформа, проект, ациклические композиции, учебные среды, экспликативное программирование, макрокомпозиционые среды.

ABSTRACT

Parfirorva T.S. Explicative programming in macrocompositional environment. -- Manuscript.

Candidate's thesis on Physics and Mathematics, speciality 01.05.03 - Mathematical and software support of computers and systems. - Kyiv National Taras Shevchenko University, Kyiv, 2011.

The thesis is devoted to the adequate theoretical modeling of software system projects on a unified conceptual foundation. The aim of the thesis is to formulate and to investigate a descriptologically correct explicative model of a software system design that should be related to traditional means of design description and also should be applicable to various domains.

A known approach to the design phenomenon and to design representation is improved: relations that form a design are represented as entity-essence relations. A relation is shown between adaptive systems and open-close systems. A new approach is proposed to interaction phenomenon based on a three-part model able to self-evolution.

Specific features that are common to various kinds of designs are investigated. The acyclic nature as their essential feature is revealed. On this base, an algebraic model is developed. New models for structure and behaviour of acyclic systems are described and investigated.

An approach to educational automated environments based on entity-essence platform and on acyclic interactions of entities is proposed.

Key words: compositional platform, entity platform, design, acyclic composition, educational environment, explicative programming, macrocompositional environment.

Размещено на Allbest.ru