Инструментальные среды разработки и сопровождения программных средств. Инструментальное по

Согласно классической классификации принципов программирования было выделено процедурное и декларативное программирование, а также их разновидности: императивное, функциональное, объектно-ориентированное, логическое, экспертных систем и на основе индукции . Эти принципы до определенного момента применялись в рамках идеологии построения целевых информационных систем, предназначенных решать определенный спектр задач. Впоследствии, постоянный рост потребностей человечества в глобальном общении заставило изменить идеологию принципов программирования.

Представлены многими платформами, которые постоянно дополняются более новыми и узко специализированными.

Для программных продуктов глобального информационного общества характерны высокие требования к их коммуникативных составляющих. Это обусловило переход от создания монолитных решений для создания компонентов, допускающих свое повторное использование в различных средах и программных приложениях.

Идеология разработки в ИТ

Изменение идеологии в разработке программных систем была отмечена ведущими представителями IT индустрии, появлением качественно нового поколения программных продуктов. Некоторые производители программных систем информируют рынок о принадлежности продукции к открытой идеологии, наделяя их характерными внешними признаками. В частности, для продуктов фирмы Microsoft, выпущенных с начала 21 века, характерно окончание названия. Net (читается как Dot Net). Опираясь именно на эти решения, в дальнейшем будет проведено рассмотрение сущности идеологии открытого программирования.

Одной из практических реализаций идеологии открытого программирования является, реализованная в последних версиях Microsoft Visual Studio, открытость для языков программирования. Она заключается в использовании многоязычного среды разработки. То есть, в среду разработки приложений Visual Studio последних версий, вместе с языками программирования, включенных фирмой Microsoft (Visual C + +, Visual C , J . Net, Visual Basic. Net), могут добавляться любые языки программирования, компиляторы которых создаются другими фирмами -производителями. На сегодняшний день, таких расширений среды Visual Studio сделано уже достаточно много, практически, они существуют для всех известных языков (Fortran, Cobol, Component Pascal, Oberon и др.).

Открытость среды не означает полной свободы. Все разработчики компиляторов, при введении нового языка в среду разработки, должны придерживаться установленных правил и ограничений. Главное ограничение, которое, одновременно, можно считать и достоинством, заключается в том, что все языки, которые включаются в среду разработки Visual Studio, должны использовать единый каркас — Framework.Net.

Каркас приложений

Понятие каркаса приложений — Framework Applications появляется в литературных источниках со второй половины 90-х годов прошлого столетия в описаниях применения Visual Studio, начиная с четвертой версии. Роль каркаса приложений Visual C + + в ранних версиях Visual Studio выполняла библиотека классов MFC (Microsoft Foundation Classes). Библиотека классов MFC изначально представляла собой иерархически организованную коллекцию классов, в которую входили классы, способные создавать архитектуру новых приложений. Выбирая тип приложения, разработчик получал нужную функциональную платформу, образовывалась и поддерживалась объектами классов каркаса.

Например, когда разработчик выбирал из возможных типов приложений архитектуру «Документ-Представление», то в его приложение автоматически встраивались класс Document, ответственный за структуру документа и класс View — ответственный за его визуальное представление. Класс Form, вместе с другими классами, которые реализовывали элементы управления, обеспечивали унифицированный интерфейс приложений.

В течение последующих лет, роль каркаса в построении приложений существенно возросла за счет расширения его возможностей до уровня Framework.NET. Сегодня, каркас Microsoft Framework.NET является платформой для создания, развертывания и запуска приложений. Она предоставляет высокопроизводительное, основанное на стандартах многоязыковую среду, которая позволяет интегрировать существующие приложения с приложениями и сервисами следующих поколений.

Благодаря применению единого каркаса Framework.Net достигаются следующие преимущества:

• возможность использования компонентов, разработанных на разных языках;
• возможность разработки нескольких частей одного приложения на различных языках программирования;
• возможность бесшовной отладки многоязычного приложения;
• возможность создать класс на одном языке, а его потомки — другие языки.

Единый каркас стимулирует сближение языков программирования, позволяя вместе с тем, сохранять их индивидуальность и преимущества, которые они имеют. Благодаря единому каркаса, в некоторой степени решается проблема языкового барьера в мире программистов.

Каркас Framework.Net

В ходе эволюции каркаса происходит естественный процесс его отделения от среды разработки — Framework.Net становится надстройкой над операционной системой. В 2001 году Европейская ассоциация производителей компьютеров (ECMA) приняла компоненты каркаса в качестве стандарта. В следствие чего, каркас Framework.Net получает возможность развиваться для применения на операционных платформах, отличных от Windows.

Сегодня, каркас Framework.Net становится свободно распространяемым технологическим решением. Это существенно расширяет сферу его применения. Производители различных программных продуктов предпочитают ориентировать свои разработки на применение каркаса Framework.Net с целью обеспечения возможности выполнения кодов на различных операционных платформах.

В составе каркаса Framework.Net можно выделить две основные компоненты:

Статический — FCL (Framework Class Library) — библиотека классов каркаса.

Динамический — CLR (Common Language Runtime) — общеязыковой среды выполнения.

Библиотека классов FCL является результатом эволюции библиотеки классов MFC, благодаря которому каркас Framework.Net стал единственной средой для различных языков программирования. Поэтому, на каком бы языке программирования не велась разработка, она использует классы одной общей библиотеки. Большинство классов библиотеки, образующих общее ядро, используются всеми языками каркаса. Таким образом достигается унификация следующих реализаций:

• интерфейса приложений, независимо от языка, на котором они разрабатываются;
• взаимодействия с коллекциями и другими контейнерами данных;
• доступа к различным типам внешних источников данных.

Кроме того, библиотека классов FCL содержит ряд статических компонентов, обеспечивающих открытость программирования в среде Visual Studio. Среди них следует выделить: встроенные примитивные типы данных, структурные типы данных, компоненты поддержки архитектурного разнообразия приложений, пространства имен.

Встроенные примитивные типы данных . Важной частью библиотеки FCL стали классы, описывающие примитивные типы данных. Типы каркаса охватывают всю множество типов данных, встречающихся в языках программирования. Типы данных языка программирования проецируются на соответствующие типы каркаса. Например, тип данных, известный в языке Visual Basic как Integer, а в языке C как int, проецируется на тип данных FCL Int32. В каждом языке программирования, вместе с «родными» для языка названиями типов данных, разрешается использовать имена типов, принятыми в каркасе. Как следствие, все языки среды разработки могут пользоваться единой системой встроенных типов данных, обеспечивающая взаимодействие компонентов, написанных на разных языках.

Структурные типы данных . Частью библиотеки стали не только простые встроенные типы данных, но и структурные типы, описывающих организацию сложных структур данных: сроки, массивы, списки, записи. Это также способствует унификации и реальному сближению языков программирования.

Компоненты поддержки архитектурного разнообразия приложений . В среде разработки существует широкий набор возможных архитектурных типов приложений. Помимо традиционных Windows-приложений и консольных приложений, существует возможность создания платформ для Web-приложений. Большое внимание уделяется возможности создания повторно используемых компонентов — разрешается строить библиотеки классов, библиотеки элементов управления. Компиляторы языков, поставляемых различными фирмами для создания проектов, могут использовать как библиотеку FCL, так и собственную библиотеку классов.

Пространства имен . Количество классов библиотеки FCL достигла значительного уровня (несколько тысяч), поэтому возникла потребность в способе их структуризации. Логичным образом классы с близкой функциональностью объединяются в группы, называемые пространством имен (Namespace). Основным пространством имен библиотеки FCL является пространство System, содержащая, наряду с классами, другие — вложенные пространства имен. Например, примитивный тип Int32 непосредственно вложен в пространство имен System, и его полное имя, включающее имя пространства — System.Int32. В пространство System вложенный целый ряд других пространств имен, используемых при создании приложений.

Переход к идеологии открытого программирования в каркасе Framework.Net реализован во многом благодаря его динамической компоненте — общеязычной исполнительной среде CLR. Решения своих задач исполнительная среда осуществляет, основываясь на следующих составляющих: управляемый модуль, виртуальная машина, метаданные, сборник мусора, обработчик исключений, события и общие спецификации.

Управляемый модуль . С помощью управляемого модуля и управляемого кода реализуется основная концепция исполнительной среды каркаса — двухэтапная компиляция. Управляемый модуль — это перемещаемый исполняемый файл или РЕ-файл (Portable Exeable). РЕ-файлы представляют собой модули, содержание которых формируется компиляторами языков программирования на промежуточной языке — IL (Intermediate Language). В зависимости от типа проекта, РЕ-файл может иметь расширение exe, dll, mod или mdl.

Несмотря на то, что РЕ-файл с расширением exe, он выполняется операционной системой не совсем так, как привычный exe-файл. При его запуске он распознается, как специальный промежуточный файл, и передается исполнительному среде для обработки. Исполнительная среда начинает работать с кодом, в котором не осталось ни специфики начальной языка программирования. Код на промежуточной языке начинает выполняться под управлением исполнительной среды.

Виртуальная машина . Результат работы исполнительной среды каркаса можно рассматривать как своеобразную виртуальную машину. Эта машина транслирует участка промежуточного кода, подаваемого на исполнение, у команды реального процессора, который в действительности и выполняет код. Основу виртуальной машины составляют трансляторы JIT (Just In Time Compiler), которые и выполняют трансляцию промежуточного кода в командный код той вычислительной машины, где установлено и функционирует исполнительная среда.

Microsoft в своей разработке использовал опыт виртуальной машины Java. Он получил широкое признание, улучшив процесс за счет того, что в отличие от Java, промежуточный код не интерпретируется исполнительной средой, а компилируется с учетом всех особенностей вычислительной платформы. Благодаря этому, существует возможность создавать более производительные приложения. Кроме того, исполнительная среда, работая с промежуточным кодом, осуществляет достаточно эффективную оптимизацию программного кода и, что немаловажно, его защиту.

Метаданные . Перемещаемый исполнительный РЕ-файл является самодокументируемым файлом, т.е. содержит вместе с программным кодом метаданные, которые его описывают. Файл начинается с манифеста, включающий описание всех классов, которые в нем хранятся, их свойств, методов, всех аргументов этих методов, то есть всю необходимую для CLR информацию. Поэтому, кроме РЕ-файла не требуется никаких дополнительных файлов и записей в реестре — вся необходимая информация берется из самого файла.

Сборник мусора (Garbage Collector). Под сборкой мусора понимается освобождение оперативной памяти, занятой объектами, которые стали лишними и не используются в дальнейшей работе приложения. Во многих языках программирования (классическим примером является язык C / C + +) память освобождает сам программист, в явной форме программируя команды как на создание, так и на удаление объектов. Чтобы предотвратить неизбежным ошибкам программиста при работе с памятью, удаление неиспользуемых объектов, т.е. сборка мусора, стала частью исполнительной среды.

Обработчик исключений . В случаях, когда при вызове некоторой функции (процедуры) оказывается, что она не может корректно выполнить свою работу, исполнительная среда выбрасывает исключение. Выбрасывание исключений наилучшим образом согласовывает процесс программирования с исполнительной средой. В процессе разработки программных систем, организация перехвата выброшенных исключений и их последующая обработка, представляет собой основной рекомендуется реакции программы на нестандартные ситуации.

События . В исполнительной среды существует свое видение того, что является типом каждого объекта. Для этого используется формальное описание общей системы типов CTS — Common Type System. Согласно этому описанию, каждый тип, кроме методов и свойств, может содержать еще и события. При возникновении событий в процессе работы с тем или иным объектом определенного типа, направляются сообщения, которые могут получать и использовать другие объекты. Механизм обмена сообщениями основан на делегатах — функциональном типе.

Общие спецификации . Как уже отмечалось, каркас Framework.Net обеспечивает межъязычное взаимодействие. Чтобы классы, разработанные на разных языках, могли использоваться в рамках одного приложения, то есть их разноязычные потомки могли взаимодействовать, они должны удовлетворять некоторым ограничениям. Эти ограничения задаются набором общеязычной спецификации — CLS (Common Language Specification). Класс, удовлетворяющий спецификациям CLS, называется CLS-совместимым. Он доступен для использования в других языках, классы которых могут быть клиентами или наследниками совместного класса.

В настоящее время с каждой системой программирования связываются не отдельные инструменты (например, компилятор), а некоторая логически связанная совокупность программных и аппаратных инструментов поддерживающих разработку и сопровождение ПС на данном языке программирования или ориентированных на какую-либо конкретную предметную область. Такую совокупность будем называть инструментальной средой разработки и сопровождения ПС . Для таких инструментальных сред характерно, во-первых, использование как программных, так и аппаратных инструментов, и, во-вторых, определенная ориентация либо на конкретный язык программирования, либо на конкретную предметную область.

Инструментальная среда не обязательно должна функционировать на том компьютере, на котором должно будет применяться разрабатываемое с помощью ее ПС. Часто такое совмещение бывает достаточно удобным (если только мощность используемого компьютера позволяет это): не нужно иметь дело с компьютерами разных типов, в разрабатываемую ПС можно включать компоненты самой инструментальной среды. Однако, если компьютер, на котором должно применяться ПС, недоступен для разработчиков этого ПС (например, он постоянно занят другой работой, которую нельзя прерывать, или он находится еще в стадии разработки), либо неудобен для разработки ПС, либо мощность этого компьютера недостаточна для обеспечения функционирования требуемой инструментальной среды, то применяется так называемый инструментально-объектный подход . Сущность его заключается в том, что ПС разрабатывается на одном компьютере, называемым инструментальным , а применяться будет на другом компьютере, называемым целевым (или объектным ).

Различают три основных класса инструментальных средразработки и сопровождения ПС (рис. 16.1): ·

среды программирования, ·

рабочие места компьютерной технологии,·

инструментальные системы технологии программирования.

Среда программирования предназначена в основном для поддержки процессов программирования (кодирования), тестирования и отладки ПС. Рабочее место компьютерной технологии ориентировано на поддержку ранних этапов разработки ПС (спецификаций) и автоматической генерации программ по спецификациям. Инструментальная система технологии программирования предназначена для поддержки всех процессов разработки и сопровождения в течение всего жизненного цикла ПС и ориентирована на коллективную разработку больших программных систем с длительным жизненным циклом. Для таких систем стоимость сопровождения обычно превышает стоимость разработки.

Рис. 16.1. Основные классы инструментальных сред разработки и сопровождения ПС.

1. Инструментальные среды программирования.

Инструментальные среды программирования содержат прежде всего текстовый редактор, позволяющий конструировать программы на заданном языке программирования, инструменты, позволяющие компилировать или интерпретировать программы на этом языке, а также тестировать и отлаживать полученные программы. Кроме того, могут быть и другие инструменты, например, для статического или динамического анализа программ. Взаимодействуют эти инструменты между собой через обычные файлы с помощью стандартных возможностей файловой системы.

Различают следующие классы инструментальных сред программирования (см. рис. 14.2): ·

среды общего назначения,·

языково-ориентированные среды.

Инструментальные среды программирования общего назначения содержат набор программных инструментов, поддерживающих разработку программ на разных языках программирования (например, текстовый редактор, редактор связей или интерпретатор языка целевого компьютера) и обычно представляют собой некоторое расширение возможностей используемой операционной системы. Для программирования в такой среде на каком-либо языке программирования потребуются дополнительные инструменты, ориентированные на этот язык (например, компилятор).

Рис.16.2. Классификация инструментальных сред программирования.

Языково-ориентированная инструментальная среда программирования предназначена для поддержки разработки ПС на каком-либо одном языке программирования и знания об этом языке существенно использовались при построении такой среды. Вследствие этого в такой среде могут быть доступны достаточно мощные возможности, учитывающие специфику данного языка. Такие среды разделяются на два подкласса: ·

интерпретирующие среды, ·

синтаксически-управляемые среды.

Интерпретирующая инструментальная среда программирования обеспечивает интерпретацию программ на данном языке программирования, т.е. содержит прежде всего интерпретатор языка программирования, на который эта среда ориентирована. Такая среда необходима для языков программирования интерпретирующего типа (таких, как Лисп), но может использоваться и для других языков (например, на инструментальном компьютере). Синтаксически-управляемая инструментальная среда программирования базируется на знании синтаксиса языка программирования, на который она ориентирована. В такой среде вместо текстового используется синтаксически-управляемый редактор, позволяющий пользователю использовать различные шаблоны синтаксических конструкций (в результате этого разрабатываемая программа всегда будет синтаксически правильной). Одновременно с программой такой редактор формирует (в памяти компьютера) ее синтаксическое дерево, которое может использоваться другими инструментами.

1.3 Выбор средств разработки программного обеспечения

В настоящее время существует огромное количество программных продуктов, позволяющих в сжатые сроки эффективно и качественно разработать программный комплекс для различных предметных областей.

К ним относятся такие программные средства, как Delphi, Visual C++, С Builder, Visual Basic, Java Builder;

Использование средств этого типа оправдано, когда необходимо в сжатые сроки создать приложение с удобным и понятным графическим интерфейсом.

Приняв во внимание вышеперечисленные аргументы, для разрабатываемого программно-методического комплекса целесообразно использовать средства типа RAD.

Для функционирования программного комплекса, необходима также некоторая программная среда, в простейшем случае представленная операционной системой. В более сложных случаях, когда система работает с большим количеством данных, которые необходимо поддерживать в актуальном состоянии, должна присутствовать некоторая СУБД.

Для правильного и обоснованного выбора RAD-средства необходима оценка продуктов по определенным критериям экспертами. Получить оценку продуктов можно из специальных источников. Но эта оценка дается, учитывая специфику разработки приложения. Более или менее рациональный выбор средства разработки приложения можно сделать только в контексте конкретного проекта или конкретной организации, ведущей разработку.

Поэтому для правильной оценки средств разработки приложения нужна оценка экспертов, ознакомленных со спецификой разрабатываемого приложения, с вопросами его дальнейшей модификации и сопровождения. Ввиду невозможности получить такую оценку от признанных экспертов и не достаточной серьезности разрабатываемого приложения, решил в качестве экспертов принять студентов группы и других лиц, занимающихся разработкой программ.

Во внимание принимались различные критерии для оценки качества программного продукта, в частности такие, которые учитывают аспекты разрабатываемого программного продукта:

Доступность программных средств разработки и реализации;

Cоответствие выбираемых программных средств уровню подготовленности программиста;

Возможности программных средств для разработки профессиональных приложений и сложных программных систем;

Оценка качества средств с точки зрения надежности, производительности, удобства работы и трудоемкости их эксплуатации;

Перспективность и жизнеспособность фирм изготовителей программных средств, возможность обновления и наличия новых версий продуктов при модернизации программно-технической среды;

Возможность перехода от однопользовательского варианта (для отладки и локального применения) к сетевому, для средств разработки и средств эксплуатации, а также его сложность;

Стыковка с широким спектром других СУБД и возможности переноса БД для данного программного средства на другие СУБД;

Возможность подключения к корпоративным сетям и Интернет/Интранет, поддержка постоянно развивающихся WEB технологий;

Модульный принцип построения, степень ее универсальности.

Наличие документации на русском языке, справочных систем, документации в печатном и электронном исполнении, возможности консультаций;

Простота языка программирования;

Скорость работы приложения;

Скорость компиляции приложения;

Наличие интегрированного отладчика;

Обработка исключительных ситуаций;

Методика определения подходящего программного продукта заключается в следующем.

Сначала выбирается несколько доступных и известных программных продуктов. Мною для рассмотрения были выбраны Delphi 5.0, Visual C++ 6.0 и Visual Basic. Каждому критерию назначил вес, исходя из целей проектирования таким образом, что сумма весов всех критериев равнялась 1.

Потом по каждому из параметров критерия давалась оценка программному продукту по десятибалльной шкале, и считалась интегральная оценка по каждому программному продукту по формуле 1.1.

В качестве экспертов, который ставили экспертную оценку, выступали студенты пятого курса группы ИТ98-1

Вычисления по формуле (1.1) сведены в таблицу 1.2.

Как видно из таблицы 1.2 наиболее подходящим средством для разработки программного комплекса является Delphi 5.0.

Таблица 1.2 - Сравнение программных продуктов

1.4 Техническое задание 1.4.1 Введение

Программный комплекс предназначен для создания курса обучения дисциплине и для обучения дисциплине.

1.4.2 Основания для разработки

Разработка программного комплекса ведется на основании задания на дипломную работу, утвержденное приказом ректора Донбасской машиностроительной академии по ГОСТ 19.101-77.

Тема дипломной работы – «Программно – методический комплекс для мультимедийного представления учебной информации».

Спецчасть разработки – «Разработка программного обеспечения для интерфейса оболочки комплекса и примера информационного наполнения»

1.4.3 Назначение разработки

Программный комплекс предназначен для создания большого числа обучающих дисков по разным дисциплинам. Включает интерфейс для создания курса обучения и оболочку для обучения.

1.4.4 Требования к программному изделию 1.4.4.1 Требования к функциональным характеристикам

Программный комплекс должен выполнять следующие функции:

Предоставлять возможность ввода лекций и другого учебного материала с рисунками, видео и звуковым сопровождением;

Предоставлять возможность изменения курса;

Предоставлять возможность проходить курс(обучаться);

Предоставлять возможность контролировать полученные знания;

Предоставлять возможность поиска по всему курсу.

1.4.4.2 Требования к надежности

Программный комплекс должен устойчиво функционировать и не приводить к зависанию операционной системы в аварийных ситуациях.

Контроль формируемого учебного материала возложен на пользователя, который создает учебный курс.

1.4.4.3 Условия эксплуатации

Температура окружающего воздуха, влажность и другие параметры микроклимата должны соответствовать требованиям к помещениям, оборудованным персональными ЭВМ.

Для создания учебного курса необходим человек – преподаватель или пользователь, который будет заводить материал. Человек должен обладать навыками работы с персональной ЭВМ, оснащенной операционной системой Windows.

1.4.4.4 Требования к составу и параметрам технических средств

Для нормального функционирования программного комплекса необходима персональная ЭВМ со следующими характеристиками:

Объем оперативной памяти не менее 32 мегабайт;

Процессор не ниже Pentium 166, мышь, клавиатура;

Наличие свободного места на жестком диске в размере не менее 5 мегабайт;

Дисковод на 3,5’’;

Звуковая карта;

Монитор SVGA.

1.5.4.5 Требования к информационной и программной совместимости

Программа должна функционировать под операционной системой Windows. Должна быть установлена программа BDE Administrator для работы с базами. Исходные коды программы должны быть написаны на языке Object Pascal в среде разработки Delphi 5.0. Информация должна вводиться непосредственно через GUI. Результат визуализации информации должен быть представлен в хорошо воспринимаемом виде.

1.4.4.6 Требования к программной документации

Предварительный состав программной документации установлен в соответствии с ГОСТ 19.101-77. Ниже перечислен список программных документов и их содержание.

Текст программы – запись программы с необходимыми пояснениями и комментариями.

Описание программы – сведения о логической структуре и функционировании программы.

Программа и методика испытаний – требования, подлежащие проверке при испытании программы, также порядок и методы контроля.

Техническое задание – настоящий документ.

Пояснительная записка – результаты исследования структур представления информации, общее описание функционирования программы, а также обоснование принятых технических и технико-экономических решений.

1.4.5 Стадии и этапы разработки

Стадии и этапы разработки должны соответствовать ГОСТ 19.101-77 и состоять из следующих пунктов.

1 Техническое задание – черновое определение требований к программному комплексу и программной документации.

2 Эскизный проект – разработка структур представления информации в программном комплексе, разработка структуры классов, необходимых для реализации поставленного алгоритма. Формулировка методов реализации вложенности в программном комплексе, разработка структуры программы.

3 Технический проект – уточнение структуры классов и методов представления информации. Детальное уточнение метода реализации вложенности. Разработка структуры программы.

4 Рабочий проект – разработка программы, разработка программной документации, испытание программы.

1.4.6 Порядок контроля и приемки

Разработанное программное обеспечение должно соответствовать требованиям заказчика и отвечать всем поставленным функциональным требованиям. Программа должна быть протестирована на возможность возникновения исключительных ситуаций и должна быть сделана соответствующая рецензия.

1.5 Разработка математической модели

Очень важным этапом при создании электронного учебника является выбор материалов для обучения и стрктура представления этих материалов.

Предлагаются следующие шаги для составления курса обучения:

Методическая разработка темы обучающей программы.

Анализом результатов специальных модельных экспериментов разработать модель главы для профильного учебника.

Определить требования к программному продукту, с помощью которого можно педагогам образовательных учреждений создавать электронные учебники для профильной школы с учетом уровня подготовки педагогов к использованию компьютера.

Разработать пакет программных средств, предназначенный для разработки электронных средств учебного назначения: информационных и экспертных систем, электронных учебников, специальных средств для изучения учащихся.

Предложить технологию разработки электронных учебников для профильного обучения с помощью пакета.

Разработать ряд учебников и провести эксперименты по их проверке с учащимися и педагогами.

На основе анализа электронных средств, созданных педагогами и специальных исследований разработать новый проект программных средств для создания электронных учебников.

При разработке учебника необходимо учитывать: интересы учащихся, их психологически особенности, отношение к предмету и педагогу, возможности учащихся выполнить творческие задания и ориентация на него, затруднения школьников в изучении предмета и виды помощи, которые они предпочитают.

Этапы разработки электронного учебника можно представить в виде схемы, изображенной на рисунке 1.2.

В учебнике требуется уделить специальное внимание мотивации обучающихся к изучению каждой темы. Общими моментами в данной плоскости являются: возможности применения математики в соответствующей предметной области, необходимость сдачи экзаменов.

Возможность накопить опыт творческой деятельности в разных предметных областях, знакомство с интересными применениями ЭВМ.

Учебник должен обеспечить возможность ученику выбрать не только уровень, на котором будет изучать учебный материал темы, но и разный способ изучения темы (не менее двух способов). При этом ученик должен осознать, что он и только он отвечает за свой выбор уровня изучения темы.

Рисунок 1.2 - Этапы разработки ЭУ

Учебник призван защитить обучаемых от перегрузки. В частности, этому служит раздел домашних заданий по новому материалу (в нем представлены минимальное число задания, которые будут предложены на дом и при выполнении которых студенту вновь предстоит выбирать уровень сложности).

В учебнике должен быть специальный тренажер, обращаясь к которому по своей инициативе ученик может не только отработать алгоритмы решения основных типов задач, но и учиться: отказываться от известного метода решения задач и находить другие методы, составлять задачи, искать и исправлять ошибки в решении задач, проводить анализ ситуаций разными способами и др.

В учебнике должен быть раздел личного мониторинга, предназначенный для учащихся, которые до проведения контрольной работы хотят оценить результаты своей работы над темой и своевременно внести необходимые коррективы, хотят узнать прогноз результата выполнения контрольной и получить указание от компьютера, каким образом можно его улучшить.

Предусмотрены различные виды помощи ученикам. Особенно важным является включение специальной экспертной системы, которая предназначена не только для оказания помощи ученикам в решении конкретных задач на уроке или дома, но и ориентирована на передачу опыта автора учебника с разными элементами учебника.

Раздел творческих заданий, в котором предлагаются возможные проекты для нужд учебного заведения и для участия в конференциях и конкурсах, проводимых как внутри учебного заведения, так и вне его.

Важно, чтобы учебник можно было существенно изменять и дополнять на основе не только разработок автора учебника, учителя, который его использует, но и учащимися вместе с учителем на основе проектов, выполненных учениками и с учетом особенностей образовательного учреждения и профиля класса. Вот одна иллюстрация: учебник по математике для гуманитарных классов может быть переведен учащимися на те иностранные языки, которые изучают учащиеся. В этом случае новые ученики, использующие дополненный вариант электронного учебника, получают новый возможный вариант изучения темы – изучать тему на иностранном языке.

Существенно, чтобы обучающиеся знакомились с опытом выполнения каких-то работ, которые являются важными для профиля класса, которые вызывают известные затруднения учащихся и которые выполнены их сверстниками. Это достигается за счет включения в учебник разделов, в которых представлены разные варианты выполнения одних и тех же заданий учениками, изучавшими материал с помощью электронного учебника (к примеру, на рефлексию или систематизацию, на составление задач и др.) и анализ выполнения, выполненные учениками и автором электронного учебника.

Исходя из вышеперечисленного предлагается структура материалов, приведенная на рисунке 1.3.

1.6 Разработка компонентов программного комплекса 1.6.1 Разработка логической модели программного комплекса

Одним из способов при описании логической модели программного комплекса является структурный анализ.

Сущность структурного подхода заключается в декомпозиции (разбиении) системы на автоматизируемые функции: система разбивается на функциональные подсистемы, которые в свою очередь делятся на подфункции, подразделяемые на задачи и так далее. Процесс разбиения продолжается вплоть до конкретных процедур. При этом автоматизируемая система сохраняет целостное представление, в котором все составляющие компоненты взаимоувязаны. При разработке системы "снизу-вверх" от отдельных задач ко всей системе целостность теряется, возникают проблемы при информационной стыковке отдельных компонентов.

Все наиболее распространенные методологии структурного подхода базируются на ряде общих принципов . В качестве двух базовых принципов используются следующие:

Принцип решения сложных проблем путем их разбиения на множество меньших независимых задач, легких для понимания и решения;

Принцип иерархического упорядочивания - принцип организации составных частей проблемы в иерархические древовидные структуры с добавлением новых деталей на каждом уровне.

Выделение двух базовых принципов не означает, что остальные принципы являются второстепенными, поскольку игнорирование любого из

них может привести к непредсказуемым последствиям (в том числе и к провалу всего проекта). Основными из этих принципов являются следующие:

Принцип абстрагирования - заключается в выделении существенных аспектов системы и отвлечения от несущественных;

Рискнок 1.3- Структура материалов

Принцип формализации - заключается в необходимости строгого методического подхода к решению проблемы;

Принцип непротиворечивости - заключается в обоснованности и согласованности элементов;

Принцип структурирования данных - заключается в том, что данные должны быть структурированы и иерархически организованы.

В структурном анализе используются в основном две группы средств, иллюстрирующих функции, выполняемые системой и отношения между данными. Каждой группе средств соответствуют определенные виды моделей (диаграмм), наиболее распространенными среди которых являются следующие:

SADT (Structured Analysis and Design Technique) модели и соответствующие функциональные диаграммы;

DFD (Data Flow Diagrams) диаграммы потоков данных;

ERD (Entity-Relationship Diagrams) диаграммы "сущность-связь";

На уроках біології. [Електронний ресурс]. Режим доступу: http: // www. nenc.gov.ua / index.php? id=79. – Заголовок з титул. екрана. АНОТАЦІЇ Сліпчук І.Ю. Методика навчання біології учнів 8-9 класів з використанням комп’ютерних технологій. – Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата педагогічних наук за спеціальністю 13.00.02 – теорія та методика навчання (біологія). – Наці ...

Сферы интеллектуальной деятельности, принесло с собой совершенно новые представления о возможностях обработки информации, новые приемы и формы работы, новый уровень информационной обеспеченности общества. В этом смысле есть все основания говорить о наступлении эры компьютерных технологий как о новом витке цивилизации. Кстати, выражение "компьютерная цивилизация" действительно есть, оно реально...

Инструментальные средства разработки программных агентов формируют среду, которая оптимизирована для выпуска определенного типа приложений, со специфической архитектурой.

Основным отличаем инструментальных сред от других средств построения программных агентов является то, что среда обеспечивает полный цикл разработки программных агентов, включая этапы анализа предметной области, этапы проектирования, разработки, верификации, а так же этапы развертывания и сопровождения.

Можно выделить наиболее известные и популярные среды разработки агентов:

АВЕ (Agent Building Environment);

Рассмотрим более подробно перечисленные инструментальные среды разработки программных агентов.

1. Инструментальная среда AgentBuilder предоставляет для разработчиков средства разработки и среду выполнения агентного приложения. Технология создания интеллектуального агента в среде AgentBuilder представлен на рисунке 2.1.

Рис. 2.1

Средства разработки и среда выполнения написаны на языке программирования Java, что позволяет им работать на всех платформах, где установлена Java среда. Агент, созданный с помощью инструментария AgentBuilder, может выполняться на любой платформе с виртуальной машиной Java (версии 1.1 и выше).

Средства разработки представляют собой удобный графический интерфейс для анализа предметной области разрабатываемой МАС и спецификации желаемого поведения агентов, разрабатываемых при помощи графических редакторов. В данной инструментальной среде предусмотрены следующие этапы построения многоагентного приложения:

определение состава агентства;

создание агентов, которое предусматривает построение онтологии, используемой для выполнения делегированных агенту полномочий, и ментальной модели (убеждения, способности, обязательства, правила поведения);

создание протоколов для спецификации взаимодействия агентов данного агентства;

генерация специального файла описания агента на языке RADL, который, в конечном итоге, представляет ментальную модель и желаемое поведение агента.

Среда выполнения агентного приложения состоит из агентной программы и процессора выполнения агента. Процессор использует эффективные процедуры логического вывода путём сопоставления правил поведения агента с убеждениями агента, определяемыми текущей ментальной моделью, и входящими сообщениями. На основе проводимых рассуждений процессор выполняет определенные действия, связанные с полномочиями агента. Агентная программа представляет собой определение агента в виде файла на языке RADL вместе с укомплектованной библиотекой классов проекта. Агентная программа совместно с процессором образуют выполняемого агента. При запуске среды выполнения, инициализируется процессор агента, который использует RADL-модель и онтологию агента, представленную в виде библиотеки классов проекта (Project Accessories Library). Для этого необходимы определение агента (файл RADL, который обеспечивает агента способностью рассуждения и начальной ментальной моделью) и библиотека классов проекта (вспомогательные классы проекта PACs из библиотеки классов проекта) - эти объекты используются для отображения предметной области задачи.

2. В среде Bee-gent разработка агентно-ориентированных приложений выполняется по методологии спецификации поведения агентов распределенной системы с использованием МАС - библиотеки, реализованной на языке Java. На основе предлагаемых системой Bee-gent графических средств, возможна чёткая структуризация поведения каждого агента в виде графа состояний и определение протоколов взаимодействий агентов. Графы состояний агентов строятся на основании жизнеспособности ролей, определенных в виде регулярных выражений на этапе агентно-ориентированного анализа (например, по методологии Gaia). Пример фрагмента графа поведения агента Студент обучающей системы показан на рисунке 2.2.

Рис. 2.2

Граф состояний регистрирует все имена состояний, в которых агент может находиться. На следующем шаге разработки определяются классы для каждого состояния. Каждое состояние в графе является экземпляром класса AwrIPState из агентной библиотеки фирмы Toshiba, реализованной на языке Java. В конструкторе класса определяются пред и пост условия, т.е. условия, которые должны быть выполнены агентом в текущем состоянии для того, чтобы выполнить действия, определенные классом состояния, и определить переход в следующее состояние. Затем специфицируются действия, которые должны быть выполнены в каждом состоянии (включая собственные процессы агента и взаимодействия с другими агентами). Для начального и конечного состояний также создаются классы "INIT" и "END". Если агент взаимодействует с другими агентами, то при спецификации отдельных состояний система Bee-gent предусматривает определение протокола взаимодействия. Протокол должен отражать все линии поведения агента в данном состоянии. В каждом состоянии деятельность агента направлена на выполнение протоколов взаимодействия с целью реализации планируемой линии поведения. Деятельность каждого агента в МАС определяется, например, моделью услуг, разработанной на этапе агентно- ориентированного анализа по методологии Gaia.

Каждая линия поведения документируется диаграммой взаимодействия агентов с указанием содержимого сообщений и их очередности. На рисунке 2.3 приведен пример диаграммы взаимодействия для состояния "Изучение дисциплины" агента Студент. Формат сообщений определяется языком XML/ACL, который является развитием языка коммуникации KQML.

Рис. 2.3 Диаграмма взаимодействия агента Студент в состоянии "Изучение дисциплины"

Таким образом, на основе разработанных логических моделей, система Bee-gent автоматически генерирует на языке Java скелет программного кода многоагентной системы, который дополнятся необходимым программным кодом, обеспечивающим заданный "жизненный цикл" агентов. В системе Bee-gent, в отличие от AgentBuilder, при описании поведения агентов не используются правила, определяющие реакцию агента на внешние события и его внутреннее состояние.

3. JACK TM Intelligent Agents (JACK) представляет собой агентно-ориентированную среду разработки, которая построена на основе языка программирования Java. JACK является надстройкой Java в виде расширения синтаксиса Java конструкциями для программной реализации свойств, связанных с понятием интеллектуального агента. Язык программирования агентов JACK предлагает следующие возможности:

определяет новые основные классы, интерфейсы и методы;

расширяет синтаксис Java для поддержки новых агентно-ориентированных классов, определений и операторов;

предоставляет расширения семантики (особенности при выполнении) для поддержки модели выполнения, требуемой агентно-ориентированной программной системой.

Все расширения языка реализованы как plug-in, что делает язык максимально расширяемым и гибким в агентно-ориентированном программировании.

На уровне классов введены 5 главных конструкций:

агент, который в JACK моделирует интеллектуальные сущности;

способность, которая собирает в одно целое функциональные компоненты (события, планы, множество убеждений и др. способности), для использования их агентами;

событие, для моделирования ситуаций и сообщений, на которые агент должен быть способен ответить;

план, который предназначен для моделирования процедурного описания того, как агент управляет данным событием (все предпринимаемые агентом действия заранее предусмотрены и описаны в его планах);

множество убеждений, для моделирования знаний агента в виде убеждений, которые придерживаются семантики закрытого или открытого мира. Данная конструкция представляет убеждения агента в виде реляционных кортежей первого порядка и обеспечивает их логическую непротиворечивость.

Следует отметить, что желаемое поведение агента инкапсулируется в модульных единицах, определяемых этими классами, а классы содержат все требуемые для независимого выполнения структуры и методы, которые программисты на языке JACK могут использовать. Для установления отношений между упомянутыми выше классами существует набор деклараций.

Для установления отношений между упомянутыми выше классами предоставлен набор деклараций. Ниже приведен фрагмент кода для реализации конструкции плана, написанного на JACK (элементы синтаксиса, которые принадлежат JACK, выделены жирным шрифтом):

plan MovementResponse extends Plan {

#handles event RobotMoveEvent moveresponse;

#uses agent implementing RobotInterface robot;

static boolean relevant (RobotMoveEvent ev)

context() { … }

#reasoning method

В этом примере определяемый план действий программного агента наследует свои основные выполняемые функции от класса JACKPlan. Кроме того, с помощью нескольких деклараций для планов языка JACK указывается, каким образом план будет использоваться. Каждая декларации предваряется символом "#" для того, чтобы отличить их от элементов синтаксиса Java. Декларация #handles event определяет цель или событие, на которое этот план отвечает. Декларация #uses agent implementing закрепляет агента(ов), которые могут использовать этот план. План в примере могут выполнять только те агенты, которые реализуют указанный интерфейс (RobotInterface). В фигурных скобках содержится обычный код Java.

Помимо деклараций язык JACK для описания рассуждений и поведения, предпринимаемых агентом при выполнении плана, предоставляет свои операторы методов рассуждения, которые выделяются предшествующим символом "@".

Для поддержки выполнения агентно-ориентированной программной системы JACK предоставляет следующие дополнительные языковые расширения, обеспечивающие следующую семантику:

Многопоточность встроена в ядро и выведена из-под контроля программиста.

Работа агентов осуществляется таким образом, что агенты обрабатывают множество планов и имеют доступ к описаниям убеждений. Агенты выполняют планы в задачах управления событиями, когда они возникают, сравнивая свои убеждения, когда необходимо. Эти планы могут инициировать подзадачи, которые в свою очередь могут инициировать свои подзадачи, если агент требует трудоемкий и сложный ответ.

Введена новая структура данных, названная логический элемент (logical member), значение которого зависит от результата запроса к множеству убеждений агента.

Возможность выполнение запросов к множеству убеждений агента, используя для этого логические элементы, посредством их объединения для получения желаемого результата. Если запрос имеет успех, то логический элемент содержит желаемое значение.

Компонент среды разработки JACK (JACK Development Environment) дает возможность рисования обзорных диаграмм, по которым среда генерирует скелет программного кода и следит за тем, чтобы изменения, произведенные в коде, отображались и на диаграммах.

Агенты, создаваемые в JACK, имеют архитектуру, присущую интеллектуальным агентам. Таким образом, возможно моделирование разумного поведения, в соответствии с теоретической моделью BDI- архитектуры агента , основанной на убеждениях, желаниях и намерениях.

Согласно BDI-архитектуре, интеллектуальные агенты JACK - это автономные программные компоненты, которые могут проявлять разумное поведение на основе проактивности (целенаправленность) и реактивности (направляемое событиями) на входные сигналы. Каждый такой агент имеет:

убеждения (это его набор данных о мире);

желания (набор событий на которые он будет реагировать и набор целей, достижения которых он может желать);

намерения (набор планов, которые описывают как он может управлять возникающими целями и планами).

Если агента рассматривать как аналог личности, то набор планов описывает шаги, которые агент должен выполнить при возникновении определенного события или желании достичь определенного результата. На первый взгляд, поведение агента может показаться похожим на действия экспертных систем, со всеми присущими им ограничениями. Однако, принципиальное отличие агентно-ориентированных систем в том, что агенты можно программировать для выполнения планов точно так же, как действовала бы разумная личность. В частности, с помощью агентов можно реализовать следующие свойства, ассоциирующиеся с разумным поведением:

устойчивую целенаправленность - агенты сосредоточены на целях, а не на выбранных методах для их достижения;

контекстную зависимость в реальном времени - агенты будут следить за вариантами, которые применимы в каждый момент времени и принимать решения относительно последующих действий, на основе имеющихся условий;

утверждение правильности подхода в реальном времени - агент будет гарантировать, что он следует выбранному курсу действий до тех пор, пока определенные условия продолжают быть истинными;

одновременность - агентная система является многопоточной. Если возникают новые цели и события, то агент способен определить приоритеты по требованию многозадачности.

JACK приложение представляет собой исходный код, реализующий характерные для агентно-ориентированного подхода понятия: агентов, способностей, события, планы, убеждения, view (запросы), а также Java класс с функцией main(), которая является точкой входа для виртуальной машины Java, и любые другие Java необходимые файлы. Файлы, которые создаются для этих понятий, должны иметь такое же имя, как и у объекта, определяемого в файле. Они имеют расширение, определяющее тип JACK понятия. Компилятор агентов JACK конвертирует исходные файлы на языке агентов JACK в код на языке Java, который затем компилируется в код виртуальной машины Java для выполнения на целевой системе.

4. Программная среда JADE (Java Agent Development Framework) получила широкое применение для разработки многоагентных систем. Она полностью реализованная на языке Java и поддерживает FIPA - стандарты для создания интеллектуальных агентов. Цель создания среды JADE - упростить процесс разработки посредством стандартизации способов взаимодействия агентов во всеоохватывающей среде системных сервисов.

Для достижения этой цели JADE предлагает програмисту-разработчику агентных систем следующие возможности:

агентную платформу FIPA-compliant Agent Platform, основанную на FIPA и включающую обязательные типы системных агентов для управления, во-первых, агентной платформой (AMS), во- вторых, каналом коммуникации (ACC) и службы каталогов (DF) (эти типы агентов автоматически активируются при запуске платформы);

распределенную агентную платформу Distributed Agent Platform, которая может использовать несколько хостов, при чем на каждом узле запускается только одна Java Virtual Machine. Агенты выполняются как Java- потоки. В зависимости от местонахождения агента, посылающего сообщение, и того, кто его получает, для доставки сообщений используется соответствующий транспортный механизм.

Multiple Domains support - ряд основанных на FIPA DF-агентов могут объединится в федерацию, таким образом реализуя мультидоменную агентную среду.

Multithreaded execution environment with twolevel scheduling. Каждый JADE-агент имеет собственный поток управления, но он также способен работать в многопотоковом режиме. Java Virtual Machinе проводит планирование задач, исполняемых агентами или одним из них.

Object-оriented programming environment. Большинство концепций, свойственных FIPA- спецификации, представляются Java-классами, формирующими интерфейс пользователя.

Library of interaction protocols. Используются стандартные интерактивные протоколы fipa request и fipa-contract-net. Для того, чтобы создать агента, который мог бы действовать согласно таким протоколам, разработчикам прикладных программ нужно только имплементировать специфические доменные действия, в то время как вся независимая от прикладной программы протокольная логика будет осуществляться системой JADE.

Administration GUI. Простые операции управления платформой могут исполняться через графический интерфейс, отображающий активных агентов и контейнеры агентов. Используя GUI, администраторы платформы могут создавать, уничтожать, прерывать и возобновлять действия агентов, создавать иерархии доменов и мультиагентные федерации DF (фасилитаторов).

JADE базируется на технологиях Java RMI, Java CORBA IDL, Java Serialization и Java Reflection API. Разработка МАС в этой среде упрощается благодаря использованию FIPA-спецификаций и ряда инструментов поддержки фазы отладки и развертывания системы. Эта агентная платформа может устанавливаться на компьютерах с разными операционными системами, и ее можно конфигурировать через удаленный GUI-интерфейс. Процесс конфигурирования этой платформы достаточно гибкий: ее можно изменить даже во время исполнения программ, посредством перемещения агентов с одной машины на другую. Единственным требованием для работы системы является установка на машине Java Run Time 1.2.

Каждый запущенный экземпляр среды JADE является контейнером, т.к. может содержать несколько агентов. Группа активных контейнеров образуют платформу. Главный контейнер всегда должен быть активен, а все другие контейнеры должны быть зарегистрированы им при их создании. Поэтому, первый контейнер, запущенный на платформе является основным контейнером, а все остальные - обычными контейнерами и должны получить указания о том, где находится их основной контейнер, на котором они должны быть зарегистрированы. Если в сети запускается еще один основной контейнер, то он представляет собой другую платформу, на которой новые обычные контейнеры имеют возможность зарегистрироваться. На рисунок 2.4 показаны приведенные выше концепции платформы и контейнера и показывает сценарий с двумя JADE платформами, состоящими из трёх и одного контейнера соответственно.

Рис. 2.4 Среда "существования" агентов JADE

JADE агенты должны иметь уникальные имена, знать имена друг друга и, благодаря этому, они могут общаться напрямую, независимо от их фактического местонахождения, т.е. внутри одного контейнера (например, агенты A2 и A3), в различных контейнерах внутри одной платформы (например, A1 и A2) или в различных платформах (например, A4 и A5). Основной контейнер отличается от обычных тем, что содержит систему управления агентами и маршрутизатор, которые автоматически запускаются при запуске основного контейнера. Система управления агентами AMS (Agent Management System), представляет собой "власть" в платформе (создание / удаление агентов в удаленных контейнерах, запрашиваемых через AMS) и обеспечивает службу именования агентов. Маршрутизатор каталогов DF (Directory facilitator), который обеспечивает сервис "Жёлтых страниц", помогает найти агенту других агентов, для получения от них необходимых услуг, необходимых ему для достижения своих целей.

Для осуществления коммуникации архитектура среды предоставляет гибкий и эффективный процесс обмена сообщениями, в котором JADE создает очередь и управляет потоком ACL-сообщений, являющихся приватными для каждого агента. Агенты способны обращаться к очереди с помощью комбинации нескольких режимов своей работы: блокирование, голосование, перерыв в работе и сопоставление с эталоном (если это касается методов поиска). инструментарий платформа мультиагентный

В последних версиях системы используется Java RMI, event-notification и IIOP. Однако, можно легко добавить и другие протоколы. Также предусмотрена возможность интеграции SMTP, HTTP и WAP. Большинство коммуникационных протоколов, которые уже определены международным сообществом разработчиков агентных сред, доступны и могут иллюстрироваться на конкретных примерах после определения поведения системы и ее основных состояний. Вместе с поддержкой определенных пользователем контентных языков, реализованы онтологии управления агентами, а также онтологии, которые могут быть реализованы и зарегистрированы агентами и использованы системой. С целью существенного расширения работоспособности JADE, предусмотрена возможность интеграции с JESS и Java-оболочкой CLIPS.

Сравнительный анализ возможностей рассматриваемых инструментальных сред для разработки программных агентов приводится в таблице 4. А на рисунке 2.5 приведены результаты данного анализа.

Таблица 4

Сравнительный анализ возможностей инструментальных сред для разработки программных агентов

Рис. 2.5

На основании сравнения характеристик рассмотренных инструментальных сред можно сделать вывод о том, что наиболее мощными и гибкими технологиями реализации понятия "агент", являются подходы, предложенные инструментарием AgentBuilder и средой JACK.

Необходимо обратить внимание на то, что для платформы JADE существует дополнительное BDI расширение - среда Jadex. Эта среда предусматривает гибридную реактивно-делиберативную архитектуру, в которой агент рассматривается как "черный ящик", принимающий и отправляющий сообщения. Основываясь на результатах обработки сообщений, внутренних и внешних событий, делиберативный механизм принимает решения о переходе к новому плану действий или продолжению старого. Действующий план может посылать сообщения другим агентам, изменять базу убеждений, формировать новые цели и вызывать внутренние события. Система использует библиотеку планов, которые обрабатываются как Java-классы.

Одним из главных преимуществ разработки интеллектуальных агентов на платформе Jadex является то, что не требуется изучения новых языков программирования. Вместо этого агенты кодируются на базе объектно-ориентированного программирования в интегрированной среде разработки (IDEs), типа Eclipse и Intellij IDEA.

Еще одним важным аспектом является независимость связующего программного обеспечения, поскольку Jadex независимо с его модулями может использоваться в совершенно других сценариях на верхнем уровне платформы. Ориентированные на агента программы добавляют явные свойства автономных действующих элементов, которые принимают участие в процессе принятия решений, к пассивных объектам. В этом отношении агенты предоставляют активные компоненты с индивидуальными возможностями взаимодействия с компонентами.

Jadex разработан как самостоятельный механизм принятия решений, адаптированные для работы с любыми связующими системами, которые выполняют взаимодействие с агентом относительно его собственного управления и получения сообщений.

Агент может свободно мигрировать между хостами, выполняя операции, как на серверной стороне, так и на стороне пользователя, сохраняя при этом независимость от места выполнения поставленных задач.

Проведенный анализ наиболее известных инструментальных систем позволил выбрать эффективную и доступную среду Jadex.

Интегрированная среда разработки (ИСР) – это система программных средств, используемая программистам для разработки программного обеспечения. В английском языке такая среда называется Integrated development environment или сокращённо IDE.

ИСР обычно включает в себя текстовый редактор, компилятор, интерпретатор, средства автоматизации разработки и сборки программного обеспечения и отладчик. Иногда также содержит средства для интеграции с системами управления версиями и разнообразные инструменты для упрощения конструирования графического интерфейса пользователя. Многие современные среды разработки также включают окно просмотра программных классов, инспектор объектов и диаграмму иерархии классов – для использования при объектно-ориентированной разработке ПО. Большинство современных ИСР предназначенны для разработки программ на нескольких языках программирования одновременно.

Один из частных случаев ИСР – среды визуальной разработки, которые включают в себя возможность визуального редактирования интерфейса программы.

Основным окном, является текстовый редактор, который используется для ввода исходного кода в ИСР и ориентирован на работу с последовательностью символов в текстовых файлах. Такие редакторы обеспечивают расширенную функциональность – подсветку синтаксиса, сортировку строк, шаблоны, конвертацию кодировок, показ кодов символов и т. п. Иногда их называют редакторами кода, так как основное их предназначение – написание исходных кодов компьютерных программ.

Подсветка синтаксиса – выделение синтаксических конструкций текста с использованием различных цветов, шрифтов и начертаний. Обычно применяется в текстовых редакторах для облегчения чтения исходного текста, улучшения визуального восприятия. Часто применяется при публикации исходных кодов в Интернет.

Понятие трансляции, компилятора и интерпретатора было дано в предыдущих лекциях.

Одна из наиболее важных частей ИСР – отладчик, который представляет собой модуль среды разработки или отдельное приложение, предназначенное для поиска ошибок в программе. Отладчик позволяет выполнять пошаговую трассировку, отслеживать, устанавливать или изменять значения переменных в процессе выполнения программы, устанавливать и удалять контрольные точки или условия остановки и т. д.

Наиболее распространёнными отладчиками являются:

- GNU Debugger – отладчик программ от проекта GNU;

- IDA – дизассемблер и низкоуровневый отладчик для операционных систем семейства Windows и GNU/Linux;

- Microsoft Visual Studio – среда разработки программного обеспечения, включающая средства отладки от корпорации Microsoft;

- OllyDbg – бесплатный низкоуровневый отладчик для операционных систем семейства Windows;

- SoftICE – низкоуровневый отладчик для операционных систем семейства Windows;

- Dr. Watson – стандартный отладчик Windows, позволяет создавать дампы памяти;

- WinDbg – бесплатный отладчик от корпорации Microsoft.

Основным процессом отладки является трассировка. Трассировка – это процесс пошагового выполнения программы. В режиме трассировки программист видит последовательность выполнения команд и значения переменных на данном шаге выполнения программы, что позволяет легче обнаруживать ошибки. Трассировка может быть начата и окончена в любом месте программы, выполнение программы может останавливаться на каждой команде или на точках останова, трассировка может выполнятся с заходом в процедуры/функции и без заходов.

Наиболее важным модулем ИСР при совместной разработке проектов средней и высокой степени сложности является система управления версиями. Система управления версиями (английская аббревиатура CVS) - программное обеспечение для облегчения работы с изменяющейся информацией. Она позволяет хранить несколько версий одного и того же документа, при необходимости, возвращаться к более ранним версиям, определять, кто и когда сделал то или иное изменение и многое другое.

Такие системы наиболее широко применяются при разработке программного обеспечения, для хранения исходных кодов разрабатываемой программы. Однако они могут с успехом применяться и в других областях, в которых ведётся работа с большим количеством непрерывно изменяющихся электронных документов, в частности, они всё чаще применяются в САПР, обычно в составе систем управления данными об изделии. Управление версиями используется в инструментах конфигурационного управления различных устройств и систем.

В нашей стране, возможно в связи с малым количеством масштабных проектов, системы управления версиями распространение не получили, несмотря на то, что их использование является залогом успешной реализации крупных проектов. В связи с этим остановимся подробнее на этой возможности ИСР.

Большинство систем управления версиями используют централизованную модель, когда имеется единое хранилище документов, управляемое специальным сервером, который и выполняет большую часть функций по управлению версиями. Пользователь, работающий с документами, должен сначала получить нужную ему версию документа из хранилища; обычно создаётся локальная копия документа, так называемая «рабочая копия». Может быть получена последняя версия или любая из предыдущих, выбранная по номеру версии или дате создания, иногда и по другим признакам. После того, как в документ внесены нужные изменения, новая версия помещается в хранилище. В отличие от простого сохранения файла, предыдущая версия не стирается, а тоже остаётся в хранилище и может быть получена оттуда в любое время. Сервер может использовать дельта-компрессию – способ хранения документов, при котором сохраняются только изменения между последовательными версиями, что позволяет уменьшить объём хранимых данных.

Иногда создание новой версии выполняется незаметно для пользователя (прозрачно) – либо с помощью прикладной программы, имеющей встроенную поддержку такой функции, либо за счёт использования специальной файловой системы. В последнем случае пользователь просто работает с файлом как обычно, и при сохранении файла автоматически создаётся новая версия.

Часто бывает, что над одним проектом одновременно работают несколько человек. Если два человека изменяют один и тот же файл, то один из них может случайно отменить изменения, сделанные другим. Системы управления версиями отслеживают такие конфликты и предлагают средства их решения. Большинство систем может автоматически объединить (слить) изменения, сделанные разными разработчиками. Однако такое автоматическое объединение изменений, возможно обычно только для текстовых файлов и то, только при условии, что изменялись разные (непересекающиеся) части этого файла. Такое ограничение связано с тем, что большинство систем управления версиями ориентированы на поддержку процесса разработки программного обеспечения, а исходные коды программ хранятся в текстовых файлах. Если автоматическое объединение выполнить не удалось, система может предложить решить проблему вручную.

Часто выполнить слияние невозможно ни в автоматическом, ни в ручном режиме, например, в случае, если формат файла слишком сложен или вообще неизвестен. Некоторые системы управления версиями дают возможность заблокировать файл в хранилище. Блокировка не позволяет другим пользователям получить рабочую копию или препятствует изменению рабочей копии файла (например, средствами файловой системы) и обеспечивает таким образом исключительный доступ только тому пользователю, который работает с документом.

Другие возможности системы управления версиями состоят:

В создании разных вариантов одного документа-ветки, с общей историей изменений до точки ветвления и с разными – после неё.

Ведении журнала изменений, куда пользователи могут записывать пояснения о том, что и почему они изменили в данной версии;

Контролирует права доступа пользователей, разрешении или запрете чтения или изменения данных в зависимости от того, кто запрашивает это действие.

Отдельным классом являются распределённые системы управления версиями. Такие системы используют распределённую модель вместо традиционной клиент-серверной. Они, в общем случае, не нуждаются в централизованном хранилище: вся история изменения документов хранится на каждом компьютере, в локальном хранилище, и при необходимости отдельные фрагменты истории локального хранилища синхронизируются с аналогичным хранилищем на другом компьютере. В некоторых таких системах локальное хранилище располагается непосредственно в каталогах рабочей копии.

Когда пользователь такой системы выполняет обычные действия, такие, как извлечение определённой версии документа, создание новой версии и тому подобное, он работает со своей локальной копией хранилища. По мере внесения изменений хранилища, принадлежащие разным разработчикам, начинают различаться, и возникает необходимость в их синхронизации. Такая синхронизация может осуществляться с помощью обмена патчами или так называемыми наборами изменений (англ. change sets) между пользователями.

Основное преимущество распределённых систем заключается в их гибкости. Каждый разработчик может вести работу независимо, так, как ему удобно, сохраняя промежуточные варианты документов и передавая результаты другим участникам, когда посчитает нужным. При этом обмен наборами изменений может осуществляться по различным схемам. В небольших коллективах участники работы могут обмениваться изменениями по принципу «каждый с каждым», за счет чего отпадает необходимость в создании выделенного сервера. Крупное сообщество, наоборот, может использовать централизованный сервер, с которым синхронизируются копии всех его участников. Возможны и более сложные варианты, например, с созданием групп для работы по отдельным направлениям внутри более крупного проекта.

Для использования систем управления версиями необходимо владеть терминологией этих систем. Общепринятой терминологии не существует, в разных системах могут использоваться различные названия для одних и тех же действий.

Ниже приведены некоторые, наиболее часто используемые варианты. В связи с тем, что системы разрабатывались англоязычным сообществом, а русскоязычная терминология ещё на выработана, используются английские термины.

branch (ветвь) – направление разработки, независимое от других. Ветвь представляет собой копию части (как правило, одного каталога) хранилища, в которую можно вносить свои изменения, не влияющие на другие ветви. Документы в разных ветвях имеют одинаковую историю до точки ветвления и разные – после неё.

check-in, commit, submit – создание новой версии, публикация изменений. Распространение изменений, сделанных в рабочей копии, на хранилище документов. При этом в хранилище создаётся новая версия изменённых документов.

C heck-out, clone – извлечение документа из хранилища и создание рабочей копии.

C onflict – конфликтная ситуация, когда несколько пользователей сделали изменения одного и того же участка документа. Конфликт обнаруживается в случае, когда один пользователь уже опубликовал свои изменения, а второй только пытается их опубликовать и система сама не может корректно слить конфликтующие изменения. Поскольку программа может быть недостаточно разумна для того, чтобы определить, какое изменение является «корректным», второму пользователю нужно самому разрешить конфликт (resolve).

M erge, integration (слияние) - объединение независимых изменений в единую версию документа. Осуществляется, когда два человека изменили один и тот же файл или при переносе изменений из одной ветки в другую.

R epository (хранилище документов) - место, где система управления версиями хранит все документы вместе с историей их изменения и другой служебной информацией.

R evision (версия документа). Системы управления версиями различают версии по номерам, которые назначаются автоматически.

T ag, label (метка) – которую можно присвоить определённой версии документа. Метка представляет собой символическое имя для группы документов, причём описывает она не только набор имён файлов, но и ревизию каждого файла. Ревизии включённых в метку документов могут принадлежать разным моментам времени.

T runk, mainline (ствол) – основная ветвь разработки проекта. Политика работы со стволом может отличаться от проекта к проекту, но в целом она такова: большинство изменений вносится в ствол; если требуется серьёзное изменение, способное привести к нестабильности, создаётся ветвь, которая сливается со стволом, когда нововведение будет в достаточной мере испытано; перед выпуском очередной версии создаётся «релизная» ветвь, в которую вносятся только исправления.

U pdate, sync (обновление, синхронизация) – синхронизация рабочей копии до некоторого заданного состояния хранилища. Чаще всего это действие означает обновление рабочей копии до самого свежего состояния хранилища. Однако при необходимости можно синхронизировать рабочую копию и к более старому состоянию, чем текущее.

W orking copy (рабочая копия) – рабочая (локальная) копия документов.

Рассмотрим возможности ИСР на примере наиболее доступных и популярных версий.

Eclipse (от англ. затмение) – свободная интегрированная среда разработки модульных кроссплатформенных приложений (рисунок 69). Развивается и поддерживается некоммерческой организацией Eclipse Foundation (http://www.eclipse.org/).

Первоначально Eclipse разрабатывалась фирмой «IBM» в качестве корпоративного стандарта ИСР для разработки на разных языках под платформы от данной компании. По сведениям «IBM», проектирование и разработка стоили 40 млн. долл. Исходный код был полностью открыт и сделан доступным после того, как Eclipse был передан для дальнейшего развития независимому от «IBM» сообществу.

В основе Эклипс лежат фреймворк OSGi и SWT/JFace, на основе которых разработан следующий слой – RCP (Rich Client Platform, платформа для разработки полноценных клиентских приложений). RCP служит основой не только для Эклипс, но и для других RCP-приложений, например, Azureus и File Arranger. Следующий слой – сам Эклипс, представляющий собой набор расширений RCP: редакторы, панели, перспективы, модуль CVS и модуль Java Development Tools (JDT).

Эклипс – в первую очередь, полноценная Java ИСР, нацеленная на групповую разработку: поддержка CVS входит в поставку Эклипс, активно развиваются несколько вариантов SVN-модулей, существует поддержка VSS и других. В силу бесплатности и высокого качества, Эклипс во многих организациях является корпоративным стандартом для разработки приложений.

Второе назначение Эклипс – служить платформой для разработки новых расширений, чем он и завоевал популярность: любой разработчик может расширить Эклипс своими модулями. Уже существуют C/C++ Development Tools (CDT), разрабатываемые инженерами QNX совместно с «IBM», и средства для языков COBOL, FORTRAN, PHP и прочие от различных разработчиков. Множество расширений дополняет среду Эклипс менеджерами для работы с базами данных, серверами приложений и др.

Рисунок 69 . Интерфейс главного окна Эклипс

Эклипс написана на Java, потому является платформо-независимым продуктом, за исключением библиотеки SWT, которая разрабатывается для всех распространённых платформ. Библиотека SWT используется вместо стандартной для Java библиотеки Swing. Она полностью опирается на нижележащую платформу (операционную систему), что обеспечивает быстроту и натуральный внешний вид пользовательского интерфейса, но иногда вызывает на разных платформах проблемы совместимости и устойчивости приложений.

Основой Eclipse является платформа расширенного клиента (RCP - от англ. rich client platform). Её компоненты:

OSGi (стандартная среда поставки комплектов (англ. bundles));

SWT (портируемый инструментарий виджетов);

JFace (файловые буферы, работа с текстом, текстовые редакторы);

Рабочая среда Эклипс (панели, редакторы, проекции, мастеры).

Другой популярной свободной ИСР является КДевелоп (http://www.kdevelop.org, рис. 70). КДевелоп (англ. KDevelop) - свободная среда разработки программного обеспечения для UNIX-подобных операционных систем. Проект стартовал в 1998 году. КДевелоп распространяется согласно лицензии GNU (General Public License).

Рисунок 70. Интерфейс KDevelop

KDevelop не включает в свой состав компилятор, вместо этого он использует любой компилятор для создания исполняемого кода.

Текущая стабильная версия поддерживает большое количество языков программирования, таких как Ада, Bash, C, C++, Фортран, Java, Pascal, Perl, PHP, Python, Ruby и SQL.

КДевелоп использует встроенный компонент – текстовый редактор – через технологию KParts. Основным редактором является Kate.

Функции КДевелоп:

Подсветка исходного кода с учетом синтаксиса используемого языка программирования, который определяется автоматически;

Менеджер проектов для проектов разного типа, таких как Automake, qmake для проектов базирующихся на технологиях Qt и Ant для проектов, базирующихся на Java;

Навигатор классов (Class Browser);

Front-end для GNU Compiler Collection;

Front-end для GNU Debugger;

Помощников для генерации и обновления определения классов и платформы (framework);

Автоматическая система завершения кода (Си/C++);

Встроенная поддержка системы документирования исходных кодов (Doxygen);

Одна из систем контроля версий: SCM, CVS, Subversion, Perforce и ClearCase;

Функция Quick Open позволяющая быстро перемещаться по файлам.

KDevelop представляет собой «подключаемую» архитектуру. Когда разработчик делает изменения, он должен лишь скомпилировать плагин. Предусмотрена возможность сохранения профилей, указывающих какие плагины должны быть загружены. KDevelop не поставляется со встроенным текстовым редактором, он подключается как плагин. KDevelop не зависит от языка программирования и от платформы, на которой он запускается, поддерживая KDE, GNOME и много других технологий (например, Qt, GTK+ и wxWidgets).

Встроенный отладчик KDevelop позволяет работать графически со всеми средствами отладки, такими как точки останова и трассировки. Он также может работать с динамически подгружаемыми плагинами, в отличие от консольного gdb.

На данный момент существует примерно от 50 до 100 плагинов для данной IDE. Среди наиболее полезных – persistent project-wide code bookmarks, Code abbreviations, позволяющие быстро разворачивать текст, Source formatter, который переформатирует текст для style guide до сохранения, поиск по регулярным выражениям и project-wide поиск/замена.

Последней рассматриваемой ИСР является Microsoft Visual Studio (Microsoft Visual Studio, рис. 71). По сути, Microsoft Visual Studio является линейкой продуктов компании «Майкрософт», включающих интегрированную среду разработки программного обеспечения и ряд других инструментальных средств.

Рисунок 71. Интерфейс Microsoft Visual Studio

Microsoft Visual Studio включает один или несколько компонентов из следующих: Visual Basic.NET, Visual C++, Visual C#, Visual F#, Microsoft SQL Server, Visual InterDev, Visual J++, Visual J#, Visual FoxPro, Visual Source Safe.

Одним из главных преимуществ Майкрософт Визуал Студия является высокое качество документирования процесса разработки и описания возможных проблем в MSDN Library. Однако наиболее интересная для профессионала часть, посвящённая тонкостям разработки, существует только на английском языке.

Также компания «Майкрософт» предлагает бесплатный аналог продукта Visual Studio Express.