Средства оперативной формализации проектных решений в концептуальном проектировании автоматизированных систем тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.12, кандидат технических наук Валюх, Вероника Валерьевна

• Валюх, Вероника Валерьевна
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Валюх, Вероника Валерьевна

Введение.

Глава первая. ФОРМАЛИЗАЦИЯ ПОНЯТИЙНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В ООАИ.

1.1 Формирование нормативных проектных решений в разработках АС.

1.2 Тематический обзор методов н средств формализации проектных документов.

1.2.1 Системы управления проектированием ЛС.

1.2.2 Средства автоматизированного анализа требований.

1.2.3 Языки формальных спецификаций и средства их обработки.

1.2.3.1 Языки формальных спецификаций алгебраической семантики.

1.2.3.2 Языки формальных спецификаций моделеориентированной семантики.

1.2.3.3 Графические языки проектирования САПР.

1.2.3.4 Языки исполнимых спецификаций.

1.3 Семантические представлении принимаемых решений средствами языка предикатов первого порядка.

1.3.1 Вопросно-ответное моделирование рассуждений.

1.3.2 Место формализации в QA-подходе к проектной деятельности.

1.4 Задача исследований и разработок системы средств оперативной формализации проектных решений.

1.4.1 Обобщённая формулировка задачи исследований.

1.4.2 Вопросно-ответный анализ задачи исследований.

1.5 Выводы по ПЕРВОЙ ГЛАВЕ.

Глава 2. ПРОЛОГОПОДОБНАЯ ФОРМАЛИЗАЦИЯ В КОНЦЕПТУАЛЬНОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ.

2.1 Модели предложений естественно-профессионального языка.

2.1.1 Модели предложений русского языка.

2.1.2 Модели предложений английского языка.

2.2 Язык прологоподобпой формализации.

2.3 Выводы по ВТОРОЙ ГЛАВЕ.

Глава третья. МЕТОДИКИ РЕШЕНИЯ ЗАДА Ч ОПЕРА ТИВНОЙ ФОРМАЛИЗАЦИИ.

3.1 Место оперативной формализации в QA-процессе концептуального проектирования

3.1.1 Концептуальные модели.

3.1.2 Вопросно-ответные модели.

3.1.3 Операционная обстановка рабочего словаря.

3.1.4 Динамика процессов сборки.

3.2 Задачи оперативной формализации проектных решений.

3.2.1 Структуризация действий.

3.2.2 Распознавание переводных соответствий.

3.2.3 Задача преобразования многосоставных сложных предложений.

3.2.3.1 Конструкции с однотипной синтаксической связью.

3.2.3.2 Конструкции с комбинированной синтаксической связью.

3.3 Методики «Рабочего Словаря».

3.4 Методики «Логического Процессора».

3.5 Оценка повышения стенепн обнаружения ошибок.

3.6 Выводы по ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ.

ГЛАВА 4. КОМПЛЕКС СРЕДСТВ ОПЕРАТИВНОЙ ФОРМАЛИЗАЦИИ.

4.1 Подсистема «Рабочий Словарь».

4.1.1 Описание логической структуры. Алгоритмы программы.

4.2 Программная реализация компонента «Рабочий Словарь».

4.2.1 Состав программного комплекса.

4.2.2 Интерфейс пользователя.

4.2.3 Диаграммы классов.

4.2.4 Структура базы данных «Рабочего Словаря».

4.3 Логическая структура «Логического Процессора».

4.3.1 Запуск «Логического процессора» из «Рабочего Словаря».

4.3.2 Структура программных модулей «Логического процессора».

4.3.3 Описание таблиц базы данных Логического Процессора.

4.3.4 Основные этапы построения формулы сложного предложения.

4.3.4.1 Разбор сложного предложения на пары главных и зависимых предложений.

4.3.4.2 Выявление типов логических связен между простыми предложениями в парах.

4.3.4.3 Выбор шаблона формулы логики предикатов для пары.

4.3.4.4 Составление обобщенной формулы на языке логики предикатов для сложного предложения 169 4.3 Интерфейс пользователя.

4.5 Выводы по ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Средства оперативной формализации проектных решений в концептуальном проектировании автоматизированных систем»

Одной из принципиальнейших проблем современной программной инженерии считается чрезвычайно низкая степень успешности (около 30%) разработок автоматизированных систем (АС), интенсивно использующих программное обеспечение (ПО).

Основными источниками негативных воздействий на процессы разработки АС и результаты таких процессов являются ошибки в формулировках требований и определении спецификаций, неприемлемая степень неопределённостей в формулировках требований, дефекты и пропуски в систематизации требований и спецификаций, а также родственные названным причинам негативы в архитектурных описаниях АС и деталях концептуального проекта.

У всех отмеченных негативных воздействий на степень успешности разработок АС есть общая причина, связанная, во-первых, с максимально свободным употреблением естественно-профессионального языка (ЕПЯ), способствующим творческим проектным решениям, а во-вторых, обусловленная свободой высокая степень неоднозначности употреблений ЕПЯ в рассуждениях проектировщиков и описаниях проектных решений, которые ими создаются.

Препятствовать свободному употреблению ЕПЯ в актах принятия проектных решений нельзя, а значит, регистрируя рассуждения и тексты, использованные в построениях проектных решениях, затем их следует обрабатывать, нацеливая обработку на снижение негативных воздействий, отмеченных выше.

Одним из направлений обработки считают использование специальных искусственных языков, позволяющих повысить степень определённости в описаниях требований, ограничений, архитектурных решений и других деталей концептуального проекта. К числу таких языков относятся, например, OBJ (алгебраическая нотация), SDL, Estelle (исполнимые спецификации), Z, В 5 моделе-ориентированная нотация), UML, DFD, Сети Петри (графические языки).

Использование в практике программной инженерии большого количества формальных языков указывает на то, что, во-первых, вопросы, связанные с унифицированными средствами формализации проектных решений пока ещё не получили необходимых ответов и, во-вторых, что исследования в области формализации проектных решений сохраняют свою актуальность.

Интересы диссертационной работе сосредоточены на оперативной формализации проектных решений, порождаемых в коллективной разработке АС. Оперативность формализации подразумевает пошаговое построение формальных описаний для проектных решений, связанных с построением структурированных концептуальных моделей АС или её частей.

Область исследований. Инструментально-технологическое обеспечение работ по формированию требований к АС, определению спецификаций АС и её составляющих, построению архитектурных описаний АС и других деталей её концептуального проекта.

В диссертационной работе сформулирована и решена задача, которая вносит в представленную область исследований новые теоретические и практические результаты. На формулировку постановку задачи исследований оказали влияние выбор и определения объекта и направления исследований.

Функции объекта исследований было решено возложить на методы и средства формализации проектных решений в корпоративных средах автоматизированного проектирования АС.

Направление исследований в работе связано с оперативной формализацией проектных решений, позволяющей накапливать составляющие формального описания по ходу построения и естественно-языкового описания частей структурированных проектных решений

Предметом исследований диссертационной работы являются средства оперативной формализации, построенные на основе имитации машинного 6 перевода текстовых описаний проектных решений и их составляющих и приводящие к повышению степени успешности разработок АС, в первую очередь за счёт своевременного обнаружения и исправления ошибок в описаниях решений.

Цель исследований направлена на создание комплекса средств оперативной формализации проектцых решений, использующего автоматизированный перевод естественно-языковых описаний на прологоподобный язык семантики в такой версии, которая позволяет снизить расходы на разработку АС, сократить время разработки, повысить её результативность и качество.

Для достижения намеченной цели потребовалось решение следующих задач: £

1. Разработать язык оперативной формализации L , удобный для проектировщиков и позволяющий автоматизировать переход от описаний проектных решений на ЕПЯ к прологоподобному языку Lp их семантики, причём с возможностью автоматизированной коррекции исходных ЕПЯ-описаний.

2. Разработать и исследовать метод оперативной формализации проектных решений, сущность которого определяет автоматизированная имитация машинного перевода, вводящая в процесс концептуального проектирования АС ряд положительных эффектов.

3. Разработать набор методик, обеспечивающих решение задач оперативной формализации проектных решений в рамках вопросно-ответной модели технологий разработки АС.

4. Разработать комплекс инструментально-технологических средств, обеспечивающий реализацию оперативной формализации проектных решений в рамках технологий разработки АС.

На научную новизну претендуют:

1. Язык оперативной формализации проектных решений L*, в основу 7 которого положена система моделей сложных предложений естественно-профессионального языка, для каждой из которых существует адекватный эквивалент языка логики предикатов первого порядка, что позволяет автоматизировать процесс оперативной формализации проектных решений по ходу их построения.

2. Метод оперативной формализации проектных решений, применение которого осуществляется в форме автоматизированной имитации машинного перевода описаний проектных решений с естественно-профессионального языка на прологоподобный язык их семантики, что способствует оперативному выявлению ошибок в решениях и их своевременной коррекции, а также снижению степени неопределённости проектных решений в актах понимания и актах материализации по ходу жизненного цикла АС.

3. Библиотека переводных грамматических соответствий, определяющая для каждого типового сложного естественно-языкового предложения, состоящего из двух простых предложений, его эквивалент на языке логики предикатов первого порядка, применение которой не требует специальных лингвистических знаний от лица, проводящего оперативную формализацию проектных решений.

4. Набор методик оперативной формализации проектных решений, обеспечивающий рациональную реализацию метода оперативной формализации, в том числе и в тех случаях, когда общее формальное описание проектного решения накапливается шаг за шагом из результатов оперативной формализации для составляющих этого решения.

Методы исследований основаны на использовании методов машинного перевода, логики предикатов, теории и практики автоматизированного проектирования, методологии объектно-ориентированного анализа, проектирования и программирования.

Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием достоверных знаний, методов и средств из логики,, теории машинного перевода, 8 прикладной информатики и программной инженерии. Практический вклад в достоверность подтверждается включением разработанных средств в опытно-конструкторскую разработку.

Теоретическую значимость исследования определяют:

1. Исследования грамматик русского и английского языков, позволившие для каждого из этих языков построить представительную коллекцию переводных соответствий между сложными предложениями из двух простых предложений и их аналогами на языке логики предикатов первого порядка.

2. Обоснования метода оперативной формализации проектных решений, открывающего возможность для лица, не обладающего специальными лингвистическими знаниями, произвести переход от естественно-языковых описаний проектных решений к формальным описаниям их семантики на прологоподобном языке.

Практическую ценность работы составляет разработанный комплекс средств оперативной формализации, позволяющий формировать для каждого проектного решения связную совокупность его естественно-языкового и первопорядкового описаний, а при необходимости и его графического описания.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Грамматика языка оперативной формализации проектных решений, в которой используются только модели сложных предложений, состоящих из двух простых предложений, дополненная правилами преобразования любых сложных предложений в грамматику языка L*, имеет потенциал, достаточный для формализации любых описаний проектных решений в разработке АС.

2. Метод оперативной формализации проектных решений, адаптированный к его пошаговому применению в корпоративной сети, позволяет осуществлять согласованную формализацию проектных решений группой проектировщиков АС.

Реализация и внедрение результатов работы. Разработанные программные средства и комплекс методик включены в ОКР, выполненную в ФНПЦ ОАО «НПО «Марс».

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: «Interactive Systems», 2003г. (г. Ульяновск), «Вузовская наука в современных условиях», 2004г., 2006 г. (г. Ульяновск, УлГТУ), «Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроинформатика в науке и технике», 2004г. (г. Ульяновск), «Проблемы лингвистики, лингводидактики и межкультурной коммуникации», 2004 г. (г. Ульяновск), «Interactive Systems And Technologies», 2005г. (г. Ульяновск), «Актуальные задачи лингвистики, лингводидактики и межкультурной коммуникации», 2006 г. (г. Ульяновск), «Информационно-математические технологии в экономике, технике и образовании», 2006г. (г. Екатеринбург).

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав с выводами, заключения, библиографического списка использованной литературы.

Заключение диссертации по теме «Системы автоматизации проектирования (по отраслям)», Валюх, Вероника Валерьевна

4.5 Выводы по ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ

1. Реализацию процесса формализации текстов проектных решений и их частей целесообразно разделить на этап автоматического разбиения простых предложений на пары и определение связей между ними, и на этап автоматизированной коррекции и дополнений пользователя в ручном режиме.

2. Новое понятие (в виде субъекта) или новые варианты употребления понятия (в виде простого предложения), как результат предикативного анализа, необходимо включать в онтологию проекта

3. Проверка целесообразности включения нового варианта употребления понятия в словарь проекта, а также определение зависимых от него понятия или понятий, для которых данное является зависимым, должна производиться отдельно от работы по формализации текстовых единиц проектных решений.

4. Включение средств визуализации в реализацию «Лингвистического процессора» и «Логического процессора» позволяет ввести в процесс оперативной формализации дополнительные положительные эффекты: возможность оперативной коррекции результатов формализации; удобная рабочая обстановка, позволяющая эффективно использовать систему окон и закладок, содержащих как результаты формализации, так и справочную информацию, в число которой в том числе включены: элементы интерактивного выбора шаблона формулы из библиотеки, получение морфологических характеристик выбранного слова, определение и корректировка главного и зависимых предложений.

Заключение

Подводя обобщающий итог диссертационному исследованию и практическим разработкам, реализованным на базе результатов исследований можно утверждать следующее:

Цель исследований, направленная на создание комплекса средств оперативной формализации проектных решений, использующего автоматизированный перевод естественно-языковых описаний на прологоподобный язык семантики в такой версии, которая позволяет за счёт своевременного обнаружения ошибок в очереди (очередь сокращается « в 2 раза) уменьшить время проектирования АС, снизить расходы на ее разработку достигнута.

Получены научные результаты:

1. Язык оперативной формализации проектных решений L*, в основу которого положена система моделей сложных предложений естественно-профессионального языка, для каждой из которых существует адекватный эквивалент языка логики предикатов 1 первого порядка, что позволяет автоматизировать процесс оперативной формализации проектных решений по ходу их построения.

2. Метод оперативной формализации проектных решений, применение которого осуществляется в форме автоматизированной имитации машинного перевода описаний проектных решений с естественно-профессионального языка на прологоподобный язык их семантики, что способствует оперативному выявлению ошибок в решениях и их своевременной коррекции, а также снижению степени неопределённости проектных решений в актах понимания и актах материализации решений по ходу жизненного цикла АС.

3. Библиотека переводных грамматических соответствий, определяющая для каждого типового сложного естественно-языкового предложения, состоящего из двух простых предложений, его эквивалент на языке логики предикатов первого порядка, применение которой не требует специальных

175 лингвистических знаний от лица, проводящего оперативную формализацию проектных решений.

4. Набор методик оперативной формализации проектных решений, обеспечивающий рациональную реализацию метода оперативной формализации с использованием элементов распознавания образов, в том числе, и в тех случаях, когда общее формальное описание проектного решения накапливается шаг за шагом из результатов оперативной формализации для составляющих этого решения.

Практическую ценность работы составляет разработанный комплекс средств оперативной формализации, позволяющий формировать для каждого проектного решения связную совокупность его естественно-языкового и первопорядкового описаний, а при необходимости и его графического описания.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Валюх, Вероника Валерьевна, 2008 год

1. Ameos/UML: Официальный сайт. Режим доступа: http://www.aonix.de/ameos.html

2. Amzi Inc. : Официальный сайт. Режим доступа: www.amzi.com

3. ARM Tools: Официальный сайт. Режим доступа:// http://satc.gsfc.nasa.gov/tools/arm/

4. ARTiSAN Real-Time Studio: Официальный сайт. Режим доступа: http://www.artisansw.com/

5. Baumeister Н. Using algebraic specification languages for model-oriented specifications, Februar 1996. : Статья. Режим доступа: http://www.mpi-sb.mpg.de/~hubert/publications/

6. Bittner K., Spence I. Establishing the Vision for Use Case Modeling.: Статья. -Режим доступа: // http://www.awprofessional.com/articles/index.asp?st=42008

7. Borland Inc.: Официальный сайт. Режим доступа: www.borland.com

8. Bowen J.P., M.G.Hinchey Ten Commandments of Formal Methods: Статья. Режим доступа: http://www.jpbowen.com/pub/10cs.pdf

9. Bowen J.P., M.G.Hinchey Ten Commandments Revisited.: Статья. Режим доступа: www.jpbowen.com/pub/fmics05 .pdf

10. Brainstorming is politically correct.: Статья. Режим доступа: http://www.greencomms.com/index.isp7M 00&s=l 111

11. Brainstorming.: Статья. Режим доступа: //http://en.wikipedia.org/wiki/Brainstorming

12. Budkowski S., Dembinski P., Diaz M. ISO standardized description technique ESTELLE.: Статья. Режим доступа:http://www.cs.uga.edu/~kochut/Teaching/8060/presentations/papers/protocols

13. Butler M. Introductory Notes on Specification with Z.: Статья. Режим доступа: http://academic.bowdoin.edu/courses/s05/csci260/readings/ztutorial.pdf

14. Calculus of communication systems (by R. Milner): Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.cl.cam.ac.uk/~rml35/

15. Carter G., Monahan R. Software Specification, Implementation and Execution with Perfect: Официальный сайт. Режим доступа: http://www.cs.nuim.ie

16. Chrzaszcz J., Jouannaud J.P. From OBJ to ML to Coq: Статья. Режим доступа: http://www.lix.polytechnique.fr/~jouannaud/articles/objmlcoq.pdf

17. Computer Networks and Communication Systems //http://www7.informatik.uni-erlangen.de

18. Covington M.A. A Fundamental Algorithm for Dependency Parsing: Статья. Режим доступа: http ://www.ai .uga.edu/тс/dparser/dgpacmnew.pdf

19. CZT проект: Официальный сайт. Режим доступа: http://czt.sourceforge.net/

20. Diagrams and Prolog.: Статья. — Режим доступа: http://www.minervaeurope.org/publications/dap/dap.pdf

21. Elementary-REAL.: Официальный ■ сайт. Режим доступа: http://www.ict.nsc.ru/ru/sci/rep98/mnf.html23.