Взаимные преобразования структурных и объемно-ориентированных проектов программного обеспечения информационных систем на основе их обобщенной модели тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.11, кандидат технических наук Богословская, Наталья Валентиновна

• Богословская, Наталья Валентиновна
• кандидат технических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат технических наук Богословская, Наталья Валентиновна

Введение

1. Модели структурного и объектно-ориентированного анализа

1.1. Модель «сущность-связь»

1.2. Модели системного структурного анализа

1.3. Концептуальная модель

1.4. Модель объектно-ориентированного анализа

1.5. Выводы

2. Обобщенная модель

2.1. Механизмы абстракции

2.2. Механизмы классификации понятий и отношений

2.3. Элементы и агрегаты данных

2.4. Отношения (связи) между информационными объектами

2.5. Средства спецификации процессов

2.6. Структурные отношения процессов

2.7. Спецификация потока управления

2.8. Спецификация окружения и именование элементов ОМ

2.9. Выводы

3. Методы взаимного преобразования моделей

3.1. Преобразование модели «сущность-связь» к обобщенной модели

3.2. Преобразование моделей ССА к обобщенной модели

3.3. Преобразование концептуальной модели к обобщенной модели

3.4. Преобразование диаграмм классов к обобщенной модели

3.5. Преобразование диаграммы объектов к обобщенной модели

3.6. Преобразование диаграммы прецедентов к обобщенной модели

3.7. Преобразование спецификаций вычислительного процесса ООА к обобщенной модели

3.8. Преобразование обобщенной модели к модели сущность-связь

3.9. Преобразование обобщенной модели к модели КМ

3.10. Преобразование спецификаций данных из обобщенной модели в модель ООА

3.11. Преобразование спецификаций вычислительного процесса из обобщенной модели в модель ООА

3.12. Выводы

4. Инструментальные средства и примеры преобразования проектной информации

-34.1. Реализация алгоритмов преобразований

4.2. Структура вспомогательных репозиториев

4.3. Описание делового процесса «Перевод пациентов»

4.4. Эскизный проект подсистемы «Учет движения пациентов»

4.5. Преобразование эскизного проекта к обобщенной модели

1 «гХ

I Ч 4.6. Преобразование обобщенной модели в объектно-ориентированный проект подсистемы «Учет движения пациентов»

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Взаимные преобразования структурных и объемно-ориентированных проектов программного обеспечения информационных систем на основе их обобщенной модели»

Актуальность работы. Создание и широкое внедрение автоматизированных информационных систем (АИС) и автоматизированных систем управления (АСУ) является актуальной задачей, решение которой позволит в значительной мере повысить экономическую эффективность функционирования производственных систем и систем непроизводственного назначения. Основными препятствиями, возникающими на пути создания подобного рода систем, являются сложность и высокая трудоемкость их проектирования, разработки, внедрения, сопровождения, модификации и эксплуатации.

Для решения указанных проблем могут быть предложены модели и методы, позволяющие автоматизировать работы по созданию автоматизированных информационных систем на протяжении всего их жизненного цикла, положенные в основу современных CASE-систем (CASE -Computer Aided Software Engineering).

В настоящее время существует несколько несогласованных друг с другом методологий описания предметных областей и проектирования программных систем, а также большое количество CASE-систем, реализующих и поддерживающих эти различные методологии. Задачи сопоставления мощности используемых выразительных средств, взаимного конвертирования моделей, созданных с использованием различных методологий, представляют значительный научный и практический интерес.

Разработка методов взаимного конвертирования и обобщения моделей позволит обеспечить переносимость и повторное использование проектов информационных систем. Это особенно важно из-за происходящего в настоящее время быстрого внедрения объектно-ориентированных методов анализа и проектирования, вытесняющих структурные методы.

Создание методов взаимного преобразования структурных и объектно-ориентированных проектов, в том числе сделает возможным: при модернизации существующих систем конвертировать структурные проекты в объектно-ориентированные и продолжать разработку в соответствии с современными методами объектно-ориентированного анализа и проектирования; вести «двунаправленное» проектирование, т.е. поддерживать одновременно структурный и объектно-ориентированный «взгляды» на систему.

Задачи работы.

Для решения поставленной проблемы необходимо решить следующие основные задачи:

1) выполнить формализацию моделей, используемых в настоящее время при разработке программного обеспечения;

2) произвести сопоставление выразительных средств данных моделей, предложить модель, обобщающую возможности рассмотренных моделей;

3) разработать набор правил приведения понятий и конструкций моделей к обобщенной модели, предложить обратные преобразования;

4) выполнить анализ свойств преобразований, состоящих в сохранение корректности исходных моделей после их преобразования;

5) разработать инструментальные средства для взаимного конвертирования структурных, объектно-ориентированных моделей и обобщенной модели.

Методы исследования.

Для решения поставленных в работе задач используются методы теории множеств, теории графов, логики, математической логики, теории алгоритмов, теории формальных языков.

Научная новизна работы состоит в следующем: разработана обобщенная модель проектирования программного обеспечения информационных систем, включающая понятия и отношения, используемые как в рамках структурной, так и объектно-ориентированной методологии; предложены алгоритмы преобразования структурных и объектно-ориентированных моделей к обобщенной модели, для которых доказано сохранение корректности проекта после его преобразования; предложены обратные преобразования, позволяющие переходить от структурных моделей к объектным моделям и, наоборот, посредством обобщенной модели.

Практическая ценность работы состоит в следующем: разработаны исследовательские прототипы программных средств, обеспечивающих конвертирование проектов программного обеспечения автоматизированных информационных систем; предложены методики, обеспечивающие переход от структурных проектов к объектно-ориентированным и наоборот, основанные на применении созданных программных средств совместно с CASE-продуктами, представленными на современном рынке про1раммного обеспечения.

Реализация и внедрение результатов работы.

Основные теоретические положения, практические результаты работы и инструментальные средства были внедрены и использованы при разработке программного комплекса моделей в ФГУП КБ «Арсенал» им. М.В.Фрунзе, при разработке проекта корпоративной информационной системы в ЗАО «Эврика», при выполнении работ по гранту РФФИ "Разработка метамоделей, методов, инструментальных средств и технологии конвертации проектов информационных систем, созданных в соответствии с различными методологиями в различных CASE-системах" (номер проекта 00-07-90344-в), а также в учебном процессе Санкт-Петербургского Государственного университета аэрокосмического приборостроения и Международного банковского института.

Апробация работы:

Основные положения и некоторые результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:

1) Научная военно-техническая конференция «Военная радиоэлектроника: проблемы создания и совершенствования радиоэлектронной техники, подготовка специалистов», СПВУРЭ ПВО, 1998 г.

2) Первая научная сессия аспирантов ГУАП, СПб., 1998 г.

3) Вторая научная сессия аспирантов ГУАП, СПб., 1999 г.

4) Третья научная сессия аспирантов ГУАП, СПб., 2000 г.

5) 10-ый Международный банковский конгресс. Международная научно-практическая конференция «Образование и бизнес: российская практика и зарубежный опыт», СПб., 2001 г.

6) Первая международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы экономики и новые технологии преподавания», МБИ, СПб., 2002 г.

7) Вторая международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы экономики и новые технологии преподавания», МБИ, СПб., 2003 г.

8) Международная научно-методическая конференция «Управление качеством в современном вузе», Санкт-Петербург-Калуга, 2003 г.

Положения, выносимые на защиту:

1) обобщенная модель, позволяющая проектировать программное обеспечение информационных систем как с помощью структурного, так и объектно-ориентированного подходов;

2) алгоритмы преобразования моделей структурного и объектно-ориентированного анализа к обобщенной модели, сохраняющие свойства корректности, которые обеспечивают в дальнейшем получение корректных структур баз данных и программных спецификаций;

3) обратные преобразования, позволяющие транслировать конструкции структурных моделей в объектно-ориентированные и, наоборот, посредством их приведения к обобщенной модели;

4) прототип подсистемы конвертирования, обеспечивающий преобразование программных проектов на уровне репозиториев CASE-систем.

Публикации:

Основные результаты работы опубликованы в 10 печатных работах.

Диссертация состоит из введения, 4 разделов, заключения, библиографического списка (100 наименований), имеет общий объем 120 машинописных страниц, содержит 20 таблиц и 20 рисунков.

Заключение диссертации по теме «Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей», Богословская, Наталья Валентиновна

Заключение

В диссертационной работе сформулирована и решена научно-техническая проблема взаимного преобразования проектов информационных систем, созданных в соответствии с различными методологиями проектирования. Для решения этой проблемы была произведена формализация моделей «сущность-связь», структурного системного анализа, концептуальных моделей, моделей объектно-ориентированного анализа. По результатам сопоставления объемов понятий, используемых в перечисленных выше моделях, сформирована обобщенная модель, позволяющая создать спецификации проектов, описанных перечисленными выше моделями.

Разработаны способы преобразования моделей «сущность-связь», структурного системного анализа, концептуальных, объектно-ориентированных, а также обратные преобразования. Доказаны свойства преобразований, состоящие в сохранении корректности исходной модели. •

Разработанная обобщенная модель и способы преобразования моделей позволят обеспечить переносимость и повторное использование проектов информационных систем, созданных в нотации структурного системного анализа и объектно-ориентированного анализа.

Разработанная обобщенная модель и методы взаимного преобразования моделей апробированы и использованы при выполнении эскизного и технического проектирования автоматизированной информационной системы военных лечебных учреждений (поликлиника, госпиталь, санаторий), а также для спецификации программного комплекса моделей, имитирующих внешние системы бортовой управляющей ЭВМ. t

В настоящей работе рассмотрение моделей объектно-ориентированного анализа ограничено средствами необходимыми и достаточными для разработки программного обеспечения информационных систем. Возможным направлением дальнейших исследований данной области является разработка взаимных преобразований указанных выше моделей, расширенных для спецификаций систем реального времени.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Богословская, Наталья Валентиновна, 2003 год

1. Andre J., Delpech P. Moving from-Merise to Shlaer-Mellor//Objects in Europe. Vol.1, No.3.

2. Barker R. CASE*Method. Entity-Relationship Modelling. Copyright Oracle Corporation UK Limited, Addison-Wesley Publishing Co., 1990.

3. Barker R. CASE*Method. Function and Process Modelling. Copyright Oracle Corporation UK Limited, Addison-Wesley Publishing Co., 1990.

4. Bogoslovskaya N.V. The generalizing model of information systems. //Scientific-pracrical conference "Actual problems of economy and new technologies of teaching" (Smimoskie chteniya). St.-Petersburg: IBI, 2003, p. 85 -87.

5. Booch G. Object-Oriented Analysis and Design with Applications, 2nd ed. -Redwood City, С A: Benjamin / Cummings, 1994.

6. DeMarco T. Structured Analysis and System Specification. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 1979.

7. Fenton N., Pfleeger S. Software Metrics: A Rigorous and Practical Approach, 2nd ed. Boston, MA: PWS, 1997.

8. Gane C. and Sarson T. Structured System Analysis. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 1979.

9. Pooley R., Stevens P. Using UML: Software Engineering with Objects and Components. Reading, MA: Addison-Wesley, 1999.

10. Schach S. Classical and Object-Oriented Software Engineering, 4th ed. New York: McGraw-Hill, 1999.

11. Shaw M. Abstraction Technique in Modern Programming Languages//IEEE Software. 1984, Vol.l(4).

12. Shlaer S., Mellor S. Object Life Cycles: Modelling the Word in States. Englewood Cliffs, NJ: Yourdon Press,. 1992.

13. Yourdan E. Modern Structured Analysis. Prentice-Hall Int .Ed., 1989.

14. Аверкин A.H., Батыршин И.З., Блишун А.Ф., Силов В.Б., Тарасов В.Б. Нечеткие множества в моделях управления и искусственного интеллекта. М.: Наука, 1986.

15. Агафонов В.Н. Спецификация программ: понятийные средства и их организация Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1990

16. Ахо А. Хопкрофт Д., Ульман Д. Структуры данных и алгоритмы. М.: Издательский дом «Вильяме», 2000.

17. Ахо А., Ульман Дж. Теория синтаксического анализа, перевода и компиляции. М.: Мир, т.1,2, 1978.

18. Барвайс Дж. Введение в логику первого порядка. Справочная книга по математической логике. М.: Наука, 1998.

19. Бердж В. Методы рекурсивного программирования/пер. с англ.- М.: Машиностроение, 1983.

20. Берж К. Теория графов и ее применения. М.: Издательство иностранной литературы, 1962.

21. Боггс У., Боггс М. UML Rational Rose. М., Лори. 2000.

22. Богословская Н.В. Альтернативный путь изучения языков программирования. //Вторая международная практическая конференция (Смирновские чтения). СПб.: МБИ, 2003, с.78-79,

23. Богословская Н.В. Классификация и обобщение элементов и отношений, используемых в современных CASE-технологиях. //Третья научная сессия аспирантов ГУАП. СПб.: ГУАП, 2000, с. 67-68.

24. Богословская Н.В. Метамодели методологий системного структурного анализа. //Первая научная сессия аспирантов ГУАП. СПб.: ГУАП, 1998, с. 250251.

25. Богословская Н.В. Метамодель методов разработки информационных систем //Первая международная практическая конференция (Смирновские чтения). — СПб.: МБИ, 2002, с.34-36.

26. Богословская Н.В. Механизмы абстракции в моделях программных систем. //Вторая научная сессия аспирантов ГУАП. СПб.: ГУАП, .1999, с. 46-47.

27. Богословская Н.В., Бржезовский А.В. О подходе к созданию обобщенной модели программного обеспечения. //Сборник «Теоретические и прикладные модели информатизации региона», Кольский научный центр РАН. Апатиты, 2000, с.89-92.

28. Богословская Н.В., Бржезовский А.В. Обобщенная модель для спецификации проектов информационных систем. //Приборостроение (Изв. вузов). №5, 2001, с.8-12.

29. Богословская Н.В., Бржезовский А.В. Обобщенная модель методов проектирования информационных систем. //Вестник молодых ученых. №7, 2001, с. 96-104.

30. Богословская Н.В., Бржезовский А.В., Витюк . Н.Г. Корпоративные хранилища данных. //Информационные технологии. №4,. 1997, с.11-14.

31. Бржезовский А.В., Жаков В.И., Путилов В.А., Фильчаков В.В. Синтез моделей вычислительного эксперимента. С-Пб.: Наука, 1992.

32. Брукшир Дж. Введение в компьютерные науки: общий обзор, 6-е издание.: Пер. с англ. М.: Издательский дом «Вильяме», 2001.

33. Буч Г. Объектно-ориентированное проектирование с примерами применения. -М.: Конкорд, 1992.

34. Буч Г. Объектно-ориентированный анализ и -проектирование. — С-Пб.: Невский диалект, 1998

35. Буч Г., Рамбо Д., Джекобсон А. Язык UML. Руководство пользователя. — М.: ДМК, 2000

36. Вебер Д. Технология Java в подлиннике: пер. с анг. СПб.: BHV-Санкт-Петербург, 1999.

37. Вендров A.M. CASE-технологии. Современные методы и средства проектирования информационных систем. -М.: Финансы и статистика, 1998

38. Гарсиа-Молина Г., Ульман'Д., Уидом Д. Системы баз данных. Полный курс.: Пер. с англ. М.: Издательский дом «Вильяме», 2003.

39. Гастев Ю.А. Гомоморфизмы и модели. М.: Наука, 1975.

40. Гейн К., Сарсон Т. Структурный системный анализ. М.: Эйтекс, 1992.

41. Гиг Дж. Прикладная общая теория систем.// В 2-х кн: М.: Мир, 1981.

42. Гома X. UML. Проектирование систем реального времени, распределенных и параллельных приложений:Пер. с анг-М., ДМК Пресс, 2002.

43. Грехэм Я. Объектно-ориентированные методы. Принципы и практика. — М.: Издательский дом «Вильяме», 2002.

44. Гусакова С.М., Финн В.К. Сходства и правдоподобный вывод.// Известия АН СССР. Техническая кибернетика. 1987, №5.

45. Даконта М., Саганич A., XML и Java 2 С-Пб.: Питер, 2001.

46. Дал У., Дейкстра Э, Хоар К. Структурное программирование. // Пер. с англ. М.: Мир, 1981.

47. Дейт К.Дж. Введение в системы баз данных Киев, М.: Диалектика, 1998

48. Дэйвисон Д. Многомероное шкалирование. Методы наглядного представления данных. М.: Финансы и статистика, 1988.

49. Зыков А.А. Основы теории графов. М.: Мир, 1987. ■

50. Йордан Э. Структурное проектирование и конструирование программ.// Пер. с англ. М.: Мир, 1979.

51. Йордан Э., Аргила К. Структурные модели в объектно-ориентированном анализе и проектировании. М.: Лори, 1999

52. Катленд Н. Вычислимость. Введение в теорию рекурсивных функций: Пер. с анг.-М.: Мир, 1983.

53. Келасьев В.И. Структурная модель мышления. СПб.: СПГУ, 1994.

54. Клини С.К. Введение в метаматематику. М.: ИЛ, 1957.

55. Кокорева Л.В., Малашинин И.И. Диалоговая система в управлении научными исследованиями и разработками/с предисловием С. В. Емельянова-М.: Наука, 1988.

56. Конноли Т., Бег К., Страчан А. Базы данных: проектирование, реализация и сопровождение. Теория и практика, 2-е изд.: Пер. с анг.: Уч пос. М.: Издательский дом «Вильяме», 2000.

57. Коуд П., Норт Д., Мэйфилд М. Объектные модели: стратегии, шаблоны и приложения. М.: Лори, 1999

58. Крэг Л. Применение UML и шаблонов проектирования. 2-е издание: Пер. с англ.-М.: Издательский дом «Вильяме», 2002.

59. Кузнецов О.П.,. Адельсон-Вельский Г.М. Дискретная математика для инженера.-М.: Энергоатомиздат, 1988.

60. Лавров С.С. Программирование. Математические основы, средства, теория-СПб.: БХВ-Петербург, 2001.-11661) Ларман К. Применение UML -М.: Издательский дом «Вильяме», 2000.

61. Лингер Р., Миллс X., Уитт Б. Теория и практика структурного программирования: Пер. с англ. М.: Мир, 1982.

62. Лисков Б., Гатэг Дж. Использование абстракций и спецификаций при разработке программ. // Пер. с англ. М.: Мир, 1989.

63. Маркин Б.Г. Анализ качественных признаков и структур-М.: Наука, 1980.

64. Маслов С.Ю. Теория дедуктивных систем. — М.: Наука, 1998.

65. Мейер Д. Теория реляционных баз данных: Пер. с анг.-М.: Мир, 1987.

66. Мендельсон Э. Введение в математическую логику.- М.: Наука, 1984.

67. Месарович М., Такахара.Я. Общая теория систем: математические основы. -М.: Мир, 1978.

68. Молокова О.С. Методология анализа предметных областей// Новости искусственного интеллекта. 1992, №3.

69. Морган М. Java2. Руководство разработчика.: Пер. с анг.: Уч. пос. М.: Издательский дом «Вильяме», 2000.

70. Новиков П.С. Элементы математической логики, М.:'Наука, 1989.

71. Орловский С.А. Проблемы принятия решения при нечеткой исходной информации. М.: Наука, 1981.

72. Орфали Р., Харки Д., Эдварде Д. Основы CORBA. -М.: МАЛИП, 1999

73. Паппас К. Полное руководство по Visual С++. Минск: Попурри, 1999

74. Питц-Моултис Н., Кирк Ч. XML: Современная технология создания документов для Internet. — С-Пб.: BHV-Санкт-Петербург, 2000.

75. Поспелов Д.А. Логические методы анализа и синтеза схем. М.: Энергия, 1968.

76. Пратт Т., Зелковиц М. Языки программирования: разработка и реализация — СПб.: Питер, 2002.

77. Росс Д. Структурный анализ язык для передачи понимания - М.: Мир, 1984.

78. Саати Т., Керне К. Аналитическое планирование. Организация систем- М.: Радио с связь, 1991.

79. Свинцов В.И. Логика. М.: Высшая школа, 1987-11781) Сергеев К.А. Логический анализ форм научного поиска.- СПб.: Наука, 1998.

80. Смальян Р. Теория формальных систем, М.: Наука, 1981.

81. Соммервиль Я. Разработка программного обеспечения. М.: Издательский дом «Вильяме», 2002.

82. Тей А., Грибомон П., Луи Ж. и др. Логический подход к искусственному интеллекту: от классической логики к логическому программированию.- М.: Мир, 1990.

83. Тейчроу Д., Херши Э. Методика структурированного документирования и анализа систем обработки, информации// Требования и спецификации в разработке программ.-М.: Мир, 1984.

84. Тиори Т., Фрай Дж. Проектирование структур баз данных М.: Мир, 1989.

85. Тыугу Э.Х. Концептуальное программирование. М.: Наука, 1984

86. Ульман Д., Уидом Д. Введение в системы баз данных: Пер. с анг.-М.: Издательство «Лори», 2000.

87. Фаулер М., Скотт К. UML в кратком изложении. Применение стандартного языка объектного моделирования. -М.: Мир, 1999

88. Фор Р., Кофман А., Дени-Папен М. Современная математика. М.: Мир, 1989.

89. Харари Ф. Теория графов.-М.: Мир, 1973.

90. Хендерсон П. Функциональное программирование. Применение и реализация: Пер. с англ.-М.: Мир, 1983л.

91. Хопкрофт Д., Мотвани Р., Ульман Д. Введение в теорию автоматов, языков и вычислений, 2-е изд.: Пер. с анг.-М.: Издательский дом «Вильяме», 2002.

92. Цаленко М.Ш. Моделирование семантики в базах данных М.: Наука, 1989.

93. Цикритзис Д., Лоховски Ф. Модели данных М.: Финансы и статистика, 1985.

94. Чен Питер. Модель «сущность-связь» шаг .к единому представлению данных.//СУБД. 1995. №3.

95. ШенкР. Обработка концептуальной информации- М.: Энергия, 1987.

96. Шрейдер Ю.А. Равенство, сходство, порядок. М.: Наука, 1978.

97. Элиенс А. Принципы разработки объектно-ориентированных программ.- М.: Издательский дом «Вильяме», 2001.-118100) Яглом И.М. Математические структуры. и математическое моделирование,- М.: Сов. радио, 1980.