5.3.12 Проблемно-ориентированные пакеты прикладных программ

Это наиболее широкий класс пакетов прикладных программ. Практически нет ни одной предметной области, для которой не существует хотя бы одного ППП. Проблемно-ориентированными ППП называются программные продукты, предназначенные для решения какой-либо задачи в конкретной функциональной области. Эти программы находят широкое применение в медицине, транспорте, банковском деле, управлении, а также в качестве автоматизированных рабочих мест в машинном проектировании и др.

Системы автоматизации проектирования (САПР) - предназначены для автоматизации проектно-конструкторских работ в машиностроении, автомобилестроении, промышленном строительстве и т.п. Пакеты САПР обладают набором инструментальных средств, обеспечивающих реализацию следующих основных функций: коллективная работа в сети пользователей с пакетом; экспорт-импорт файлов всевозможных форматов; масштабирование объектов; управление объектами в части их группировки, передвижения с растяжкой, поворота, разрезание, изменение размеров, работа со слоями; перерисовка (фоновая, ручная, прерываемая); управление файлами в части библиотек и каталогов чертежей; использование разнообразных чертежных инструментов, позволяющих рисовать кривые, эллипсы, произвольней формы линии, многоугольники и т.п., использование библиотеки символов, выполнение надписей и т.д.; работа с цветом; автоматизация отдельных процедур с использованием встроенного макроязыка.

Своеобразным стандартом среди программ данного класса являются пакеты AutoCAD фирмы Autodesk. Также отметим программы DesignCAD, Grafic CAD Professional, Drawbase, Microstation, Ultimate CAD Base и Turbo CAD. Перечисленные пакеты отличаются богатством функциональных возможностей и предназначены для функционирования в среде Windows (Windows NT) или OS/2.

5.4. Основы алгоритмизации вычислительных процессов

5.4.1. Этапы прохождения прикладной задачи на эвм.

Бурное развитие вычислительной техники привело к интенсивной математизации не только естественных и технических, но и гуманитарных наук. Все это расширяет круг задач, решаемых на ЭВМ. Реализация на ЭВМ задач каждого класса имеет свою специфику, однако, можно выделит этапы, характерные для большинства задач:

1. Постановка задачи

2. Формализация или математическое описание задачи

3. Выбор или разработка метода решения

4. Разработка алгоритма

5. Составление программы

6. Ввод и отладка программы

7. Решение задачи на ЭВМ и анализ результатов

Рассмотрим более подробно каждый из этих этапов.

1. Постановка задачи. На данном этапе формулируется цель решения задачи и подробно описывается ее содержание. Анализируются характер и сущность всех величин, используемых в задаче, определяются условия, при которых она решается. Корректность постановки задачи пользователем является важным моментом, так как от нее в значительной степени зависят все последующие этапы.

2. На этапе формализации в результате анализа существа задачи определяется объем и специфика исходных данных, вводится система условных обозначений, устанавливается принадлежность решаемой задачи к одному из известных классов задач и выбирается соответствующий математический аппарат.

Математическая модель объекта позволяет поставить задачу математически и тем самым свести решение реальной задачи к решению задачи математической. На этом этапе условие задачи описывается либо в виде уравнений или системы уравнений, либо в виде последовательности формул, необходимых для решения задачи. Математическая модель отображает наиболее существенные свойства реального исследуемого объекта или явления, но не тождественна ему, она является лишь приближенным его описанием. Степень соответствия модели реальному объекту проверяется практикой, экспериментом. Критерий практики дает возможность оценить построенную модель и уточнить ее в случае необходимости.

3. На этапе выбора или разработки метода решения выбирается и обосновывается численный метод решения задачи. Само по себе математическое описание в большинстве случаев трудно перевести на язык машины. Поэтому необходимо найти способ решения этой задачи. Для некоторых задач существуют точные методы решения, которые предписывают метод вычислений, состоящий в последовательности выполнения арифметических и логических действий. Однако для большинства задач, встречающихся на практике (алгебраические уравнения, системы уравнений, вычисление интегралов, дифференциальные уравнения и т.д.), точные методы решения или неизвестны или дают громоздкие формулы. Для решения этих задач разработаны численные методы, которые обеспечивают приближенное решение широкого класса задач с требуемой точностью. Численные методы решения разработаны практически для любых задач, встречающихся на практике. Если одна и та же задача может быть решена с помощью различных численных методов, то выбирается тот, который удовлетворяет наилучшим образом ее основным требованиям. Обоснованием выбора соответствующего численного метода может быть точность вычислений, время решения задачи на ЭВМ, требуемый объем основной памяти и другие.

4. Разработка алгоритма заключается в разложении вычислительного процесса на возможные составные части, в установлении порядка их следования, описании содержания каждой такой части в той или иной форме и в последующей проверке: обеспечивается ли реализация выбранного метода. Суть алгоритмизации состоит в том, что если алгоритм разработан, то его можно вручить для выполнения любому исполнителю (в том числе и ЭВМ), не знакомому с решаемой задачей, точно следуя которому, исполнитель получит искомый результат.

5. На этапе составления программы алгоритм записывается на языке программирования. Для решения прикладных задач наиболее часто используются алгоритмические языки высокого уровня: Бейсик, Фортран, Паскаль, PL\1 и другие. При разработке программы всю задачу стараются разбить на более простые подзадачи, которые оформляются как самостоятельные процедуры - программные модули. Это облегчает процесс разработки программы, так как, во-первых, решение сложной задачи сводится к решению более простых подзадач, во-вторых, появляется возможность использовать уже готовые программные модули, если какая-то подзадача свелась к уже решенной задаче и, в-третьих, возможен бригадный метод работы над сложной программой, когда каждый разрабатывает собственный программный модуль.

Разработкой программы завершаются этапы реализации задачи, которые выполняются человеком без использования ЭВМ. Все последующие этапы выполняются с ее использованием.

6. Ввод и отладка программы. Отладка - это процесс обнаружения и устранения ошибок в программе. Ошибки в программах бывают двух видов: синтаксические и логические. Синтаксические ошибки - это ошибки, заключающиеся в нарушении правил языка программирования, они выявляются в процессе трансляции. Сообщения об этих ошибках ЭВМ автоматически выдает на экран. После их устранения проверяется логика программы.

Для этого пользователь подготавливает систему тестов, с помощью которых проверяется работа программы в различных возможных режимах. Каждый тест содержит набор исходных данных, для которых известен результат. Если в результате работы программы с данным тестом получаются результаты, отличные от ожидаемых, то это свидетельствует о наличии ошибки. Тест стараются выбрать таким образом, чтобы он помог не только установить сам факт ошибки, но и локализовать эту ошибку, то есть по возможности сузить подозреваемую часть программы, содержащую ошибку. Для облегчения отладки в состав операционных систем включают специальные сервисные программы - отладчики. В настоящее время программы-отладчики включаются в состав оболочки языка программирования.

7. Решение задачи на ЭВМ и анализ результатов. Программа, прошедшая отладку, готова для практического использования, то есть для решения задачи на ЭВМ. На этапе решения задачи составляются инструкции по использованию программы и подготавливаются исходные данные. С развитием ЭВМ и их программного обеспечения программы стали разрабатываться с учетом их длительного использования. После отладки программы используются для решения реальных задач. На основе анализа результатов решения задачи делается заключение о практической значимости полученных результатов и необходимости корректировки исходных данных.

Деление процесса решения задачи на этапы является в некоторой степени условным.