Методика постановки задач решаемых в АИС

Разработка технического проекта носит итеративный характер в результате постепенного уточнения алгоритмов управления. Это вызывает определенные изменения принятых решений на предыдущих этапах данной стадии, что связано с более глубокими познаниями системы и зависит как от структурных изменений алгоритмов, так и от уточнения значений их параметров.

Тщательная и качественная разработка документации технического проекта позволяет в дальнейшем избежать многих изменений, возникающих на последующих стадиях проектирования.

При детализации задач управления необходимо разработать следующее [34]:

- целевое назначение задачи;

- экономико-математическую модель задачи и ее решения;

- функциональную и информационную взаимосвязь задачи и другими задачами АИС;

- способы реализации задачи;

- надежность задачи;

Ответы на данные вопросы оформляются в виде документа «Постановка задачи и алгоритм решения». Данный документ предназначается не только для проектировщиков (постановщикам задач и программистам), но и работникам служб управления, которые должны получить необходимые сведения о предстоящих изменениях в их деятельности в связи с внедрением задач АИС.

В «Постановку задачи и алгоритм решения» входят следующие разделы [34]:

- организационно-экономическая сущность задачи;

- входная оперативная информация;

- нормативно-справочная информация;

- выходная информация;

- информация, хранимая для связи с другими задачами;

- информация, накапливаемая для последующих решений данной задачи;

- алгоритм решения задачи;

- контрольный пример для отладки программ для данного алгоритма.

Алгоритмизация задач АИС

Процесс алгоритмизации является одним из сложных, ответственных и трудоемких этапов в разработке и постановке задач в техническом проектировании АИС. От качества разработанных алгоритмов во многом зависит эффективность проектируемого АИС. Вопросам документирования алгоритмов задач при разработке АИС должно уделяться особое внимание. Так как из большого количества весьма сложных алгоритмов, имеющих множество взаимных информационных и функциональных связей нужно организовать единую функционирующую систему только при высокой четкости формализации, как отдельных алгоритмов, так и связей между ними. Документация на алгоритмы АИС предназначена для детального отображения содержания и специфики алгоритмов и используется в процессе их разработки, отладки и эксплуатации. Документирование алгоритмов АИС имеет следующие основные функции [34]:

- формализует принципы и методы решения задач;

- фиксирует состав используемой и выдаваемой информации каждым алгоритмом и системой алгоритмов;

- позволяет вносить, учитывать и контролировать изменения в алгоритмах в процессе их отладки и доработки;

- обеспечивает возможность взаимного обмена информацией между специалистами, участвующими в различных стадиях разработки алгоритмов;

- позволяет использовать разработанные алгоритмы в других ситуациях;

В настоящее время в процессе разработке задач АИС, по крайней мере, участвует две категории специалистов в области информационных технологий: постановщики задач (системные аналитики) и программисты. В связи с этим необходимо придерживаться такого уровня детализации алгоритмов, когда документация алгоритмов, передаваемая постановщиками задач была, бы понятна программистам, и не требовала бы дополнительной работы программистов по выяснению сущности задачи. Программисту должен быть представлен комплекс параметров и характеристик алгоритма, необходимый ему для дальнейшей работы.

В четком изложении сущности алгоритмов большую роль играет выбор способа описания алгоритмов. В разработке технических проектов могут быть применены следующие способы описания алгоритмов [34]:

- описание на естественном языке (описательная способность – хорошая, обозримость – слабая, однозначность – слабая, пригодность к преобразованию – отсутствует). Описание алгоритмов на естественном языке при постановке задачи АИС мало пригодно из-за их слабой обозримости и неоднозначности;

- математическое описание (описательная способность – хорошая, обозримость – умеренная, однозначность – хорошая, пригодность к преобразованию - очень хорошая). Математическое описание алгоритма сводится к заданию последовательности формул, по которым следует производить расчеты;

- графические методы (описательная способность - довольно хорошая, обозримость – хорошая, однозначность – хорошая, пригодность к преобразованию - умеренная). Графические (графоаналитические) методы описывают общий принцип функционирования алгоритмов, его основные логические взаимосвязи между элементами. Принципиальная схема алгоритма устанавливает все логические взаимосвязи внутри алгоритма, опускает лишь вспомогательные блоки. Графическое изображение алгоритма совместно с полем данных, участвующих в процессе вычислений, позволяет достаточно наглядно представить последовательность изменения структуры и содержания информации в процессе функционирования алгоритма.

На практике описание алгоритмов, как правило, проводится комплексно с использованием нескольких методов. На пример, с помощью графического метода описывается укрупненная блок-схема алгоритма, а детальное описание производится на естественном языке.

Известно, что для решения на ЭВМ одной и той же задачи можно составить различные алгоритмы. При этом весьма трудно оценить, какой из распространенных алгоритмов с той или иной точки зрения обладает большой эффективности. Разработка алгоритмов во многом представляет собой творческий процесс, основанный на опыте, эрудиции и изобретательности исследователя и его интуиции. Трудности разработки алгоритмов еще связаны с тем, что многие требования к ним часто противоречивы. Например: для повышения быстродействия алгоритма может потребоваться запоминание большого объема промежуточных данных, и поэтому экономия объема памяти может привести к замедлению алгоритма.

Сущность процесса алгоритмизации состоит в выделении предполагаемых операторов алгоритма, записи в той или иной форме содержания, установления порядка их выполнения, проверки действительно ли получен требуемый алгоритм. Надо отметить, что даже для не очень сложных задач, как правило, трудно сразу получить правильный алгоритм. Поэтому, процесс алгоритмизации обычно ведется методом "проб и ошибок"; если при проверке составленного алгоритма обнаружена ошибка, то вносятся соответствующие исправления и дополнения. После этого полученный вариант снова проверяется и т.д., до тех пор, пока не будет получен правильный алгоритм.

Технологию разработки алгоритмов можно разделить на следующие этапы [34]:

1. Описание общего замысла алгоритма. На основе анализа организационно-экономической сущности задачи и ее информационной базы производится изучение поставленной проблемы, определяются возможные варианты ее решения. Тем самым уточняется понимание проблемы и производится ее формулировка. В результате оказывается возможным дать словесное описание обобщенного алгоритма. При этом желательно наметить общую структуру алгоритма и убедиться, что она позволяет обеспечить решение задачи при всем разнообразии исходных данных.

2. Математическая формализация задачи. На этом этапе определяются математические соотношения между исходными данными задачами и искомыми решениями. В общем случае совокупность соотношений (например, формул, уравнений, неравенств, логических условий), определяющих выходные данные в зависимости от входных данных, называют математической моделью процесса или системы. При построении алгоритмов чаще всего разработчику алгоритмов приходится сталкиваться с построением зависимости между входными и выходными переменными. При этом рекомендуется обратить особое внимание на следующее:

а). Определение совокупности обозначений для переменных. Система обозначений должна быть полной и по возможности наглядной, Причем необходимо соблюдать единство символов внутри задачи.

б). Правильное индексирование переменных. Важно установить список индексов, от которых зависит та или иная переменная.

в). Соотношение между размерностями величин (единиц измерений). В ряде случаев для соблюдения одинаковой размерности в формулах дополнительно необходимо ввести коэффициенты, учитывающие размерности.

г). Выявление частных свойств полученных соотношений. При детальном анализе математических выражений могут выявиться случаи, когда, например, используемая функция не определена в каких-либо точках, либо стремится к бесконечности или имеет другие особые свойства. Наличие таких свойств учитывается при дальнейшем построении вычислительного процесса.

д). Определение приближенных ориентировочных решений, Иногда заранее можно определить область, в которую попадают выходные данные алгоритма.

3. Разработка обобщенной блок-схемы алгоритма. На данном этапе определяется укрупненная логика функционирования алгоритма по перестройке входного поля информации в выходное поле. Ограничиваясь "крупноблочной" структурой алгоритма, целесообразно построить несколько вариантов алгоритма и произвести их анализ и оценку.

4. Проработка структуры отдельных блоков обобщенной схемы. Наибольшую сложность при построении алгоритмов обычно представляет выявление всех возможных разветвлений алгоритма при различных сочетаниях логических условиях.

5. Определение возможности использования стандартных процедур. Если разработчик достаточно хорошо знаком с возможностями системы математического обеспечения, то это позволяет привести ряд блоков проектируемого алгоритма к стандартному виду.

6. Стыковка отдельных блоков алгоритма.

7. Разработка блоков логического контроля. Для защиты алгоритма от различного рода помех необходимо предусмотреть блоки контроля.

8. Рационализация схемы алгоритма. Улучшение схемы алгоритма выполняется разработчиками на основе анализа ее возможных вариантов. Здесь могут быть использованы следующие пути:

а) объединение, либо, наоборот, декомпозиция операторов. Некоторые группы операторов выделяются на процедуры;

б) сокращение объема за счет поиска идентичных участков алгоритма;

в) оптимизация, связанная с перемещением операторов в алгоритме. Это во многих случаях позволяет сократить как число самих операторов, так и количество ветвей алгоритма;

г) оптимизация использования памяти. Правильная организация информационного поля алгоритма не только сокращает объем памяти, но и повышает быстродействие обработки;

д) оптимизация циклов. Возможно как путем наиболее подходящего способа организации цикла, так и исключением операторов, которые могут быть выполняться вне цикла (и тем самым не участвовать многократно в процессе выполнения цикла). С другой стороны, введение дополнительных циклов в тех местах алгоритма, где это допустимо, может существенно снизить затраты на реализацию алгоритма.

9. Уточнение поля информации. После того как построена блок-схема алгоритма и проведена ее оптимизация, целесообразно уточнить ряд характеристик информационного поля, в том числе:

а) метод доступа экономии машинного времени на обработку информации;

б) номенклатуры и упорядочение записей с точки зрения сокращения избыточной информации;

в) организации промежуточной информации, на многократность использования;

д) должны быть определены порядок формирования начальных значений накапливаемых величин (откуда будут получены данные, каким образом создан начальный файл).

10. Приближенная оценка машинного времени. Такая оценка необходима для правильного распределения машинного ресурса (времени, объемов необходимой памяти) между задачами. Приближенная оценка дает возможность уточнить периодичность решения задач и оценить интервалы решения задачи.

При разработке алгоритмов следует особое внимание уделять на обеспечение достоверности функционирования. К существующим способам повышения достоверности функционирования алгоритмов можно отнести счетные методы контроля, математические методы, методы контроля, использующие избыточность информации, логические методы контроля и др.

Счетные методы контроля включают: контроль методом двойного счета, контроль по методу 'усеченного' алгоритма, просчет программы с выходом на контрольный результат, счетный контроль с получением контрольных сумм или контрольных итогов, счет записей.

В перекрестном контроле в основной алгоритм добавляются блоки контроля, например, блоки, позволяющие вычислить одно итоговое данное через другое.

В математические методы включают способы подстановки, проверки с помощью дополнительных связей, проверки предельных значений (метод вилок), метод статического прогноза, предполагающий определение статических оценок вероятности попадания искомых результатов в заданные зоны.

Методы контроля, использующие избыточность информации включают в себя метод избыточных (контрольных) цифр, сравнение различных источников данных, контроль с использованием принципа обратной связи.

К логическим методам контроля относятся смысловые проверки, контроль по отклонениям, контроль заданной последовательности записей, экспертная оценка получаемых данных, проводимых обычно с помощью персонала, которые готовили исходную информацию. Эти специалисты оценивают степень пригодности полученных результатов.

 

3.3. Состав и содержание рабочего проекта

Разработка рабочего проекта является завершающей стадией проектирования АИС, на которой принимается окончательное решение по составу и содержанию проектной документации. В рабочий проект, как правило, должны входить:

- программная документация;

- технологические инструкции по обработке данных;

- должностные инструкции, устанавливающие права, обязанности персонала в условиях автоматизации деятельности.

В состав программной документации входят:

а) руководство программиста, которое содержит:

- описание используемых средств программного обеспечения, включая используемые версии операционной системы, языков программирования;

- требования к конфигурации ЭВМ и другим техническим средствам;

- описание дистрибутивного пакета;

- описание программ, требования к исходным данным программ и, при необходимости, правила их переноса на машинные носители;

- описание функционирования программ, перечень ограничений, сведения о самовосстанавливаемости программ или о порядке восстановления программ, описание логической и физической структуры базы данных и структуры записей, возможности корректировки базы данных;

- описание средств генерации и трансляции программ;

- описание алгоритма обработки данных;

- описание используемых способов и средств диагностики;

- описание процедур вызова, загрузки и запись программ.

б) руководство оператора, которое содержит:

- инструкцию по генерации в соответствии с параметрами настройки;

- описание носителей информации;

- состав сообщений оператору и описание действий оператора при запросах программы.

в) эксплуатационные программы, которые содержат:

- тексты программ на исходном языке программирования с комментариями;

- объектные и загрузочные модули программ;

- эксплуатационный вариант программы.

г) описание контрольного примера, которое включает:

- данные контрольного примера входной информации;

- результаты прогона программ по данным контрольного примера в виде выходной и входной информации задач, распечаток содержания входных и выходных файлов.

Технологическая инструкция по обработке данных содержит необходимые и достаточные сведения для однозначного выполнения конкретных операций технологического процесса обработки данных. В проекте должны максимально применяться типовые инструкции и инструкции, заимствованные из аналогичных проектов. Состав и содержание инструкций зависит от особенностей технологического процесса, но, как правило, используются следующие инструкции:

1) Инструкция по ведению первичной информации, где определяются правила заполнения и ведения нормативно-справочной или другой документации, порядок внесения изменений и дополнений в документацию и порядок передачи документов в обработку.

2) Инструкция по передаче информации по каналам связи определяет порядок приема и контроля поступающей информации, подготовку информации к передаче по каналам связи.

3) Инструкция по подготовке информации для обработки ЭВМ определяет порядок комплектации машинных носителей для ввода в ЭВМ.

4) Инструкция о порядке создания и обслуживания файлов определяет требования к процессу создания и обслуживания информационных файлов.

5) Инструкция о порядке ведения архива машинных носителей устанавливает классификацию хранимых файлов, порядок регистрации и маркировки магнитных носителей информации, порядок доступа к ним, периодичность обновления архива, сроки хранения.

6) Инструкция о порядке ведения архива документов определяет: классификацию принимаемой на хранение документации, порядок регистрации и организации хранения, порядок приема и выдачи архивной документации и сроки и хранения.

Должностные инструкции должны определять права и обязанности персонала в условиях функционирования АИС, порядок выполнения процедур по подготовке данных и принятию управленческих решений, описание действий персонала при нарушении режима работы системы.