Метод_до_лабоработних_робіт_МПР

2

Методичні вказівки до проведення лабораторних робіт з дисципліни «Моделі та методи прийняття рішень в системному проектуванні» для студентів денної форми навчання за спеціальністю 122 – Комп’ютерні науки та інформаційні технології, спеціалізація «Системне проектування» / Упор. І.В. Гребеннік, Г.Є. Безугла – Харків: ХНУРЕ, 2017. – 20 с.

Упорядники: І.В.Гребеннік Г.Є.Безугла,

Рецензенти:

.

2.МЕТОДИ КОМБІНАТОРНОЇ ОПТИМІЗАЦІЇ В ФОРМУВАННІ

4

1. ПОБУДОВА ІЄРАРХІЧНОЇ МОДЕЛІ ОБ’ЄКТУ ПРОЕКТУВАННЯ

1.1Мета роботи

Вибір та використання існуючих засобів структурного та об’єктноорієнтованого моделювання при формуванні системних вимог об’єкту проектування.

1.2Методичні вказівки з організації самостійної роботи студентів

Необхідно за допомогою викладача вибрати об’єкт проектування, сформувати системні вимоги до об’єкту, вибрати вид ієрархічної моделі , провести декомпозицію обраного об’єкту, зробити функціональний опис об’єкту, що проектується.[1,3]

Аналіз вимог, яким повинна задовольняти проектована система проводиться на першої фазі життєвого циклу. Результатом цієї фази є системний проект (модель вимог до системи), який включає:

−опис функцій системи, включаючи їх інтерфейси;

−опис зовнішніх умов;

−розподіл функцій між апаратною і програмний частинами системи; інтерфейси і розподіл функцій між людиною і системою;

−вимоги до програмних і інформаційних компонент програмної частини;

−вимоги до апаратних ресурсів, вимоги до системних програмних компонент, кількісні характеристики цих компонентів;

−вимоги до баз даних;

−вимоги до сховищ даних;

−обмеження, що накладаються специфікою реалізації на процес розробки за термінами, які виділяються ресурсам, захисту інформації ;

−межі проекту з точки зору організаційної структури підприємства, вимоги щодо підтримки розроблюваної системи

5

Таким чином виникає необхідність ув'язування декількох системних аспектів: функціональних вимог, інформаційного середовища, організаційної структури, подієвих потоків

Для аналізу ієрархічної структури застосовується теорія графів, із зображенням об'єктів у вигляді дерева (рисунок 1.1). Об'єкт система декомпозується за однієї ознакою, наприклад за функціональної ознакою або за організаційною ознакою. В процесі проектування декомпозиція нерозривно пов'язана з синтезом, тобто складанням системи в єдиний об’єкт (систему) з перевіркою на сумісність і узгодженість параметрів системи в цілому.

Граф, зображений н рисунку 1,1 відповідає "І дереву" - вузлі якого є обов'язковими компонентами вище розташованих систем. Вершина верхнього рівня називається коренем. Зазвичай в якості нижнього рівня обирають такий, на якому розташовані елементі системи, які будуть зрозумілі для особи, що приймає рішення (ОПР).

Рисунок 1.1

На рисунку 1.2 зображено "І-АБО дерево", на якому з'єднуються рівні з обов'язковими компонентами структури з рівнями варіантів усіх або частки цих компонентів.

Залежно від вибраного методу аналізу будуються різні моделі предметної області за допомогою методології структурного аналізу або об'єктно-орієнтованого аналізу.

Об'єктно-орієнтований аналіз – метод дослідження системи, ґрунтований на об'єктній декомпозиції предметної області, що представляється у вигляді сукупності об'єктів, що взаємодіють між собою за допомогою передачі повідомлень і що приймають певні стани. Об'єктно-орієнтований аналіз

6

пов'язаний із застосуванням різних об'єктно-орієнтованих методологій, а саме:

методологія ОМТ (Object Modeling Technique); методологія Booch; методологія OOSE (Object – Oriented Software Engineering); методологія ARIS (Architecture of Integrated Information System).

Рисунок 1.2

Структурний аналіз – метод дослідження систем, ґрунтований на структурній декомпозиції предметної області, результатом якого є ієрархічна структура. Для структурних методів аналізу характерно розбиття на рівні абстракції з обмеженням числа елементів на кожному рівні декомпозиції (від трьох до шести-семи); обмежений контент, що включає лише істотні на кожному рівні деталі; використання суворих формальних правил відображення; послідовне наближення до кінцевого результату.

На практиці використовуються різні методології структурного аналізу: методологія структурного аналізу і моделювання SADT(Structured Analysis and Design Technique); методологія структурного системного аналізу ГейнаСарсона(Gane – Sarson); методологія інформаційного моделювання Мартіна

7 (Martin); методологія структурного аналізу і проектування Йордона – Де Марко(Yordon-DeMarko); методологія розвитку систем Джексона (Jackson).

1.3Порядок виконання роботи

1.Зробити опис системних вимог до об’єкту проектування, побудувати ієрархічну модель об’єкту.

2.Обґрунтувати вибір методу та розробити схему моделі обраної компоненти предметної області засобами структурного аналізу.

3.Розробити схему моделі обраної компоненти засобами об’єктноорієнтованого проектування.

1.4Зміст звіту

1.Мета роботи.

2.Опис об'єкту проектування, перелік вимог.

3.Побудована ієрархічна модель вимог до об’єкту проектування у вигляді дерева

4.Побудовані IDF0, або DFD, або ERD діаграми для обраної компоненти об'єкту проектування.

5.Побудовані за допомогою UML діаграми.

6.Аналіз отриманих результатів та висновки з роботи

1.5Контрольні запитання та завдання

1.Яка мета побудови моделі вимог?

2.Сформулюйте основні вимоги до системи, що проектується.

3.Які типи моделей використовуються в структурному аналізі?

4.Назвіть існуючи методології структурного аналізу.

5.Які переваги використання методології SADT?

6.Які методології об’єктно-орієнтованого моделювання ви знаєте?

8

2. МЕТОДИ КОМБІНАТОРНОЇ ОПТИМІЗАЦІЇ В ФОРМУВАННІ

ПРОЕКТНИХ РІШЕНЬ

2.1Мета роботи

Вивчення багатокритеріальних моделей і методів визначення першочергових задач, розв'язуваних при проектуванні ККС, а також одержання практичних навичок по проектуванню ККС із використанням оптимізаційних процедур.

2.2Методичні вказівки з організації самостійної роботи студентів

Типові комбінаторні схеми це комплекс задач/моделей для підтримки різних стадій життєвого циклу модульних систем, а саме: побудова ієрархічної моделі системи, комбінаторній синтез, оцінювання модульної системи, виявлення системних вузьких місць, прогнозування розвитку системи. Комбінаторні схеми базуються на задачах комбінаторної оптимізації, до яких відносять:

−задача про рюкзак, блочний рюкзак

−задача о призначенні або розміщенні

−задача о мінімальному покритті деревом

−розфарбування графа, кліка

−ранжування та інші.

Розглянемо приклади задач побудови ієрархії системи з використанням комбінаторної оптимізації.

1.Проектування на основі експертних суджень. Вхід: опис системи. Вихід: ієрархія як результат розбиття системи на частини.

2.Базове проектування. Вхід: множина елементів системи, параметри елементів та їх взаємозв’язку. Вихід: множина кластерів або структура покриття множини вхідних елементів системи.

3.Покриття. Вхід: вхідний граф/мережа як модель системи. Вихід: побудована ієрархічна структура покриття

4.Перепроектування (трансформація, покращення). Вхід: вхідна ієрархічна структура (дерево, ієрархія, рівнева структура) Вихід: нова ієрархічна структура з заданими властивостями

9

З урахуванням типу системи, що проектується та моделі системних вимог необхідно побудувати морфологічну ієрархічну модель об’єкту проектування. Множина проектних альтернатив для компоненти системи називається морфологічним класом. З використанням методів комбінаторної оптимізації отримати множину альтернативних проектних варіантів модульної системи на основі кінцевих вершин ієрархічної моделі. Побудова проектних альтернатів для кожної частини системи називається процедурою морфологічного синтезу.

Повна кількість варіантів проектних рішень відповідає добутку кількості варіантів реалізації підсистем або компонент системі на кількість варіантів їх побудови. Отримані альтернативи проектних рішень необхідно остаточно проаналізувати та визначити їх сумісність для різних компонент системи, що проектується. Оцінювання проводиться за допомогою булевих оцінок методом перебору для кожної пари альтернативних проектних рішень кожного класу. Оцінка «1» відповідає сумісності проектних рішень, «0» – у протилежному випадку.

2.3Порядок виконання роботи

1.Використовуючи структурну модель об’єкту проектування у вигляді графа здійснити вибір моделі комбінаторної оптимізації

2.Сформувати альтернативні варіанти проектних рішень методом морфологічного синтезу

3.Побудувати морфологічну модель у вигляді таблиці

4.Сформувати оцінку сумісності альтернатів проектних рішень з компонентами системи та вимогами до них.

5.Зробити висновки.

6.Оформити звіт.

2.4Зміст звіту

1.Мета роботи.

2.Побудована ієрархічна модель у вигляді дерева об’єкту проектування.

3.Постановка задачі комбінаторної оптимізації формування альтернатів проектних рішень

10

4.Алгоритм розв’язку задачі комбінаторної оптимізації.

5.Морфологічна модель у вигляді таблиці

6.Таблиця з оцінками сумісності проектних рішень з компонентами

системи.

7.Аналіз отриманих результатів та висновки з роботи

2.5Контрольні завдання.

1.Дайте визначення складових типової комбінаторної схеми.

2.Наведіть приклади задач комбінаторної оптимізації

3.В чому полягає процедура морфологічного синтезу?

4.Яким чином проводиться оцінка сумісності альтернативних проектних рішень

5.Поясніть задачу синтезу в системному проектуванні.

3ВИЗНАЧЕННЯ КРИТЕРІЇВ ОЦІНЮВАННЯ ПРОЕКТНИХ РІШЕНЬ

3.1Мета роботи

Визначення критеріїв та їх шкали для оцінки проектних рішень, вивчення методів приведення якісної шкали до кількісного вигляду .

3.2Методичні вказівки з організації самостійної роботи студентів

Для сформованих альтернатив необхідно визначити набір часткових критеріїв, за допомогою яких можливо описати її якість. Вибір набору часткових критеріїв залежіть від предметної області. [1]

Можливі два підходи до формування відносини порядку на множині допустимих альтернатив :

−відношення якісного порядку (ранжування альтернатив, евристично реалізоване ЛПР)

−відношення кількісного порядку, що передбачає зіставлення

кожному конкретному набору часткових критеріїв, що характеризує альтернативу, кількісної скалярної оцінки

Всі шкали можна розділити на два класи: якісні і кількісні.

До якісних належать шкали класів (номінальна) та порядкова (рангова).