Главная » 2014 » Июль » 14 » Скачать Методика создания мультиаспектной информационной системы с алгоритмо-ориентированной структурой данных. Виноградова, Мария бесплатно
11:11 PM
Скачать Методика создания мультиаспектной информационной системы с алгоритмо-ориентированной структурой данных. Виноградова, Мария бесплатно
Методика создания мультиаспектной информационной системы с алгоритмо-ориентированной структурой данных
Диссертация
Автор: Виноградова, Мария Валерьевна
Название: Методика создания мультиаспектной информационной системы с алгоритмо-ориентированной структурой данных
Справка: Виноградова, Мария Валерьевна. Методика создания мультиаспектной информационной системы с алгоритмо-ориентированной структурой данных : диссертация кандидата технических наук : 05.13.11 Москва, 2005 155 c. : 61 06-5/1392
Объем: 155 стр.
Информация: Москва, 2005
Содержание:
Глава 1 Анализ класса мультиаснектных информационных систем
11 Определение класса мультиасиектных информационныхсистем
12 Особенности мультиаспектных информационных систем
13 Обзор существующих технологий разработки
14 Оценка стоимости разработки и модернизации
15 Аспектный нодход к разработке
151 Представление МАИС объединением аспектов еепользователей
152 Воможность независимой разработки функциональныхзадач
153 Однозначность составления описаний задач
154 Независимость структуры данных и алгоритма
155 Возможность реализации хранилища данных нареляционных СУБД 41Выводы по первой главе
Глава 2 Общие принципы проектирования мультиаспектнойинформационной системы
21 Декомпозиция на аспекты и задачи
22 Свойства процесса проектирования
22 i Идентичность описаний задач в аспектном подходе
222Свойство однозначности построения структур данных
223Свойство однозначности построения алгоритмов
23 Представление алгоритма графом технологии
231 Формальное описание графа технологии
232 Задание алгоритма задачи на графе технологии
24 Представление структуры данных
241 Формальное описание структуры данных
242 Описание структуры данных с помощью графатехнологии
25 Требования аспектного подхода
26 Описание задачи спецификацией
261 Грамматика для построения спецификаций
262 Преобразование алгоритма, определенного на графетехнологии, в спецификацию 66Выводы по второй главе
Глава 3 Теоретические основы построения алгоритмо-ориентированнойструктуры данных
31 Понятия, их реквизиты и связи
311 Определение понятий и их реквизитов
312 Переход от понятий к функциональным зависимостям
313 Свойства понятия, реализующего многозначнуюзависимость
32 Свойства алгоритмо-ориентированной структуры данных
33 Этапы построения алгоритмо-ориентированной структуры
331 Построение структуры данных для ключевыхатрибутов понятия
332 Добавление в структуру данных атрибутов вложенныхпонятий
333 Согласование структур данных композиционного ивложенного понятий
34 Реализация алгоритмо-ориентированной структуры данныхна реляционной СУБД
341 Типы отношений базы данных
342 Свойство соединения без потерь
343 Лемма о свойствах схемы базы данных 97Выводы по третьей главе
Глава 4 Методика и алгоритмы построения мультиаспектнойинформационной системы
41 Уровни графа технологии
42 Методика проектирования задачи
43 Построение структуры данных
431 Алгоритм построения схемы базы данных
432 Язык описания вычисляемых реквизитов
44 Построение графа технологии задачи
45 Выполнение спецификаций задачи
451 Формат и типы правил спецификаций
452 Пример построения спецификации
453 Алгоритм работы интерпретатора
46 Построение спецификаций задачи 122Выводы по четвертой главе
Глава 5 Оценка эффективности методики построения мультиаспектнойинформационной системы
51 Создание мультиаспектной информационной системы
52 Добавление новых задач и модернизация структуры данных
521 Пример добавления новой задачи
522 Пример модернизации структуры данных
53 Модернизация мультиаспектной информационной системы
531 Типовые задачи модернизации
532 Сравнение трудозатрат на модернизацию АСУ Кафедраи МАИС 138Выводы по пятой главе 141Выводы и заключение
Введение:
В настоящее время существует множество информационных системорганизационного управления, используемых в небольших организациях иподразделениях. Несмотря на разнообразие средств реализации и областейприменения, эти системы имеют одинаковую архитектуру и множествоособенностей, что позволяет выделить их в отдельный классмультиаспектных информационных систем (МАИС), Ио мере появленияновых функциональных задач и изменений требований к существующимзадачам появляется необходимость модернизации и наращиванияинформационных систем, В данное время модернизация МАИС требуетпривлечения группы разработчиков: проектировщиков, специалистов побазам данных и программистов. Это приводит к большим трудозатратам намодернизацию и согласование отдельных компонентов системы. Одной изособенностей эксплуатации МАИС является постоянное внесение измененийв ее компоненты. Для повышения эффективности функционирования МАИСнеобходимо сократить трудозатраты на модернизацию, а также сократитьдолю участия в ней специалистов-разработчиков.Создание для МАИС готовых решений с настройками под конкретнуюобласть применения и под конкретного пользователя, подобных ERP-системам, является неэффективным из-за отсутствия типового набораприкладных задач и больших различий в бизнес-процессах, существующих ворганизациях. Следовательно, необходима технология разработки, прикоторой будут снижены трудозатраты на модернизацию и развитие, и прикоторой модернизация полностью или частично может быть выполненаконечным пользователем без специальной квалификации. Известные методыи средства снижения затрат на разработку и модернизацию информационныхсистем, такие, как методология быстрой разработки, разработка с повторнымиспользованием компопентов, декомпозиция на независимые подсистемы,применение CASE - средств, - являются неэффективными из-за особенностейархитектуры МАИС, Необходима новая технология разработки6информационной системы, для которой модернизация и наращивание еефункциональных возможностей могут быть выполнены без привлеченияпроектировщика, специалиста по базе данных и программиста, чтосущественно сократит временные затраты и трудозатраты. Современныеметодологии разработки информационных систем не содержаттеоретических положений, необходимых для построения МАИС,обладающих перечисленными качествами. Отсутствие теоретическогообоснования не позволяет применять конкретные варианты эффективных сточки зрения трудозатрат реализаций МАИС для всего класса систем.Поэтому появилась необходимость в разработке методики созданияинформационных систем указанного класса, включающей в себятеоретические основы, набор формальных моделей и алгоритмов.Целью диссертационной работы является создание методикипроектирования мультиаспектной информационной системы, реализующейвозможность быстрой реорганизации - модернизации системы инаращивания ее функциональных возможностей при сокращении трудозатратна ее разработку и снижении требований к квалификации разработчиков.Объект исследования: мультиаспектная информационная система.Предмет исследоваиия: процесс разработки и модернизацииинформационной системы.Выделены следующие задачи, решаемые в диссертационной работе:1. Провести анализ мультиаспектных информационных систем.Определить класс МАИС и их особенности. Сформулироватьтребования к их построению, эксплуатации и модернизации.2. Провести сравнительный анализ методов разработки информационныхсистем данного класса.3. Разработать аспектный подход к построению мультиаспектныхинформационных систем и сформулировать его требования кописаниям алгоритма и структуры данных.74. Разработать модели для описания алгоритмов и структур данных прииспользовании аспектного подхода к проектированию и исследовать ихвзаимодействие.5. Разработать грамматику для описания алгоритмов задач МАИС.
6. Разработать теоретические основы построения алгоритмоориентированной структуры данных, удовлетворяющей требованиямаспектного подхода и требованиям реляционной модели представленияданных.7. Разработать методику проектирования МАИС.
8. Разработать алгоритмы построения базы данных, спецификаций задачии работы интерпретатора для МАИС.
9. Реализовать МАИС на основе предложенной методики.Ю.Провести анализ эффективности предложенной методики.Научная новизна: в диссертационной работе получены новые научныерезультаты:1. Предложен новый подход к построению мультиаспектныхинформационных систем, основанный на использовании алгоритмо-ориентированных структур данных. Данный подход позволяет сократитьзатраты на разработку межмодульного интерфейса.2. Разработаны модели описания задач с помощью графа технологии, схемыданных и спецификации. Исследовано взаимодействие указанныхмоделей.3. Разработана формальная модель алгоритмо-ориентированной структурыданных, для которой выполняются свойства единственности пути,включения всех ограничений, а также свойства сохранения зависимостей,соединения без потерь и соответствия третьей нормальной форме.Доказаны соответствующие леммы.4. Разработана грамматика для описания графа технологии и спецификациизадачи.8Достоверность научных положений диссертационной работыподтверждена корректным использованием математического аппарата иматематических моделей, результатами практических экспериментов ивнедрений во внешние организации.Практическая ценность состоит в разработке:1) инженерной методики проектирования информационной системы;2) алгоритмов создания схемы базы данных и построения спецификации;3) алгоритмического языка составления графа технологии и спецификациизадачи;4) алгоритма интерпретатора спецификаций, реализующего выполнениезадач информационной системы.Разработанная методика и инструментальные средства позволяютсократить трудозатраты на разработку и модернизацию информационнойсистемы, снижают требования к квалификации разработчиков, даютвозможность проводить наращивание и модернизацию силамипользователей.Методы исследованнй: результаты диссертационной работы полученына основе использования научных положений теории системного анализа,теории качества, теории множеств, теории графов, теории алгоритмов,реляционной алгебры, теории нормализации баз данных, теории исчисленияпредикатов, теории формальных языков, теории вычислимости, теориикомпиляторов, процессной теории описания систем и др.Структура работы соответствует решению поставленных задач.Первая глава посвящена анализу мультиаспектных информационныхсистем и методик их разработки. В рамках анализа выделен класс систем,определены его особенности и область применения. Анализ проводился напримере информационной системы кафедры вуза. В результате проведенногоанализа были сформулированы требования к архитектуре, процессуразработки, эксплуатации и модернизации мультиаспектнойинформационной системы.9Был проведен обзор типовых МАИС, в результате которого выявленоотсутствие мультиаспектных систем, удовлетворяющих поставленнымтребованиям из-за больших временных и трудозатрат на модернизацию инаращивание. Был рассмотрен вариант создания МАИС на основетехнологии ERP-систем и сделан вывод о несоответствии ERP-технологиитребованиям к разработке МАИС из-за жесткости определения структурыбизнес-процессов.Был проведен сравнительный анализ существующих технологий(моделей) разработки информационных систем, в результате которого былсделан вывод о неэффективности их использования для систем данногокласса. Были рассмотрены следующие технологии разработки: каскаднаямодель, инкрементная модель, макетирование (прототипирование),спиральная модель, компонентно-ориентированная модель, модель быстройразработки приложений, экстремальное программирование,унифицированный процесс разработки (RUP). Был сделан вывод онеобходимости создания новой технологии разработки и модернизациисистем данного класса.Было проведено исследование зависимости трудозатрат на создание имодернизацию информационной системы от различных параметров.Исследование базировалось на анализе стоимостной модели СОСОМО II,предложенной Боэмом. На основании полученных зависимостей был сделанвывод о необходимости декомпозиции системы на простые типовыекомпоненты.Был проведен сравнительный анализ методов декомпозиции длямультиаспектных информационных систем. Исследовалась декомпозиция намодули и декомпозиция на объекты. Оценка пригодности перечисленныхметодов декомпозиции для разработки МАИС выполнялась на основе метриксвязности и сцепления, а также объектных метрик. Была выявленанеэффективность стандартных методов декомпозиции для данного классасистем, поскольку при сокращении трудозатрат на разработку компонентов10существенно возрастают трудозатраты на разработку межмодульногоинтерфейса.В качестве альтернативы стандартным методам декомпозиции былпредложен аспектный подход для создания мультиаспектныхинформационных систем. Сформулированы его основные положения итребования:1) представление МАИС объединением аспектов ее пользователей;2) возможность независимой разработки функциональных задач;3) однозначность составления описаний задач;4) независимость структуры данных и алгоритмов;5) возможность реализации хранилища данных на реляционных СУБД. На основании сделанного вывода об отсутствии теоретической базы дляразработки мультиаспектных информационных систем былисформулированы цели диссертационной работы:1) теоретическое обоснование возможности применения аспектногоподхода для создания наращиваемых информационных систем,2) создание методики разработки и модернизации мультиаспектныхинформационных систем в рамках аспектного подхода,3) исследование эффективности предложенной методики.Во второй главе сформулированы теоретические положения аспектногоподхода к построению мультиаспектных информационных систем.Сформулирован принцип декомпозиции на аспекты и задачи. Определенытребования к процессу проектирования для достижения свойстводнозначности построения структур данных и однозначности построенияалгоритмов при независимой разработке задач информационной системы.Доказана лемма о том, что для достижения свойства однозначностипостроения структур данных необходимо и достаточно провестидекомпозицию на атомарные реквизиты, указать полное множествофункциональных зависимостей, определенных на множестве атомарных11реквизитов, и применить однозначное преобразование множеств реквизитови функциональных зависимостей в множество структур данных.Доказана лемма о том, что свойство однозначности построенияалгоритма будет достигнуто, если выполняются следующие условия:1) выполняется свойство однозначности построения структур данных;2) описание алгоритма составляется как последовательность выполненияоператоров, управляемая готовностью данных;3) операторы выделяются на основе алгоритмических зависимостей иобладают функциональной связностью;4) между множеством входных данных и результатом существуетединственная последовательность операторов;5) при построении алгоритма учитываются все алгоритмическиезависимости между входными, выходными и промежуточными данными.Разработана модель представления алгоритма задачи на основе графатехнологии. Приведено формальное описание и графическое представлениеграфа технологии. Разработана модель представления алгоритмо-ориентированнои структуры данных. Приведено формальное описание играфическое представление моделей. Доказана возможность преобразованиямодели данных в модель графа технологии. Разработаны требованияаспектного подхода для построения корректного графа технологии:включения всех ограничений и единственности пути. Разработанытребования аспектного подхода для построения алгоритмо-ориентированноиструктуры данных: включения всех ограничений и единственности пути.Разработана аспектная грамматика для составления спецификаций наоснове графа технологии. Доказано взаимно-однозначное соответствиемежду алгоритмом, заданным графом технологии, и спецификацией,построенной на основе аспектной грамматики.В третьей главе разработаны принципы построения алгоритмоориентированнои структуры данных аспектного подхода. Разработан иисследован процесс формализации описания структуры данных. Разработаны12этапы построения алгоритмо-ориентированной структуры данных. Доказановыполнение требований аспектного нодхода для алгоритмо-ориентированнойструктуры данных (единственность пути и включение всех ограничений).Доказана возможность реализации алгоритмо-ориентированнойструктуры данных с помощью реляционной базы данных. Разработантиповой набор схем отношений реляционной базы данных и правила егосоставления. Доказаны свойства реляционной модели алгоритмо-ориентированной структуры данных: соответствие третьей нормальнойформе, соединение без потерь и сохранение зависимостей.В четвертой главе разработана методика проектирования МАИС. Предложена последовательность выполнения этапов проектирования, ихисполнители, входные и выходные данные для каждого этапапроектирования. Разработан алгоритм построения структуры базы данных наоснове формальных правил, описанных в третьей главе. Разработан язык длязадания правил вычисления реквизитов понятий базы данных.Разработана методика описания графа технологии для задания алгоритмазадачи. Сформирован базовый набор типовых функций графа технологии.Разработаны методики построения графа технологии для решения задачпросмотра, удаления, добавления и редактирования реквизитов понятий базыданных. Разработана структура информационной системы, обладающаясвойствами, описанными во второй главе. Разработан алгоритм построенияспецификации задачи на основе графа технологии. Сформирован базовыйнабор операторов спецификации. Разработан алгоритм работыинтерпретатора для выполнения спецификации задачи.В пятой главе проведен сравнительный анализ мультиаспектнойинформационной системы, построенной с применением предложеннойметодики, и информационной системы АСУ Кафедра, построенной на основереляционной базы данных. Практическая реализация рассмотрена на примереинформационной системы кафедры вуза. По результатам сравнения этаповразработки было выявлено, что аспектный подход имеет преимущества.13поскольку позволяет выполнять автоматически: нормализацию схемы базыданных, построение датологической модели, составление запросов к базеданных, создание пользовательского интерфейса, реализацию алгоритмовзадач и компонентов базы данных. При аспектном подходе добавление новыхзадач выполняет конечный пользователь без привлечения проектировщикабазы данных, разработчика интерфейса и программиста. При измененииструктуры данных в МАИС нет необходимости изменять существующиезапросы к базе данных, изменение спецификаций базы данных выполняетсяавтоматически.Были определены типовые задачи модернизации. На основанииколичества задач модернизации, выполненных за учебный год, полученыследующие данные: трудозатраты на модернизацию сократились на 75%,87,5% задач модернизации было выполнено конечным пользователем безпривлечения разработчиков. Оценка времени выполнения запросов к базеданных при выполнении задач в АСУ Кафедра и МАИС показала, что этовеличины одного порядка. Были сделаны выводы об эффективностииспользования новой методики для построения мультиаспектныхинформационных систем.В заключении сформулированы основные результаты диссертационнойработы.Апробация работы: содержание отдельных разделов и диссертации вцелом было доложено:- на научных семинарах кафедры системы обработки информации иуправления МГТУ им. И.Э.Баумана;- на одиннадцатой международной научной конференции попроблемам книговедения «Книга и мировая цивилизация».Публикации: основные результаты диссертационной работыопубликованы в 8 печатных работах.14Результаты диссертационной работы были внедрены:- на кафедре автоматизированных систем и вычислительной техникиМосковского Государственного Университета Пищевых Производствпри разработке автоматизированной системы комбинатахлебопродуктов (АИС КХП);- в ОАО научно-исследовательском институте систем автоматизациипри разработке автоматизированных систем управления специальногоназначения (АСУ СН).