Разработка программного продукта при моделировании экологических систем

Введение

Методические указания предназначены  для изучения основных понятий, определений, принципов и  закономерностей, используемых в теории игр и теории принятия решений  применительно к экономике сельского  хозяйства, а также для приобретения практических навыков постановки и решения прикладных задач в данной предметной области.

В число задач методических указаний не входит изучение всех проблем, решение которых связано с  применением теории игр и теории принятия решений. В них отражены только основные аспекты применения данных знаний в экономической практике.

Изучение данных методических указаний необходимо для освоения учебных  дисциплин: «Игровые модели и принятие решений», «Исследование операций в  экономике».

 

1 Теоретическая часть

1.1 Описание жизненного цикла программы

Рассмотрим несколько  описаний жизненного цикла программного обеспечения, которые послужат своеобразным комментарием этапам обобщенного жизненного цикла.

В отечественных нормативных  документах (например, ГОСТ ЕСПД) принято  следующее разграничение на этапы, которое приводится с указанием аналогий из списка, данного в начале раздела:

• разработка технического задания;
• технический проект;
• рабочий проект;
• экспериментальное внедрение;
• сдача в промышленную эксплуатацию;
• промышленная эксплуатация.

Подобное описание имеет  своим прообразом технологию разработки аппаратных средств и поэтому  не вполне учитывает все отличительные  особенности проектирования программ. Более подходящим выглядит описание жизненного цикла программного обеспечения, состоящее из 12 этапов, которые очень близки этапам обобщенного жизненного цикла (см. рис. 1). В скобках после имени фазы указывается аналог из обобщенного цикла. Практически все этапы заканчиваются проверкой результатов, полученных на соответствующем этапе.

 

 

 

Рисунок 1 - Пример жизненного цикла программных систем

1. Начало проекта и планирование. Определяются необходимые действия, планы и организация управления проектом. Определяются меры по обеспечению непрерывного выполнения фаз жизненного цикла.
2. Анализ целевых требований. Определяются, без учета средств реализации, общие характеристики системы, которым она должна удовлетворять. Устанавливается, что и как должна делать система.
3. Анализ системных требований. Описывается, как должны удовлетворяться запросы пользователя, в терминах конкретных функциональных понятий описываются действия предполагаемой системы, хранимые данные, используемый интерфейс - все это без учета физической реализации. Проверяется пригодность этих конкретных понятий.
4. Проектирование системы. Устанавливается структура системы или, иначе говоря, ее архитектура в терминах основных компонентов этой системы и их предполагаемой реализации (аппаратной, программной, с помощью окружения и т.д.). Устанавливаются требования для каждого компонента, а также стратегию тестирования и интеграции.
5. Предварительное проектирование программного обеспечения. Определение конкретных программных компонент, которые будут разрабатываться, и внедряться в конечную систему. Проверка этого множества компонент на непротиворечивость общим требованиям к программному обеспечению. Определение функциональных, эксплуатационных и тестовых требований к каждому конкретному компоненту.
6. Детальное проектирование программного обеспечения. В терминах используемых программных конструкций производится описание того, как каждый конкретный компонент будет разрабатываться. Описываются режимы использования каждого компонента в системе.
7. Кодирование и тестирование программного обеспечения. Создание, тестирование отдельных модулей, документирование и приемка программных компонентов, которые составляют программную систему.
8. Интеграция программного обеспечения. Тестирование работоспособности и функциональной законченности программных частей системы в предсказуемом окружении (аппаратуре и окружающей среде).
9. Интеграция системы. Тестирование работоспособности и функциональной законченности частей общей системы в целом.
10. Приемка и поставка системы. Производится приемка системы заказчиком, и поставка ему системы.
11. Эксплуатация и сопровождение системы. Выпуск последующих вариантов или версий системы, необходимость в которых возникает из - за устранений дефектов, отработки измененных требований и т.д.
12. Завершение проекта. Формирование посториорной модели проектных действий с анализом достоинств, недостатков и т.д., и использование их в качестве основания для улучшения процесса разработки.

В качестве следующего примера  рассмотрим неполный жизненный цикл программного обеспечения, без этапов эксплуатации и сопровождения (см. рис. 2). В этом варианте не фиксируется последовательность фаз или этапов, а предлагается перечень действий, которые должны быть выполнены на протяжении жизненного цикла программного обеспечения. Эти действия могут быть разбиты или, наоборот, сгруппированы в различные этапы, в зависимости от конкретных условий. Можно выделить следующие этапы жизненного цикла программных систем (в скобках, как и ранее, - аналоги из модели обобщенного цикла):

1. этап планирования, который определяет и координирует действия по разработке программной системы;
2. этап разработки, на котором создается программная система:
• постановку задачи,
• проектирование,
• кодирование,
• получение исполняемого кода.

Интегрированный этап, обеспечивающий коррекцию, проверку, и определение полноты программной системы, а также ее выпуск. Этот этап включает в себя верификацию, контроль за конфигурацией системы, оценку качества и проверку взаимодействия между этапами. Из названия этого этапа видно, что он выполняется совместно с другими этапами на протяжении жизненного цикла системы.

 

 

Рисунок 2 - Вариант упрощенного жизненного цикла программной системы

Отсутствие интегрированного этапа в обобщенном жизненном  цикле не означает, что проверка производится только там, где это  явно указано в названии этапа. Каждый этап может считаться завершенным  только тогда, когда результаты, полученные на данном этапе, были признаны удовлетворительными, а для этого необходимо производить проверку результатов на каждом этапе. В обобщенном жизненном цикле некоторые проверки были вынесены отдельными пунктами для демонстрации повышенных объемов, сложности и важности этих проверок.

Последовательность этапов жизненного цикла для разных программных  систем определяется такими характеристиками как функциональные возможности, сложность, размер, устойчивость, использование  ранее полученных результатов, разрабатываемая стратегия и аппаратное обеспечение.

На рис. 3 показана последовательность этапов разработки программного обеспечения для отдельных компонентов единой программной системы с различными жизненными циклами.

Рисунок 3 - Последовательность этапов разработки компонент программного обеспечения

Для компонента W из множества  системных требований к единому  продукту формируется подмножество требований, относящихся к данному  компоненту, используются эти требования при формировании проекта программного компонента, реализовывают этот проект в исходном коде и тогда интегрирует компонент с аппаратурой. Компонент X показывает использование ранее разработанного программного обеспечения. Компонент Y показывает использование простой отдельной функции, которая может быть закодирована прямо на основе требований к программному обеспечению. Компонент Z показывает использование прототипной стратегии. Обычно, целями прототипирования является лучшее понимание требований к программному обеспечению и уменьшение технических рисков и рисков разработки при создании конечного продукта. Исходные требования используются как базис для получения прототипа. Этот прототип преобразуется в окружение, типичное для конкретного использования системы при разработке. Результатом преобразований является уточненные данные, которые используются для создания конечного программного продукта.

1.2 Виды программной  документации

Перечень стандартов, входящих в ЕСПД (Единая система программной доку-ментации):

• ГОСТ 19.001 - 77. ЕСПД. Общие положения.
• ГОСТ 19.003 - 80. ЕСПД. Схемы алгоритмов и программ. Обозначения условные графические.
• ГОСТ 19.005 - 85. ЕСПД. Р - схемы алгоритмов и программ. Обозначения условные графические и правила выполнения.
• ГОСТ 19.101 - 77. ЕСПД. Виды программ и программных документов.
• ГОСТ 19.102 - 77. ЕСПД. Стадии разработки.
• ГОСТ 19.103 - 77. ЕСПД. Обозначение программ и программных документов.
• ГОСТ 19.104 - 78. ЕСПД. Основные надписи.
• ГОСТ 19.105 - 78. ЕСПД. Общие требования к программным документам.
• ГОСТ 19.106 - 78. ЕСПД. Требования к программным документам, выполненным печатным способом.
• ГОСТ 19.201 - 78. ЕСПД. Техническое задание. Требования к содержанию и оформлению.
• ГОСТ 19.202 - 78. ЕСПД. Спецификация. Требования к содержанию и оформлению.
• ГОСТ 19.301 - 79. ЕСПД. Программа и методика испытаний. Требования к содержанию и оформлению.
• ГОСТ 19.401 - 78. ЕСПД. Текст программы. Требования к содержанию и оформлению.
• ГОСТ 19.402 - 78. ЕСПД. Описание программы.
• ГОСТ 19.403 - 79. ЕСПД. Ведомость держателей подлинников.
• ГОСТ 19.404 - 79. ЕСПД. Пояснительная записка. Требования к содержанию и оформлению.
• ГОСТ 19.501 - 78. ЕСПД. Формуляр. Требования к содержанию и оформлению.
• ГОСТ 19.502 - 78. ЕСПД. Общее описание. Требования к содержанию и оформлению.
• ГОСТ 19.503 - 79. ЕСПД. Руководство системного программиста. Требования к содержанию и оформлению.
• ГОСТ 19.504 - 79. ЕСПД. Руководство программиста. Требования к содержанию и оформлению.
• ГОСТ 19.505 - 79. ЕСПД. Руководство оператора. Требования к содержанию и оформлению.
• ГОСТ 19.506 - 79. ЕСПД. Описание языка. Требования к содержанию и оформлению.
• ГОСТ 19.507 - 79. ЕСПД. Ведомость эксплуатационных документов.
• ГОСТ 19.508 - 79. ЕСПД. Руководство по техническому обслуживанию. Требования к содержанию и оформлению.
• ГОСТ 19.601 - 78. ЕСПД. Общие правила дублирования, учета и хранения.
• ГОСТ 19.602 - 78. ЕСПД. Правила дублирования, учета и хранения программных документов, выполненных печатным способом.
• ГОСТ 19.603 - 78. ЕСПД. Общие правила внесения изменений.
• ГОСТ 19.604 - 78. ЕСПД. Правила внесения изменений в программные документы, выполненные печатным способом.
• ГОСТ 19.701 - 90 (ИСО 5807-85). ЕСПД. Схемы алгоритмов, программ, данных и систем. Условные обозначения и правила выполнения.

 

ГОСТ 19.503 - 79 ЕСПД Руководство системного программиста от 1980 года:

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Структуру и оформление  документа устанавливают в соответствии  с ГОСТ 19.105 - 78.

 

Составление информационной части (аннотации и содержания) является обязательным.

2. Руководство системного программиста должно содержать следующие разделы:

• общие сведения о программе;
• структура программы;
• настройка программы;
• проверка программы;
• дополнительные возможности;
• сообщения системному программисту.

В зависимости от особенностей документы допускается объединять отдельные разделы или вводить новые. В обоснованных случаях допускается раздел «Дополнительные возможности» не приводить, а в наименованиях разделов опускать слово «программа» или заменять его на «наименование программы».

СОДЕРЖАНИЕ  РАЗДЕЛОВ

1. В разделе «Общие сведения о программе» должна быть указаны назначение и функции программы и сведения о технических и программных средствах, обеспечивающих выполнение данной программы.

2. В разделе «Структура  программы» должны быть приведены  сведения о структуре программы, ее составных частях, о связях между составными частями и о связях с другими программами.

3. В разделе «Настройка  программы» должно быть приведено  описание действий по настройке  программы на условия конкретного  применения (настройка на состав технических средств, выбор функций и др.). При необходимости приводят поясняющие примеры.

4. В разделе «Проверка  программы» должны быть приведено  описание способов проверки, позволяющих  дать общее заключение о работоспособности  программы (контрольные примеры, методы прогона, результаты).

5. В разделе «Дополнительные  возможности» должно быть приведено  описание дополнительных разделов  функциональных возможностей программы  и способов их выбора.

6. В разделе «Сообщения  системному программисту» должны  быть указаны тексты сообщений, выдаваемых в ходе выполнения настройки, проверки программы, а также в ходе выполнения программы, описание их содержания и действий, которые необходимо предпринять по этим сообщениям.

7. В приложении к  руководству системного программиста могут быть приведены дополнительные материалы (примеры, иллюстрации, таблицы, графики и т.п.).

 

1.3 Требования, предъявляемые к  оформлению программных документов

Программная документация является неотъемлемым компонентом программного продукта и должна оформляться в соответствии с Единой системой программной документации (ЕСПД - ГОСТ серии 19). В рамках учебных работ допускается заключать всю содержательную часть программной документации в единый "отчёт по программе", при этом формальные требования к оформлению такого отчёта соответствуют требованиям к отчёту по НИР. В данном разделе изложены ключевые моменты государственных стандартов ЕСПД.

Программная документация, кроме формальных документов (спецификация, ведомость держателей подлинников, формуляр и др.), включает:

• техническое задание (назначение, область применения программы, требования, предъявляемые к программе);
• текст программы (запись программы с необходимыми комментариями);
• описание программы (сведения о логической структуре и функционировании программы);
• пояснительная записка (схема алгоритма, общее описание алгоритма и/или функционирования программы, обоснование принятых решений);
• эксплуатационные документы.

Программный документ "Пояснительная  записка" составляется на стадии эскизного или технического проектов программы. Как правило, на стадии рабочего проекта не используется.

К эксплуатационным документам относят:

• описание применения (сведения о назначении программы, области применения, применяемых методах, классе решаемых задач, ограничениях для применения, минимальной конфигурации технических средств);
• руководство системного программиста (сведения для проверки, обеспечения функционирования и настройки программы на условия конкретного применения);
• руководство программиста (сведения для эксплуатации программы);
• руководство оператора (сведения для обеспечения общения оператора с вычислительной системой в процессе выполнения программы);
• описание языка (описание синтаксиса и семантики языка);
• руководство по техническому обслуживанию (сведения для применения тестовых и диагностических программ при обслуживании технических средств).