1.3.3. Роль абстракції

Вище ми посилалися на експерименти Міллера, в яких було встановлено, що зазвичай людина може одночасно сприйняти лише 72 одиниці інформації. Це число, мабуть, не залежить від вмісту інформації. Розмір нашої пам'яті накладає жорсткі обмеження на кількість інформації, яку ми можемо сприйняти, опрацювати і запам'ятати. Організовуючи вступ вхідної інформації одночасно за декількома різними каналами і у вигляді послідовності окремих порцій, ми можемо прорвати цей інформаційний затор. У сучасній термінології це називають розбиттям або виділенням абстракцій.

Рис. 1.4. Декомпозиція задачі визначення програмних засобів

Люди розвинули надзвичайно ефективну технологію подолання складності. Ми абстрагуємося від неї. Будучи не в змозі повністю відтворити складний об'єкт, ми просто ігноруємо не дуже важливі деталі і, таким чином, маємо справу з узагальненою моделлю об'єкту, що ідеалізується. Наприклад, вивчаючи процес фотосинтезу в рослин, ми концентруємо увагу на хімічних реакціях в певних клітках листка і не звертаємо увагу на інші його складові - держаки, жилки і так далі І хоча ми як і раніше вимушені охоплювати одночасно значну кількість інформації, але завдяки абстракції ми користуємося одиницями інформації істотно більшого семантичного об'єму. Це особливо вірно, коли ми розглядаємо світ з об'єктно-орієнтованої точки зору, оскільки об'єкти як абстракції реального світу є окремими насиченими зв'язаними інформаційними одиницями.

Абстракція - це основний метод для вирішення складних завдань за допомогою виділення істотних характеристик деякого об'єкту, які відрізняють його від інших видів об'єктів і визначають його концептуальні кордони з точки зору спостерігача.

У процесі створення системи та планування її діяльності врешті-решт розглядаються компроміси між роботою великої, добре об’єднаної ієрархічної системи з доволі простим призначенням та багатоелементною багатоцільовою мережею достатньо малих систем з розподіленими і нечіткими взаємними зв’язками.

1.3.4. Роль ієрархії

Іншим способом, що розширює інформаційні одиниці, є організація всередині системи ієрархій класів і об'єктів.

Ієрархія — це структура з підпорядкованністю, тобто з нерівноправними зв’язками — дії в одному напрямку виявляють набагато більший вплив, аніж в оберненому. В більшості випадків прямий зв’язок — це керування і керуючаа інформація, обернений — інформація про виконання та відхилення. На практиці розглядаються два основні типи ієрархічних структур — деревовидна та ієрархічна.

Деревовидна структура є найпростішою для аналізу та реалізації. В майже всіх випадках в ній виділяються ієрархічні рівні — групи елементів, що знаходяться на однаковій віддалі (вимірюваної як кількість ребер) від головного елемента (кореня дерева). Структури цього типу є надзвичайно поширеними (ієрархія проектування складної проґрамної системи, ієрархія цілей в складній орґанізаційній системі, ієрархія за ознакою керованості процесів в живому організмі, іерархія в зграї тварин).

Ромбовидна структура приводить до множинної (частковий випадок — подвійної) підпорядкованості, належності елементів нижнього рівня. Приклади — участь одного технічного елемента в роботі більше ніж одного вузла, блока, використання одних і тих самих даних або результатів вимірювань в різних завданнях.

Існують наступні типи деревовидних ієрархій [88].

1. Збалансовані (balanced) – ієрархії, в яких кількість рівнів визначена її структурою і незмінна, і кожна гілка ієрархічного дерева містить об'єкти кожного з рівнів. Кожному виробнику автомобілів може відповідати декілька марок автомобілів, а кожній марці – декілька моделей автомобілів, тому можна говорити про трирівневу ієрархію цих об'єктів. У цьому випадку на першому рівні ієрархії розташовуються виробники, на другому – марки, а на третьому – моделі. Як неважко зрозуміти, для формування збалансованої ієрархії необхідна наявність зв'язку «один-до-багатьох» між об'єктами менш детального рівня по відношенню до об'єктів детальнішого рівня. У принципі, кожен рівень збалансованої ієрархії можна подати як окремі прості виміри, але тоді ці виміри виявляться залежними, а значить, неминуче підвищення розрідженості куба.

2. Незбалансовані (unbalanced) – ієрархії, в яких кількість рівнів може бути змінена, і кожна гілка ієрархічного дерева може містити об'єкти, що належать не всім рівням, тільки декільком першим. Необхідно зазначити, що всі об'єкти незбалансованої ієрархії належать до одного типу. Типовий приклад незбалансованої ієрархії – ієрархія типу «керівник-підлеглий», де всі об'єкти мають один і той самий тип – «Співробітник».

3. Нерівні (balanced) – ієрархії, в яких кількість рівнів визначена її структурою і незмінна, проте, на відміну від збалансованої ієрархії, деякі гілки ієрархічного дерева можуть не містити об'єкти якогось рівня. Ієрархії такого вигляду містять такі члени, логічні «батьки» яких не перебувають на безпосередньо вищому рівні. Типовим прикладом є географічна ієрархія, в якій є рівні «Країни», «Штати» і «Міста», але при цьому в наборі даних є країни, що не мають штатів або реґіонів між рівнями «Країни» і «Міста».

Типовий приклад незбалансованої ієрархії — ієрархія типу «керівник – підлеглий» (її можна побудувати, зокрема, використовуючи значення поля Прізвище_підлеглого початкового набору даних з розглянутого вище прикладу), поданий на рис. 1.5. Іноді для таких ієрархій використовується термін Parent-child hierarchy.

Рис. 1.5. Незбалансована ієрархія «керівник-підгеглий».

Існують також ієрархії, що займають проміжне положення між збалансованими і незбалансованими (вони позначаються терміном ragged – «нерівний»). Зазвичай вони містять такі члени, логічні «батьки» яких перебувають не на безпосередньо вищому рівні (наприклад, у географічному розміщенні підрозділів підприємства, але є випадки, що в одному корпусі розміщено лише один підрозділ; (рис. 1.6)).

Нерегулярні ієрархії виникають в різних застосуваннях, зокрема в ієрархії адміністративних структур [8], ієрархії медичних діагнозів [9] і ієрархії концепцій для Web-порталів, подібних до Yahoo.

Об'єктна структура важлива, оскільки вона ілюструє схему взаємодії об'єктів один з одним, яка здійснюється за допомогою механізмів взаємодії. Структура класів не менш важлива: вона визначає спільність структур і поведінки всередині системи. Навіщо, наприклад, вивчати фотосинтез кожної клітини окремого листка рослини, коли досить вивчити одну таку клітку, оскільки ми чекаємо, що всі інші поводяться подібним чином. І хоча ми розглядаємо кожний об'єкт певного типу як окремий, можна передбачити, що його поведінка буде схожа на поведінку інших об'єктів того ж типу. Класифікуючи об'єкти за групами родинних абстракцій (наприклад, типи кліток рослин на противагу кліткам тварин), ми чітко розділяємо загальні і унікальні властивості різних об'єктів, що допомагає нам потім справлятися з властивою їм складністю.

Рис. 1.6. Нерівна ієрархія.

Визначити ієрархії в складній ІС не завжди легко, оскільки це вимагає розроблення моделей багатьох об'єктів, поведінка кожного з яких може відрізнятися надзвичайною складністю. Проте після їх визначення, структура складної системи і, у свою чергу, наше розуміння її відразу багато в чому прояснюються. В главі 14 детально розглядається природа ієрархій класів і об'єктів, а в главі 15 описуються прийоми розпізнавання цих структур.