Введение в анализ, синтез и моделирование систем

16. Средо-ориентированные технологии (интерактивные технологии проектирования, разработки, актуализации информационных систем, в которых сперва строится нужная среда, инструментарий, а затем происходит их автоматизированная настройка с помощью выполнения процедур типа: переместить, вставить, удалить, указать, активизировать и др.; готовые среды, "как кубики", объединяются в нужные структуры, а затем настраиваются на конкретные классы проблем или пользователей, причем изменения одних из них могут изменять и другие).

Пример. Средо-ориентированные системы программирования, в которых часто используется "оконный интерфейс", "оконная среда". Они основываются на понятиях "окно", "рамка", "фрейм", "рисунок на экране", "оконное меню" и др., каждый из которых ассоциируется с наиболее подходящей инструментальной средой: тексты - с текстовым процессором, таблицы - с электронной таблицей, графики - со средой деловой графики и т.д. К этим типовым средам могут быть добавлены также и разработанные самим программистом среды, а также библиотеки сред. Отметим, что интерактивное планирование позволяет находить оптимальные структуры и набор ресурсов для достижения поставленной цели.

В последние годы вырос интерес к распределенным системам - программным комплексам, составные части которых функционируют на разных компьютерах в сети, используя при взаимодействии технологии различного уровня, от непосредственного использования пакетов TCP/IP до технологий с высоким уровнем абстракции, таких, например, как CORBA. В этих системах обеспечены следующие возможности, невыполнимые при использовании традиционных технологий:

        масштабируемость, т.е. эффективное обслуживание различного числа клиентов одновременно;

        надежность создаваемых приложений, т.е. устойчивость не только к ошибкам пользователей, но и к сбоям в системе коммуникаций;

        непрерывная длительная работа (режим 24×7, т.е. 24 часа в течение 7 дней недели);

        высокий уровень безопасности системы, т.е. защиты и отслеживания, протоколирования информации на всех этапах функционирования;

        высокая скорость разработки приложений и простота их сопровождения и модификации (достаточен средний уровень программиста).

Технология CORBA создавалась некоммерческой организацией - содружеством разработчиков и пользователей программного обеспечения OMG как универсальная технология создания распределенных систем с использованием языков Java, С, Ada, Smalltalk, Delphi, Perl, Python и др. Клиентская часть может быть написана на любом языке программирования, поддерживающим CORBA.

Так как CORBA - стандартная инфраструктура разработки и использования различных платформ, ОС и приложений, то все спецификации CORBA являются полностью открытыми. CORBA реализует высокий уровень абстракции - все проблемы и описания взаимодействия с операционной системой или сетевыми средствами осуществляются на низком уровне и скрытно от прикладного программиста. Высокий уровень абстракции достигается за счет отображения инструкций на языке спецификаций - на конкретный язык программирования. CORBA может передавать данные различных типов: структуры, объединения и др. Предусмотрена система описания и контроля типов. Для каждого языка используется свое отображение данных на языке спецификаций. CORBA поддерживает статический и динамический способ организации удаленных вызовов и имеет развитые средства получения информации о серверах. CORBA обладает высоким уровнем устойчивости к сбоям за счет большей изоляции клиентов и серверов, автоматического сохранения состояния объектов, более мощной и продуманной схемы управления транзакциями. Управление транзакциями берет на себя так называемый Сервис Управления Транзакциями CORBA (Object Transaction Service). CORBA обеспечивает высокий уровень безопасности. Предусмотрена идентификация пользователя, списки прав доступа к ресурсам, система аудита и многое другое. Интеграция CORBA и сети Интернет выполняется за счет использования протокола, построенного поверх TCP/IP, что позволяет использовать URL-имена в качестве имен для Службы Именования CORBA.

17. CASE-технологии (Computer-Aided System Еngineering -автоматизированное проектирование информационных систем, или технологии, позволяющие автоматизировать основные этапы и процедуры жизненного цикла информационных систем: от анализа исходного состояния и целей - до проектирования интерфейсов, привычных проектировщику, пользователю и основных процедур функционирования системы; чем больше этапов и процедур автоматизируется, тем лучше и быстрее получается информационная система, тем шире ее приложения).

Пример. Технология STRADIS (STRategic Architecture for the Deployment of Information Systems - стратегическая архитектура для развертывания информационных систем) определяет и поддерживает основные этапы жизненного цикла системы: цели, их приоритеты, требования к ресурсам, распределению работ, составу и содержанию проектной документации, методика выполнения процедур проектирования и программирования, тестирования и управления. Включает в себя следующий инструментарий для этого: графический редактор (графическая среда), СУБД, средства описания сценариев диалога с системой, выходных документов и др.

18. Технологии и системы компьютерной алгебры, системы символьных преобразований, аналитических вычислений (системы, позволяющие производить автоматические преобразования формул и алгебраических выражений, в частности, приведение подобных членов в алгебраическом выражении, нахождение первообразной заданной аналитически функции, ее дифференцирование и т.д.).

Пример. Система Reduce для формульных преобразований, которая позволяет как находить эквивалентные алгебраические выражения, так и вычислять их численные значения (в том числе и комплекснозначные), суммировать конечные и бесконечные ряды (сумма - как функция!), производить алгебраические операции с полиномами, матрицами, интегрировать и дифференцировать.

19. Нечеткие технологии (технологии обработки данных и вывода знаний, принятия решений на основе описания систем аппаратом нечетких множеств и нечеткой логики).

Пример. Медицинский диагноз часто основан на нечетких, неопределенных четко связях симптомов и болезней, их нечеткой зависимости, поэтому для компьютерной постановки диагноза, построения экспертной системы постановки диагноза эта технология особенно эффективна, так как позволяет делать нечеткие выводы, которые затем могут быть проверены. Проблемы дактилоскопии также могут быть решены эффективно с помощью нечетких систем распознавания отпечатков.

Все новые информационные технологии, так или иначе, используют методы и проблематику искусственного интеллекта, инженерии знаний, часто переплетаются и интегрируются.

Проблематику искусственного интеллекта составляют знания, информация о данной области, которые пока объективно непонятны, неточны, не формализуемы, не структурируемы, не актуализируемы доступными средствами (и могут стать таковыми в процессе функционирования системы, приобретения знаний).

Инженерия знаний - наука, изучающая проблемы выявления, структурирования, формализации и актуализации знаний для разработки различного типа интеллектуальных систем, технологий.

Все новые информационные технологий должны обеспечивать целенаправленность, информативность, адекватность, точность, полноту, воспринимаемость и структурированность сообщений, а также гибкость, комфортность, своевременность и простоту их актуализации во времени, в пространстве и информационно.

Все информационные технологии - основа многих других технологии, а также способ актуализации информации, основа мышления.

Основные тенденции развития новых информационных технологий, независимо от сферы их использования:

        возрастание роли и активности (актуальности) информационного ресурса, т.е. качество и оперативность принимаемых интеллектуальных решений в обществе во все большей степени зависит от содержания, точности и своевременности получаемой информации, ее пространственно-временных характеристик;

        развитие способности к активному техническому, программному и технологическому взаимодействию (стандартизации и совместимости таких взаимодействий), т.е. появление более совершенных стандартов взаимодействия, все чаще - уже на уровне проектных работ, на уровне разработки спецификаций;

        изменение структуры инфологических и структурных взаимодействий, ликвидация промежуточных звеньев (непосредственность), т.е. устранение этапов и функций посредников информационного обмена и услуг, ликвидация промежуточных функций внутри компаний и между ними, более широкое распространение, упрощение доступа, снижение цен и т.д.;

        глобализация или использование пространственных, временных и организационных возможностей и емкости информационного рынка (практически беспредельного);

        конвергенция или формирование рынка новых информационных технологий, состоящего из основных сегментов - частное потребление (развлечения, бытовые услуги и т.п.), обеспечение бизнеса (производство, продажа, маркетинг и т.п.), интеллектуальная профессиональная работа (автоформализация профессиональных знаний и др.).

Пример. В 1990 г. около 40% интеллектуальных работников в США использовали на своих рабочих местах новые информационные технологии, в частности, концерн Microsoft инвестирует в новые медиапроекты до 20% своего научного бюджета, выпуская энциклопедии и справочники на CD, работая параллельно с нормальным телевидением в сети интернет, открывая в Интернете свои мультимедийные журналы, например, Slate (http://www.slate.com) и др. Выполнение японской программы создания компьютеров пятого поколения сдерживается тем, что новая архитектура программного обеспечения пока не сочетается с существующими центрами искусственного интеллекта, новые протоколы не могут быть использованы в старых системах связи, а новые машинные языки не подходят для старых систем и т.д. В банковской сфере уменьшается роль мелких банков, так как на внедрение информационных технологий требуются значительные ресурсы. Имеющие доступ к терминалам общего пользования ("электронным киоскам") заказывают товары и получают электронные купоны. Примером глобальной программы является программа ESPRIT (Европейская стратегическая программа исследований в области информационных технологий). Примерами аппаратно-программной конвергенции могут быть принтеры с функциями ксерокса и факса.

Заканчивая свой неполный обзор (полный обзор, видимо, сделать невозможно) новых информационных технологий, наиболее важных для системного анализа, отметим, что появляются все новые их разновидности и приложения, а они становятся основным фактором (инструментарием) глобализации, фактором, изменяющим традиционные критерии принятия решения и возможности мирового бизнеса (ценообразование, издержки, местоположение и т.д.).

Вопросы для самоконтроля

1. Чем отличается новая технология от "старой", высокая - от новой?
2. Каковы основные элементы новых информационных технологий?
3. Что такое БД (СУБД, АРМ, электронная почта, телеконференция, база знаний, экспертная система, интегрированный пакет прикладных программ, машинная графика, компьютерный и виртуальный офис, виртуальная корпорация, мультимедиа, гипермедиа, математическое и компьютерное моделирование, нейротехнологии, виртуальная реальность, объектно- и средоориентированная технология)?
4. Какова роль технологий информатики в процессе познания?
5. Какова роль новых информационных технологий в развитии общества, в социальной сфере, в развитии инфраструктуры общества?
6. Каковы основные социально-экономические последствия внедрения новых информационных технологий в общественную жизнь, науку, производство, быт?

Задачи и упражнения

1. Выбрать одну-две новые технологии и построить для них примеры использования, указать достоинства и недостатки.
2. Построить несколько макетов (логических моделей) БД социально-экономического направления (например, пенсионного фонда). Описать структуру записей, атрибуты полей базы, сформулировать запросы. Осуществить операции (поиска, сортировки, модификации) с базой данных. Оценить объем информации в БД.
3. Построить несколько макетов (логических моделей) баз знаний по социально-экономической предметной области. Построить несколько макетов (логических моделей) экспертной системы по социально-экономической проблеме. Привести примеры проблем, которые можно решить эффективно с помощью экспертной системы. Осуществить какие-либо корректные операции с построенными базами знаний на логическом уровне. Построить компьютерные модели баз знаний по реальным социально-экономическим системам (процессам) и рассмотреть их эксплутационные ситуации и области приложения. Оценить объем информации (качественно и количественно) в построенной (или другой) базе знаний. Осуществить постановку некоторых задач, которые можно решать с помощью некоторой базы знаний и (или) экспертной налоговой системы. Выполнить операции логического вывода из базы знаний, возможно, упростив для этого структуру базы знаний.
4. Построить несколько сценариев проведения телеконференций по различным налоговым проблемам. Описать работу организатора (модератора) и пользователя телеконференции. Оценить объем информации в сеансе телеконференции. Осуществить постановку некоторых задач, которые можно решать с помощью телеконференции. Описать технологию решения этих задач. Привести примеры социально-экономических последствий проведения телеконференций и использования электронной почты. Оценить эти последствия. Привести примеры телеконференции по вашей специальности.
5. Описать работу некоторой гипотетической виртуальной корпорации с участием специалистов по Вашей будущей специальности.
6. Описать спецификации и процедуру реинжиниринга системы обучения студентов по Вашей будущей специальности.

Темы научных исследований и рефератов, интернет-листов

1. Новые информационные технологии: социально-экономическое значение, последствия, будущее.
2. Виртуальные сообщества профессионалов.
3. Анализ данных - от банков данных до интеллектуального анализа данных.
4. Программные комплексы - от библиотек до интегрированных интеллектуальных пакетов.
5. Компьютерный офис, виртуальный офис, виртуальная корпорация. Что дальше?
6. Влияние высоких технологий на личную и общественную жизнь: положительные и отрицательные аспекты.

Дополнительные материалы: Е2Е-проекты по системному анализу и моделированию

Данные проекты могут быть использованы как для обычной проектной работы (обучения), так в качестве тем для курсовых, дипломных проектов и научных исследований. Введем, по аналогии с B2B, P2P, С2С, мнемонический код E2E для обозначения "Экология для экономики" или "Экономика для экологии". Это обозначение может ассоциироваться также с системами типа "Электроника для экологии", или "Электроника для экономики", или "Электроника для эколого-экономического моделирования". Этот класс проблем наиболее важен для современного общества. Нижеследующие проекты предназначены для выработки навыков системного подхода и исследования, моделирования Е2Е-систем.

А. Цель проекта и этапы выполнения проекта:

1. изучение литературы общего (по системному анализу) и предметного характера (по рассматриваемой проблеме), выявление и описание элементов, целей, их приоритетов;
2. определение и описание ресурсов исследования (математических, предметных, программных, технических, технологических);
3. информационное обследование системы (сбор и изучение данных о системе, разработка необходимых спецификаций);
4. выбор и описание критериев адекватности, устойчивости, эффективности системы;
5. выбор метода (методов) и построение морфологической, функциональной и инфологической моделей системы;
6. выбор и описание критериев адекватности, устойчивости, эффективности, идентификации модели, на основе соответствующих критериев системы;
7. обсуждение и определение возможных критериев эффективности (полезности) принятия решений;
8. алгоритмизация и программирование;
9. отладка, тестирование, имитационные расчеты;
10. оформление проектного решения (отчета).