Что лучшее: примитив или силуэт?

Дракон-схема с ветками называется силуэтом, без веток — примитивом. Силуэт, представленный на рис. 6 а, можно изобразить в виде примитива (рис. 6 б). Примитив есть последовательное соединение иконы “заголовок” шампур-блоков и иконы “конец”. У примитива иконы “заголовок” и “конец” обязательно лежат на одной вертикали, которая называется шампуром. На этой же линии лежат главные вертикали шампур-блоков. Образно говоря, шампур пронизывает иконы примитива (возможно, не все) подобно тому, как настоящий шампур пронизывает кусочки шашлыка.

Примитив рекомендуется использовать, если дракон-схема очень простая (примитивная) и содержит не более 5...15 икон. В противном случае, чтобы улучшить читаемость программы, выгоднее использовать силуэт. Нарушение этого правила обычно чревато неприятностями, ибо мешает читателю выявить сущность решаемой проблемы и, следовательно, затрудняет и замедляет понимание смысла программы.

Например, алгоритм на рис. 6 б выглядит громоздким и неоправданно сложным для восприятия. Это вызвано тем, что он содержит 19 икон, однако изображен в виде примитива. Криминал в том, что схема на рис. 6 б не позволяет читателю мгновенно (за несколько секунд) распознать визуально-смысловую структуру алгоритма. В самом деле, из скольких частей состоит решаемая проблема? Глядя на рис. 6 б, ответить на этот вопрос довольно трудно, а быстро ответить — невозможно. Положение в корне меняется, когда мы смотрим на рис. 6 а, где тот же самый алгоритм изображен в виде силуэта. Тут, как говорится, и ежу ясно: алгоритм состоит из четырех частей: “поиск автобуса”, “ожидание посадки”, “посадка в автобус”, “поездка”. Однако это не все: не менее важно и то обстоятельство, что запутанность зрительного рисунка исчезла и схема приобрела новое эстетическое (эргономическое) качество: элегантность, ясность и прозрачность.

Таким образом, в сложных случаях силуэт позволяет существенно уменьшить интеллектуальные усилия, затрачиваемые на понимание алгоритма. В силуэте крупные структурные части программы (ветки) четко выделены, они пространственно разнесены в поле чертежа, образуя вместе с тем легко узнаваемый, стабильный, предсказуемый и целостный зрительный образ. А в примитиве структурные части не выделены и перемешаны (“всё в одной куче”), что затрудняет чтение и анализ сложных алгоритмов. Однако для простых случаев (менее 5...15 икон) примитив, как правило, оказывается более предпочтительным.

Как описать силуэт с помощью
текстового языка?

Из рис. 7 видно, что для описания веток в текстовый язык пришлось внести ряд изменений. В частности, появились два новых текстовых оператора, отсутствующие в традиционных языках:

ВЕТКА < идентификатор ветки >

АДРЕС < идентификатор ветки >

Оператор текстового языка ВЕТКА объявляет название ветки (записываемое на визуальном языке внутри иконы “имя ветки”). Оператор АДРЕС безусловно передает управление на текстовый оператор ВЕТКА, имя которой записано справа от оператора АДРЕС.

Сравнивая два языка: визуальный и текстовый, можно заметить, что соответствующие алгоритмы (рис. 6 а и 7) эквивалентны[14]. Однако визуальный язык несомненно более нагляден и доходчив. Второе преимущество состоит в том, что графика позволяет полностью исключить избыточные (паразитные) элементы, каковыми в текстовом языке оказываются почти все ключевые слова: АЛГОРИТМ, ВЕТКА, АДРЕС, КОНЕЦ ВЕТКИ, ЕСЛИ, ТО, ИНАЧЕ, КОНЕЦ ЕСЛИ, ЦИКЛ ЖДАТЬ, КОНЕЦ ЦИКЛА, КОММЕНТАРИЙ, ПЕРЕХОД НА, а также метки.

 

Есть ли в алгоритме
«Царская дорога»?

Рассмотрим задачу. В запутанном лабиринте, соединяющем начало и конец сложного алгоритма, нужно выделить один-единственный маршрут — “путеводную нить”, с которой можно зрительно сравнивать все прочие маршруты, чтобы легко сориентироваться в проблеме и не заблудиться в путанице развилок. Эта путеводная нить (назовем ее “главный маршрут”) должна быть визуально легко различимой. Иными словами, бросив беглый взгляд на дракон-схему, мы должны обнаружить четкие ориентиры, благодаря которым можно сразу и безошибочно увидеть “царский” маршрут и упорядоченные относительно него остальные маршруты.

Для этого вводится правило: “главный маршрут примитива должен идти по шампуру”. Меняя местами слова “да” и “нет” в развилках и варианты в переключателях (а также присоединенные к ним гирлянды икон), следует добиться, чтобы на царском пути оказался тот выход развилки или переключателя, который ведет к наибольшему успеху (рис. 8). А побочные маршруты нужно расположить по правилу: “чем правее — тем хуже” (рис. 9). Если эти правила нарушены, дракон-схема считается плохой (рис. 10 а). Однако ее всегда можно превратить в хорошую (рис. 10 б).

В тех случаях, когда признак “лучше—хуже” не работает, вместо него следует выбрать какой-либо другой разумный критерий, чтобы смещение вправо от главного маршрута всегда было не произвольным и хаотичным, а продуманным и упорядоченным. Например, при решении математических задач выходы развилки и варианты переключателя можно расположить слева направо в порядке увеличения или уменьшения математической величины (характеристики), соответствующей этим выходам (рис. 11, 12).

Главный маршрут силуэта

В предыдущем параграфе мы узнали, как упорядочить маршруты примитива. Теперь настала очередь силуэта.

Шампуром ветки называется вертикаль, соединяющая икону “имя ветки” с иконой “адрес”, а если у ветки несколько выходов — с левым из них. Для ветки сохраняют силу оба “царских” правила:

! главный маршрут ветки должен идти по шампуру;

! побочные маршруты ветки следует упорядочить слева направо по какому-либо критерию.

 

Предположим, в качестве критерия выбран принцип “чем правее — тем хуже”. В этом случае каждая ветка силуэта должна быть построена по единому правилу: чем правее (чем дальше от шампура данной ветки) расположена очередная вертикаль, тем менее успешные действия она выполняет.

Например, на рис. 6 а ветка “посадка в автобус” имеет три вертикали. Левая вертикаль (главный маршрут) описывает наибольший успех, так как вы будете ехать в автобусе сидя. Правая вертикаль означает наименьший успех, поскольку вы вышли из автобуса и поездка отклады­вается. Средняя вертикаль (расположенная выше иконы “Есть желание ехать стоя?”) занимает промежуточное положение, потому что —
в зависимости от ответа — может иметь место либо частичный успех (вы будете ехать, но не сидя, а стоя), либо неудача, поскольку вы выходите из автобуса несолоно хлебавши.

Главный маршрут силуэта — последовательное соединение главных маршрутов поочередно работающих веток. Таким образом, ДРАКОН позволяет читателю моментально увидеть главный маршрут любого, сколь угодно сложного и разветвленного алгоритма и, сверх того, делает смещение всех побочных маршрутов относительно “царского” не случайным, а осмысленным и предсказуемым, т. е. легким для вос­приятия.

Пересечения линий? — БОЖЕ УПАСИ!

Некоторые специалисты, склонные к резким выражениям, называют традиционные блок-схемы алгоритмов [2] “помоечными блок-схе­мами”, потому что изображенные на них хитросплетения блоков, соединенные хаосом куда угодно гуляющих рваных линий больше напоминают кучу мусора, нежели регулярную структуру. ДРАКОН выгодно отличается тем, что его графический узор имеет строгое матема­тическое и когнитивно-эргономическое обоснование и подчиняется жестким и тщательно продуманным правилам. Среди них особое место занимает правило: “пересечения и обрывы соединительных линий запрещены”.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При вычерчивании обычных блок-схем допускаются два типа пересечения линий: явное, изображенное крестом линий, и замаскированное, выполняемое с помощью так называемых соединителей. Как известно, соединитель “используется для обрыва линии и продолжения ее в другом месте... для избежания излишних пересечений” [2].

В языке ДРАКОН все перечисленные ухищрения (пересечения, обрывы, соединители) по эргономическим соображениям считаются вредными и категорически запрещены, так как они засоряют поле чертежа ненужными деталями, создают визуальные помехи для глаз и отвлекают внимание от главного.

Поскольку запрет пересечений является серьезным топологическим ограничением, возникает вопрос: можно ли произвольный алгоритм изобразить в виде дракон-схемы?

Теорема 1. Любая структурная программа может быть изображена на языке ДРАКОН двумя способами: в виде примитива и в виде силуэта.

Теорема 2. Произвольная (неструктурная) программа в ряде случаев не может быть изображена в виде примитива; однако с помощью эквивалентных преобразований, допускающих введение дополни­тельных переменных (идентификаторов ветки), она всегда может быть изображена в виде силуэта.

Чтобы прояснить вопрос, обратимся к примерам. На рис. 13 а приведена запрещенная дракон-схема: примитив, в котором имеется неустранимое (без введения дополнительных переменных) пересечение. На рис. 13 б изображен силуэт, который, как нетрудно убедиться, эквивалентен примитиву на рис. 13 а и вместе с тем не содержит ни одного пересечения. Таким образом, пример на рис. 13 подтверждает справедливость теоремы 2[15].

Подведем итоги. Язык ДРАКОН обладает важным достоинством: он позволяет изобразить любой алгоритм, полностью отказавшись от таких эргономически неудачных приемов, как пересечения, обрывы, соединители. Отсутствие “паразитных элементов” создает дополнительные удобства для читателя, делает дракон-схему прозрачной, облегчает понимание.

Визуальный и текстовый
синтаксис Дракона

ДРАКОН — визуальный язык, в котором используются два типа элементов: графические фигуры (графоэлементы) и текстовые надписи, расположенные внутри или снаружи графических фигур (текстоэлементы). Следовательно, синтаксис ДРАКОНА распадается на две части. Визуальный синтаксис охватывает алфавит графоэлементов, правила их размещения в поле чертежа и правила связи графоэлементов с помощью соединительных линий. Текстовый синтаксис задает алфавит символов, правила их комбинирования и привязку к графоэлементам (привязка необходима потому, что внутри разных графических фигур используются разные типы выражений). Оператором языка ДРАКОН является графоэлемент или комбинация графоэлементов, взятые вместе с текстовыми надписями.

Одновременное использование графики и текста говорит о том, что ДРАКОН адресуется не только к словесно-логическому мышлению автора и читателя программы, но сверх того активизирует интуитивное, образное, правополушарное мышление, стимулируя его не написанной, а именно нарисованной программой, т. е. программой-картинкой.

Семейство Дракон-языков

ДРАКОН — не один язык, а целое семейство, все языки которого имеют одинаковый визуальный синтаксис (что зрительно делает языки семейства почти близнецами) и отличаются текстовым синтаксисом.

ДРАКОН-1 — визуальный псевдоязык, визуальный аналог обычного текстового псевдокода. Он служит для описания структуры деятель­ности, создания технологий, алгоритмов и проектов программ, используется в методе пошаговой детализации, а также при формализации профессиональных знаний.

ДРАКОН-2 — язык визуального программирования реального времени. Он является элементом CASE -технологии для разработки программного обеспечения систем управления ракет и космических объектов, а также атомных электростанций, нефтехимических и металлургических заводов, биотехнологических производств и т. д.

Кроме того, семейство включает гибридные визуальные языки программирования: ДРАКОН-БЕЙСИК, ДРАКОН-ПАСКАЛЬ, ДРАКОН-СИ и т. д. Чтобы получить гибридный язык, например, ДРАКОН-СИ, необходимо взять визуальный синтаксис ДРАКОНА и присоединить к нему по определенным правилам текстовый синтаксис языка СИ.

Строгое разграничение визуального и текстового синтаксиса позволяет в максимальной степени расширить сферу применения языка, обеспечивая его гибкость и универсальность. При этом единообразие правил визуального синтаксиса семейства ДРАКОН-языков обеспечивает их концептуальное единство, а разнообразие текстовых правил (т. е. возможность выбора любого текстового синтаксиса) определяет гибкость языка и легкую настройку на различные проблемные и предметные области.

В настоящей книге основное внимание уделяется визуальному псевдоязыку ДРАКОН-1. Что касается остальных языков ДРАКОН-семейства, даются лишь краткие пояснения.

Выводы

Приведем сводку эргономических правил, позволяющих улучшить когнитивное качество дракон-схем и сделать алгоритмы, программы и технологии более понятными.

1. Сложный алгоритм следует рисовать в виде силуэта, простой — в виде примитива.

2. В иконе “заголовок” запрещается писать слово “начало”; вместо этого следует указать понятное и точное название алгоритма.

3. Разбейте сложный алгоритм на части, каждую часть изобразите в виде ветки. Дайте частям доходчивые и четкие названия и запишите их в иконах “имя ветки”.

4. Вход в ветку возможен только через ее начало.

5. В иконе “адрес” разрешается писать имя одной из веток, другие надписи запрещены.

6. Ветки следует располагать в пространстве согласно правилу: чем правее, тем позже. Наличие веточного цикла модифицирует это правило.

7. Примитив обязательно имеет шампур. Это значит, что у примитива иконы “заголовок” и “конец” всегда лежат на одной вертикали, которая и называется “шампур”.

8. Каждая ветка обязательно имеет шампур. У правой ветки шампур — это вертикаль, соединяющая иконы “имя ветки” и “конец”. У остальных веток шампуром служит вертикальная линия, соединяющая иконы “имя ветки” и “адрес”, а если адресов несколько — с левым из них.

9. Алгоритм всегда имеет главный маршрут, который должен идти по шампуру.

10. Побочные маршруты должны быть упорядочены слева направо согласно одному из выбранных критериев, например: чем правее — тем хуже.

11. В иконе “конец” следует писать слово “конец”.

12. Соединительные линии могут идти либо горизонтально, либо вертикально. Наклонные линии не допускаются.

13. Пересечения линий запрещены.

14. Обрывы линий запрещены.

15. Использование соединителей запрещено.

 

Глава 7:
Эргономичные алгоритмы

Мне сказал Алеха.
На ошибках мы горим! —
Непонятный алгоритм —
Это очень плохо.

Мы ошибки победим!
Надо сделать вот чего —
Надо сделать алгоритм
Ясным и доходчивым!

Юрий Примашев