Модельдеу әдісі

 

 

1.Модельдеу әдісі – ғылыми танымның зерттеу объектілерін олардың модельдерін жасап, зерделеу арқылы танып-білу әдісі. Модельдеу әдісінің пайда болуы техникалық жүйелердің күрделілігіне, материалдық процестер мен құбылыстарды зерттеу қажеттілігіне орай туындайтын ой-түрткілерге, себептерге, тағы басқа байланысты. Модельдеу кез келген затты мақсатты, жылдам, неғұрлым тиімді тәсілмен зерттеуге мүмкіндік береді. Сонымен қатар, модель зерттеліп жатқан объектінің субъект баса көңіл қойып отырған қасиеттерін жоғары дәлдікпен бейнелей алады. Ол объектіні құбылыстарға, заттар мен процестерге тән қосалқы белгілерден айырып, ондағы жалпы, негізгі, елеулі заңды белгілерді табуға мүмкіндік береді. Сондықтан модельдеу танымның формасы, әдісі, ірі категориясы болып саналады. Модельдеу екі түрге бөлінеді. 1) Пәндік модельдеу зерттеу объектісінің белгілі бір физикалық, геометриялық, динамикалық немесе функционалдық сипаттамаларын нақыштайтын модель жасау арқылы іске асады. 2) Идеалды модельдеу кезінде модель ретінде сұлбалар, сызбалар, формулалар, табиғи және жасанды тілдердегі сөйлемдер, тағы басқа қолданылады. Мұндай модельдеу түріне математикалық (компьютерлік) модельдеу жатады. Әлдебір құбылысты оның моделі арқылы зерделеу модельдік эксперимент деп аталады. Күрделі жүйелерді зерттеу кезінде көбіне бірін-бірі толықтыратын бірнеше модельдер қолданылуы мүмкін. Кейде бір құбылысты зерттегенде бір-біріне қарама-қайшы келетін модельдер пайдаланып, бұл қайшылық таным дамуының аса жоғары деңгейінде шешімін табуы мүмкін. Модельдеу танымның басқа да формалары мен әдістерімен (эксперимент, абстрактілеу, гипотеза ұсыну, теория құру, түсініктемелеу, тағы басқа) бірлесе отырып, адам білімінің тереңдей түсінуіне зор ықпал етеді. [1]

 

2. Ақпараттық жүйелерді модельдеудің бірыңғайланған тілдерінің мүмкіндіктері 

Ақпараттандыру жүйесін дамытуда 1990-шы жылдар объектілік технологиялардың қалыптаса бастауы кезеңі болып танылды. Объектілік БҚБЖ нарығы қалыптасып, белсенді дами бастады. Деректер базасының жүйесін бағдарламалық қамтамасыз ету нарығында басымдылықпен келе жатқан Oracle, Informix және IBM компанияларының деректер базаларының объектілік-реляциялық серверлерінің заманауи үлгілерінің шығуына байланысты, 1996-1997 жылдары реляциялық ортадан объектілік ортаға көшіп-қонуының процесі өтеді.

Аталған процестер, өз кезегінде талдаудың объектілік технологияларын және жүйелерді жобалаудың дамуын ынталандырды. Коммерциялық бағдарламалық өнімдерді іске асыратын түрлі әдістердің айтарлықтай саны пайда болды [1].

Көптеген компаниялар үшін бағдарламалық қамтамасыз етудің стратегиялық маңызы өсіп отырғандығына байланысты, индустрия бағдарламалық қамтамасыз етудің өндірісін автоматтандыру әдісін, оның сапасын көтеру, сондай-ақ оны нарыққа шығарудағы құны мен шығару уақытын төмендету әдістерін іздестіруде. Бұл әдістердің негізін құрауыш технологиялар, көрсеткіштік бағдарламаландыру, үлгілерді (pattern) және инструменттік (құрал-жабдық) ортаны (framework) пайдалану құрайды.

Сонымен, модельдеу жүйені түсіну үшін қажет. Бұл кезде жалғыз модель жеткіліксіз болады. Керісінше, кез келген тривиалды емес жүйелерді түсіну үшін өзара байланысты модельдердің үлкен санын жасауға тура келеді. Бұл, әрине, жүйенің архитектурасын көрсетуді сипаттау  жағынан алып қарағанда, қолданысқа жіберетін бағдарламалық жүйені дайындау циклін түрлі көзқарасты ескеріп сипаттауға болатын тілдің қажет екендігін білдіреді. Осы қажеттіліктен туындаған UML модельдеудің бірыңғайланған тілі— бағдарламалық қамтамасыз етудің «сызбаларын» құру үшін стандартты құрал болып табылады. UML-дың көмегімен бағдарламалық жүйелердің артефактілерін құжаттауға, құрастыруға, арнайыландыруға және көрсетуге болады.

3.Модельдеудің  бірыңғайланған  тілі 

Модельдеудің  бірыңғайланған  тілі  (Unified Modeling Language — UML) – бұл бағдарламалық жүйелерді ерекшелендіру, бұрыштама қою, конструкциялау және құжаттамалау, сондай-ақ модельдер бизнесі мен өзге де бағдарламалық емес жүйелердің тілі болып табылады. UML бұдан бұрын да үлкен және күрделі жүйелерді модельдеу кезінде ойдағыдай қолданылып жүрген инженерлік әдіс-тәсілдердің бірлестігін көрсетеді.

UML-дің құрамдас бөлігі болып OCL табылады (Object Constraint Language — объектілерді шектеу тілі). UML-ды өңдеу 1994 жылғы қазан айында басталды, бұл кезде Rational Software Corporation-нан шыққан Гради Буч (Grady Booch) және Джим Рамбег (Jim Rumbaugh), OMT (Object Modeling Technique — объектілік модельдеу техникасы) әдістемесін бірыңғайландыру бойынша жұмыстарды бастаған болатын. 1995 жылғы қазан айында бірыңғайландыру әдісінің алдын-ала шамаланған болжамы ұсынылды. 1995 жылғы экономиялық құлдырау кезінде Иве Иакобсон (Ivar Jacobson) және оның Objectory компаниясы Rational-мен бірікті. Бірлесу қорытындысы болып OOSE (Object-Oriented Software Engineering) әдісімен бірыңғайландыру әдісінің қосылуы табылды.

Модельдеудің әмбебап тілін құру кезінде Гради Буч, Джим Рамбег және Иве Иакобсон өздеріне төмендегі мақсаттарды қойды:

— ОБ әдістемесін (тек қана БҚ ғана пайдаланбастан) пайдалана отырып,  модельдеу жүйесін қамтамасыз ету;

— тілдің анық тұжырымдамасын жасау;

— күрделі жүйеде туындайтын көлем мәселесін шешу;

— адам ғана пайдаланып қоймайтын, сондай-ақ машина пайдалана алатын модельдеу тілін жасау [2].

UML  кез келген жүйені модельдеу үшін жарамды: кәсіпорын масштабындағы ақпараттық жүйелерден таралған Web – қосымшаларға дейін және нақты уақыттың кіріктірілген жүйелері үшін де жарамды болады. Бұл өте мәнерлі тіл, ол жүйені жасау мен кейінгі жолды кеңінен ашып көрсетуге қатысы бар барлық көзқарас жағынан қарап шығуға мүмкіндік береді. Мәнерлі мүмкіндіктерінің молдығына қарамастан, бұл тіл түсіну және пайдалану үшін өте оңай.  UML-ды зерттеуді оның концептуалды моделінен бастаған жөн, оның үш негізгі элементі болады: базалық құрылыс блоктары, осы блоктардың өзара үйлесімділігін анықтаушы ережелер және тілдің кейбір  жалпы механизмдері.

Өзінің артықшылықтарына қарамастан UML  — бұл тек тіл ғана; ол тек бағдарламалық қамтамасыз ету процесін құраушылардың бірі ғана. UML модельденетін нақтылыққа байланысты болмаса да, модельдеу процесі итерактивті және қадамдық болған жағдайда қолданған ыңғайлы. Ал жүйенің өзінің анық көрсетілген архитектурасы бар [3].

UML – бұл көрнекілеу, спецификациялау, құрастыру және бағдарламалық жүйелердің артефактілерін құжаттау тілі.

Тіл, өзінің құрамындағы сөздерді құрастыруға және мағыналы құрылымдар алуға мүмкіндігін беретін, сөздік пен ережелерден тұрады. Модельдеу тілінде сөздік пен ережелер жүйелердің концептуалды және физикалық түсінігіне бағдарланады. UML  модельдеу тілі бағдарламалық қамтамасыз ету «сызбасын» құрастыру үшін стандартты құрал болып табылады.

UML тілінің сөздігі мен ережесі жақсы анықталған модельді қалай құрып және қалай оқуды түсіндіреді, бірақ та қандай жағдайда қандай модельдерді құру керектігі туралы хабарламайды.

Бағдарламашылардың көпшілігінің көзқарасы бойынша жобаны жүзеге асырудағы  ойлану ол үшін код жазуға эквивалентті болып келеді. Сіз ойлайсыз – сіз код жасап жатырмын деп. Шын мәнісінде, кейбір заттар бағдарламалаудың қандай да тіліндегі тікелей кодтауда  жақсы көрсетіледі, өйткені бағдарлама мәтіні – бұл алгоритмдер мен өрнектерді жазу үшін ең қарапайым және қысқа жол.

Бірақ та осындай жағдайда бағдарламашы формалды болмаса да модельдеумен айналысады. Ол идеяларын тақтаға немесе қағазға жаза алады делік. Алайда мұндай тәсіл жақсылық әкелмейді. Біріншіден, концептуальды модельге байланысты пікір алмасу пікірталасқа қатысушылардың барлығы бір тілде ғана сөйлеген кезде ғана мүмкін болады. Компаниялар жобаны жасау кезінде өзінің тілін жасауына тура келеді, оны жаңадан келген адамның түсінуі оңай емес, әрине. Екіншіден, бағдарламалаудың мәтіндік тілінің шегінен шығатын модельсіз бағдарламалық жүйелердің белгілі бір аспектілері туралы түсінік алуға болмайды. Өйткені, кластардың иерархиясында олардың неге арналғанын, әрине, әрбір кластың кодын мұқият үйренген кезде түсінуге болады, бірақ бүкіл құрылымды бірден және тұтас қабылдау мүмкін емес. Үшіншіден, егер автор өз ойындағы моделін айқын түрде көрсетпесе, онда ол жұмыстан ауысқанда оның ойы да жоғалады [4].

UML-ды пайдалану үшінші мәселені шешуге мүмкіндік береді: бұл модель тілдесуді оңайлатады.

Жүйенің кейбір ерекшеліктерін бәрінен бұрын мәтін түрінде модельдеуге болады, екінші біреулерін – графикалық модельдеуге болады. Шын мәнісінде барлық қызықты жүйелерде бір ғана бағдарламалау тілінің көмегімен беру мүмкін емес құрылымдар бар болады. Мұндайда, UML – екінші белгіленген мәселелерді шешуге мүмкіндік беретін графикалық тіл.

UML – бұл жай ғана графикалық символдар жиыны емес. Олардың әрқайсысының артында жақсы анықталған семантика тұр. Бұл бір дайындаушы жазған модельді  екінші біреу бірмәнді түсіндіруі мүмкін, тіпті аспаптық бағдарламамен интерпретациялануы мүмкін. UML талдау, жобалау және жүзеге асыруға қатысты барлық мәнді шешімдердің өзгешіліктерін анықтауға мүмкіндік береді, ол бағдарламалық қамтамасыз ету жүйесін жасау мен кеңінен тарату процесінде де қабылданылуы тиіс.

UML тілі бәрінен бұрын бағдарламалық жүйелерді жасау үшін арналған. Олардың  пайдаланылуы төмендегідей салаларда ерекше әсерлі болады:

• кәсіпорынның масштабының ақпараттық жүйелері;

А.Ясауи университетініњ хабаршысы, №2, 2011 

 

4.Ақпараттық  жүйелерді модельдеудің бірыңғайланған  тілдері 

 

• банктік және қаржылық қызмет көрсету;

• телекоммуникациялар;

• көліктер;

• қорғаныс өнеркәсібі, авиация мен космонавтика;

• бөлшек сауда;

• медициналық электроника;

• ғылым;

• Web –жүйелерді бөлу.

UML -дың қолдану саласы бағдарламалық қамтамасыз етуді модельдеумен шектелмейді. Мәселен, оның мәнерлігі заң жүйелеріндегі құжаттар айналымын модельдеуге мүмкіндік береді және ауруханаларда науқастарға қызмет көрсету жүйесінің жұмыс істеуі мен құрылымын модельдеуді, аппараттық құралдарды жобалауды жүзеге асырады.

Сонымен, UML жасауда мынадай басты мақсаттарды атауға болады:

• пайдаланушыларға мағыналы модельдерді жасауға және олармен байланысуға мүмкіндік беретін, модельдеуді көрсетудің мәнерлі тілін қолдануға дайын етіп ұсыну;

• базалық тұжырымдаманы кеңейту үшін кеңейту және мамандандыру механизмдерін қарастыру;

• бағдарламаландырудың нақты тілдерінен және жасау процестерінен тәуелсіз болуын қамтамасыз ету;

• модельдендірудің осы тілін түсіну үшін формальды негізін қамтамасыз ету [5].

Қорыта келе, UML-дың мынадай мүмкіндіктерін атауғаболады.

• UML  объектілі-бағдарланған болып келеді, соның нәтижесінде талдау және жобалау нәтижелерін сипаттау әдістері семантикалық жағынан қазіргі заманғы ОО-тілдерде бағдарламалау әдістеріне жақын болады;

• UML жүйе сипатының түрлі аспектілері мен барлық мүмкін болатын іс жүзіндегі көзқарастарының жүйесін сипаттауға мүмкіндік береді;

• UML диаграммасы молельді оқу үшін оның синтаксисімен жедел танысу үшін өте қарапайым болып келеді;

• UML дербес мәтіндік және графикалық стереотиптерді кеңейтуге және ендіруге мүмкіндік береді, бұл оның тек бағдарламалық инженерияда ғана емес басқа да қолданысына ықпал етеді;

• UML кеңінен таралып және жедел қарқынмен дамып келеді.

 

 

Лекция №2.

Идентификациялау объектілерінің математикалық модельдері

• Математикалық модельдер мен олардың жіктеулері туралы жалпы мағлұматтар. Модельдер жиыны, модельдер құрылымы. Сызықты модельдер мен сызықты модельдер жиыны

Математикалық модельдер мен олардың жіктеулері туралы жалпы мағлұматтар.

Математикалық моделдер /образ-бейне/ реал обьекттің /оригинал, прообраз/ абстракт түрдегі көрінісі болады. Обьекттің түріне қарай және моделді қолдану мақсатына қарай формал түрі әртүрлі болады; обьетті моделдеуде құрылымдық схема /сұлба/, операторлық теңдеулер, алгебралық теңдеулер, дифференциалды және инегралды теңдеулер, интегро-дифференциалды теңдеулер қолданылады. Сондай ақ Марков тізбегі, ұзату функциясы, жиілік сипаттамасы, салмақты функциялар, графтар ж.т.б қолданылады. Осы әдістер обьекттің кіруіндегі және шығуындағы сигналдарды байланыстырады. Кіру және шығу санына қарай олардың моделдері де бірөлшемді және көпөлшемді деп бөлінеді. Көпөлшемді обьекттердің кіру саны шығу санына тең болуы шарт емес. Обьетті толық зерттелуі үшін оның жағдайлар кеістігінде қарастыру керек. Обьекттің жағдайы деп шамалар жиынына және ол обьектті дәл осы уақыт моментінде толық анықтайды. Ең көп қолданылатын модел – дифференциал теңдеулер. Анық жинақты параметрлі обьекттерді қарастырамыз; олар қарапайым дифференциал теңдеулермен анықталады. Дифферен. Теңдеудің дәрежесі кіру-шығу санына байланысты емес; ол кіру-шығу сигналын түрлендіруші оператордың санына байланысты болады. Физикалық процестері үздіксіз өтетін динамикалық жүйелерде обьекттің жағдайының өзгеру жылдамдығы мына вектормен анықталады:

, мұнда   -жағдай айнымалыларының компоненттерінің өзгеру жылдамдықтары. Өз уақытында осы жылдамдықтар х –жағдай айнымалысының лездік мәндерімен, u – теңдеулерімен, обьектке әсер етуші қоздырушы f пен анықталады:    

 

Мұнда  вектор-функция; - бастапқы шарттар.

Егер бейсызықты функция болса, онда ақырғы теңдеу бейсызықты дифференциал теңдеулер жүйесін интегралдауға келеді. Дифференциал теңдеулер жүйесін интегралдау тек қана сызықты жүйелерге ғана жақсы шешілгендігі үшін ны сызықты түрге келтіру керек /жұмысшы нүкте маңында/. Бұл нүкте обьекттің орнықты жұмыс режиміне сәйкес келеді. Жоғарыдағы теңдеудің сызықты түрі мынадай болады: