Понятие о функциональных задачах
Возможности компьютера как технической основы системы обработки данных связаны с используемым программным обеспечением (программами).
Программа (program, routine) — упорядоченная последовательность команд (инструкций) компьютера для решения задачи.
Программное обеспечение (software) — совокупность программ обработки данных и необходимых для их эксплуатации документов.
Программы предназначены для машинной реализации задач. Термины задача и приложение имеют очень широкое употребление в контексте информатики и программного обеспечения.
Задача (problem, task) — проблема, подлежащая решению.
Приложение (application) — программная реализация на компьютере решения задачи.
Таким образом, задача означает проблему, подлежащую реализации с использованием средств информационных технологий, а приложение — реализованное на компьютере решение по задаче. Приложение, являясь синонимом слова "программа", считается более удачным термином и широко используется в информатике.
Термин задача употребляется также в сфере программирования, особенно в режиме мультипрограммирования и мультипроцессорной обработки, как единица работы вычислительной системы, требующая выделения вычислительных ресурсов (процессорного времени, основной памяти и т.п.). В данной главе этот термин употребляется в смысле первого определения,
Существует большое число разнообразных классификаций задач. С позиций специфики разработки и вида программного обеспечения будем различать два класса задач — технологические и функциональные.
Технологические задачи ставятся и решаются при организации технологического процесса обработки информации на компьютере. Технологические задачи являются основой для разработки сервисных средств программного обеспечения в виде утилит, сервисных программ, библиотек процедур и др., применяемых для обеспечения работоспособности компьютера, разработки других программ или обработки данных функциональных задач.
Функциональные задачи требуют решения при реализации функций управления в рамках информационных систем предметных областей. Например, управление деятельностью торгового предприятия, планирование выпуска продукции, управление перевозкой грузов и т.п. Функциональные задачи в совокупности образуют предметную область и полностью определяют ее специфику.
Предметная (прикладная)область (application domain) — совокупность связанных между собой функций, задач управления, с помощью которых достигается выполнение поставленных целей.
Процесс создания программ можно представить как последовательность действий, представленных на рис. 8.1.
Рис. 8.1. Схема процесса создания программ
Постановка задачи (problem definition) — это точная формулировка решения задачи на компьютере с описанием входной и выходной информации.
Постановка задачи — обобщенный термин, который означает определенность содержательной стороны обработки данных. Постановка задачи связана с конкретизацией основных параметров ее реализации, определением источников и структурой входной и выходной информации, востребуемой пользователем.
К основным характеристикам функциональных задач, уточняемым в процессе ее формализованной постановки, относятся:
цель или назначение задачи, ее место и связи с другими задачами; условия решения задачи с использованием средств вычислительной техники; содержание функций обработки входной информации при решении задачи; требования к периодичности решения задачи; ограничения по срокам и точности выходной информации; состав и форма представления выходной информации; источники входной информации для решения задачи; пользователи задачи (кто осуществляет ее решение и пользуется результатами решения).
Выходная информация по задаче может быть представлена в виде документов (типа листинга или машинограммы), сформированных кадров — видеограммы на экране монитора, файла базы данных, выходного сигнала устройству управления (рис. 8.2).
Входная информация по задаче определяется как данные, поступающие на вход задачи и используемые для ее решения. Входной информацией служат первичные данные документов ручного заполнения, информация, хранимая в файлах базы данных (результаты решения других задач, нормативно-справочная информация — классификаторы, кодификаторы, справочники), входные сигналы от датчиков (см. рис. 8.2).
Обычно постановка задач выполняется в едином комплексе работ по созданию структуры внутримашинной базы данных, проектированию форм и маршрутов движения документов, изменению организации управления в рамках предметной области.
Алгоритм — система точно сформулированных правил, определяющая процесс преобразования допустимых исходных данных (входной информации) в желаемый результат (выходную информацию) за конечное число шагов.
Рис. 8.2. Схема взаимосвязи входной и выходной информации для решения задачи
Основная категория специалистов, занятых разработкой программ, — это программисты (programmer). Программисты неоднородны по уровню квалификации, а также по характеру своей деятельности. Наиболее часто программисты делятся на системных и прикладных.
Системный программист (system/software programmer, toolsmith) занимается разработкой, эксплуатацией и сопровождением системного программного обеспечения, поддерживающего работоспособность компьютера и создающего среду для выполнения программ, обеспечивающих реализацию функциональных задач.
Прикладной программист (application programmer) осуществляет разработку и отладку программ для решения функциональных задач.
В условиях создания больших по масштабам и функциям обработки программ появляется новая квалификация — программист-аналитик (programmer-analyst), который анализирует и проектирует комплекс взаимосвязанных программ для реализации функций предметной области.
В процессе создания программ на начальной стадии работ участвуют и специалисты— постановщики задач.
Большинство информационных систем основано на работе с базами данных (БД). Если база данных является интегрированной, обеспечивающей работу с данными многих приложений, возникает проблема организационной поддержки базы данных, которая выполняется администратором базы данных.
Основным потребителем программ служит конечный пользователь (end user), который, как правило, относится к категории пользователей-непрограммистов. Конечный пользователь не является специалистом в области программирования, т. е. не владеет методами и технологией проектирования и создания программ, но имеет элементарные знания и навыки работы с вычислительной техникой. Такая квалификационная характеристика пользователя программного обеспечения в значительной степени влияет на спецификацию требований к создаваемым программам, интерфейсам, формам машинных документов, технологии решения задач на ЭВМ.
Возможна эксплуатация программ квалифицированными программистами или специально обученными техническими работниками —операторами ЭВМ.
Взаимодействие специалистов различного вида, участвующих в разработке и эксплуатации программ, показано на рис. 8.3. В ряде случаев один специалист совмещает несколько видов деятельности. Администратор базы данных и системный программист осуществляют подготовку информационных и программно-технических условий для работы программ. Пунктирные линии означают участие специалиста в качестве консультанта.
Рис. 8.3. Схема взаимодействия специалистов, связанных с созданием и эксплуатацией программ
В программировании помимо процедурного подхода, представителями которого являются такие универсальные языки высокого уровня как Бейсик, Паскаль, Си, и логического подхода, представленного языком Пролог, существует еще одно направление - функциональное. Оно возникло в 1962 г. вместе с созданием Дж.Маккарти языка программирования Лисп (Lisp). Долгое время этот язык занимал особое место. Подавляющее большинство программ искусственного интеллекта составлено на языке Лисп. До сих пор он считается стандартным языком разработки систем искусственного интеллекта. Его популярность особенно велика в США. В нашей стране этот язык не получил широкого распространения (одна из причин - недостаток литературы о нем на русском языке), однако в настоящее время популярность этого языка быстро растет. Несмотря на то, что Лисп - один из самых старых используемых языков программирования, у него многое еще впереди.
Язык Лисп - один из первых языков обработки данных в символьной форме. Его название происходит от английских слов «list processing » - «обработка списков». В Лиспе и программа, и обрабатываемые ею данные представляются в одной и той же форме - в форме списка. Таким образом, программы могут обрабатывать и преобразовывать другие программы и даже самих себя.
Используемый в Лиспе, так называемый, функциональный подход к программированию основывается на той простой идее, что вся обработка информации и получение искомого результата могут быть представлены в виде вложенных и/или рекурсивных вызовов функций, выполняющих некоторые действия, так что значение одной функции используется как аргумент другой. Значение этой функции становится аргументом следующей и т.д. пока не будет получен конечный результат - решение задачи.
Программы строятся из логически расчлененных определений функций. Определения состоят из управляющих структур, организующих вычисления, и из вложенных вызовов функций. Основными методами функционального программирования являются композиция и рекурсия. Все это представляет собой реализацию идей теории рекурсивных функций.
Имеется большое число систем программирования на Лиспе, реализованных для компьютеров различных типов. Как правило, это интерпретирующие системы, работающие в интерактивном (диалоговом) режиме. Соответствующие описания и команды вводятся с клавиатуры после приглашения ("_"), затем прочитывается результат.
Контрольные вопросы:
1. Что такое данные? Характеристики.
2. Что такое знания. Где они используются?
3. Перечислите модели информационных процессов
4. Охарактеризуйте модели передачи, обработки, накопления данных
5. Что такое обработка информации
6. Дайте определения терминам: программа, программное обеспечение, задача, приложение.
7. Виды задач.
8. Что означает постановка задачи?
9. Дайте определение термина алгоритм.
10. Свойства алгоритма.
11. Формы представление алгоритма.
12. Какие виды программистов Вы знаете?
13. Какие виды языков программирования Вы знаете. Их отличия.