Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ существующих методик и средств оценки графического пользовательского интерфейса 16
1.1 Проблематика проектирования и оценки ГПИ 16
1.2 Обзор существующих методик и средств оценки и оптимизации ГПИ 29
1.3 Объекты исследования и постановка задачи 42
ГЛАВА 2. Разработка моделей и алгоритмов оценки графического пользовательского Интерфейса 47
2.1 формализация известных методов оценки ГПИ 47
2.2 Разработка методики оценки эффективности ГПИ 51
2.3 Формализация описания эф и ее элементов 58
2.4 Методика оценки ГПИ по отдельным направлениям 66
2.5 Модель определения условий оптимальности ГПИ 72
2.6 Разработка алгоритма оценки структуры элементов эф 74
2.7 Разработка алгоритма оценки графического образа эф 89
ГЛАВА 3. Исследование и оценка эффективности моделей и алгоритмов 101
3.1 Задачи исследования 101
3 2 Оценка условий существования решений модели определения условий оптимальности ГПИ 103
3.3 Имитационная модель алгоритма оценки параметров элементов эф 103
3.4 Разработка имитационной модели 105
3.5 Результаты моделирования 108
ГЛАВА 4. Разработка архитектуры и программная реализация моделей и алгоритмов анализа ГПИ 119
4.1 Технология интеграции моделей и алгоритмов в средства разработки приложений 119
4.2 Архитектура программного комплекса 122
4.3 Организация диалога с пользователем 126
4.4 Требования к аппаратно-программному обеспечению 130
Заключение 132
Литература 135
Приложения
- Проблематика проектирования и оценки ГПИ
- формализация известных методов оценки ГПИ
- Задачи исследования
- Технология интеграции моделей и алгоритмов в средства разработки приложений
Введение к работе
Актуальность проблемы
В настоящее время существенно возросла проблема построения человеко-машинных интерфейсов, поскольку вычислительная техника и программное обеспечение (ПО) применяются практически во всех областях человеческой деятельности. Подавляющее большинство современных прикладных программ обладают графическим интерфейсом пользователя (ГПИ). При создании информационных систем и ПО естественным образом возникает вопрос об оценке параметров, в том числе и параметров «качества» ГПИ.
Интуитивный выбор методов построения ГПИ и отображения информации для организации диалога человек-вычислительная система приводит к построению систем, в которых человек с трудом справляется с выполнением возложенных на него функций. Как правило, во многих современных информационных системах, время затрачиваемое человеком на анализ возникшей ситуации больше времени реакции системы, поэтому этот фактор во многом определяет быстродействие и пропускную способность всей системы.
Актуальность проблемы построения высокоэффективных ГПИ вызвана следующими причинами: большинство пользователей обладает средними или низкими навыками работы с информационными системами; большинство программистов-разработчиков не являются специалистами в области разработки ГПИ; в процессе развития средств вычислительной техники происходит постоянное усложнение информационных систем и расширение их функциональности.
Следовательно, построение эффективных ГПИ, позволяющих упростить работу пользователей и сделать ее более эффективной имеет первоочередное значение.
5 Теоретические исследования в области построения и повышения эффективности ГПИ изложены в работах многих зарубежных и ряда отечественных ученых: Cooper A., Reimann R., Kieras D., Торрес Р.Дж., Мандел Т., Агафонова В.В. Недостатки и неполнота известных на сегодняшний день подходов оценки и анализа параметров графических пользовательских интерфейсов указывают на актуальность следующих проблем:
существующие методы анализа и оценки ГПИ неформализованы и в значительной мере полагаются на субъективное экспертное мнение;
многие известные методы анализа ГПИ не позволяют проводить количественную оценку параметров ГПИ;
необходимо провести формализацию известных методов оценки ГПИ;
существует необходимость формализации описания экранной формы (разработки соответствующей математической модели);
необходима процедура определения критериев и условий оптимальности ГПИ;
существует потребность в алгоритмических методах оценки ГПИ;
не решена проблема взаимосвязи процедур оценки ГПИ и инструментальных средств разработки приложений,
Анализ возможностей современных средств разработки приложений (Microsoft Visual Studio , CodeForge, Borland Delphi, Kylix, CBuilder, JBuilder, Oracle Forms Developer, GLADE, Qt Designer) показал, что различные методы и приемы проектирования графических пользовательских интерфейсов нашли в них широкое применение.
Необходимо отметить, что в современных средствах разработки приложений практически не автоматизирован процесс комплексного тестирования и оценки параметров качества пользовательского интерфейса
(с использованием формальных и эвристических методов). Среди существующих методов доминируют неформальные подходы, при этом значителен субъективизм оценок; общей является попытка выделить (с помощью обширного тестирования пользователями и самих пользователей) общие, типовые характеристики присущие качественным интерфейсам и на их основе создать методику оценки эффективности графического пользовательского интерфейса. Как правило, существующие методики рассматривают какой-то один аспект оценки эффективности графического пользовательского интерфейса, выделяя при этом единственный наиболее значимый критерий.
Как показал анализ, инструментальные средства, в большинстве своем, ориентированы на автоматизацию процесса создания программного обеспечения, а вопрос оценки эффективности созданных программ не рассматривается. Однако, на процесс проектирования ГПИ большое влияние оказывают субъективные представления проектировщика о понятности и удобстве пользовательского интерфейса,
В связи с этим весьма актуальной становится проблема достоверной оценки качества ГПИ и создания формального аппарата адекватных методик и моделей, которые позволят выполнить такую оценку. Применение формальных, алгоритмических подходов анализа и оценки ГПИ на ранних этапах процесса проектирования ГПИ информационных систем позволит избежать значительного числа ошибок и просчетов разработчиков. Проведенный анализ показал, что алгоритмы и средства для многокритериальной оценки ГПИ крайне востребованы в процессе проектирования ПО. Цели и задачи диссертационной работы
Целью настоящей диссертационной работы является разработка моделей и алгоритмов для многокритериальной оценки графического пользовательского интерфейса (ГПИ), обеспечивающих решение
7 указанных выше проблем. В работе рассматривается ГПИ прикладных программ, построенный на основе статических экранных форм (ЭФ).
Поставленная цель определяет следующие объекты и задачи диссертационного исследования:
1. Методы и средства построения формальных моделей оценки ГПИ:
исследование и анализ проблем оценки ГПИ, существующих способов и средств оценки ГПИ;
формализация и алгоритмизация существующих методик;
формализации описания экранной формы (построение соответствующей математической модели ГПИ);
разработка набора критериев оценки ГПИ.
2. Алгоритмы и модели оценки параметров ГПИ:
разработка общей методики (модели и схемы алгоритмов) для многокритериальной оценки ГПИ;
разработка моделей и алгоритмов оценки ГПИ по отдельным направлениям:
отдельных элементов ГПИ и их групп;
графического образа (визуальной картины) ГПИ;
структуры элементов ГПИ;
- создание математической модели определения условий
оптимальности ГПИ.
3. Исследование и анализ разработанных моделей и алгоритмов оценки
параметров ГПИ:
построение функциональной зависимости времени анализа одного (отдельного) элемента ЭФ от числа правил проверки;
проведение оценки времени анализа всех элементов ЭФ (как зависимость от числа правил проверки и числа элементов на ЭФ);
обоснование условий сходимости и существования решений модели определения условий оптимальности ГПИ;
- общая оценка эффективности применения разработанных моделей
и алгоритмов при использовании различных методологий
жизненного цикла разработки ПО.
4. Реализация методики анализа ГПИ (предложенных моделей и алгоритмов) в виде комплекса инструментальных средств:
разработка технологии интеграции алгоритмов в среду разработки приложений 4GL;
проектирование расширяемой, модульной структуры комплекса инструментальных программных средств;
реализация предложенных алгоритмов в виде библиотек классов;
Методы исследования
В диссертационном исследовании были использованы методы системного анализа, дискретной математики (теории управления и оптимизации, теории алгоритмов, теории графов), теории реляционных баз данных, теории объектно-ориентированного моделирования и программирования сложных систем.
Научная новизна
В диссертационной работе осуществлено решение проблемы
создания моделей и алгоритмов анализа параметров ГПИ, позволяющих
провести формализованных анализ ГПИ и получить количественные
оценки показателей «качества» ГПИ. Научная новизна проведенного
исследования заключается в создании совокупности технических
разработок и методик (моделей и алгоритмов) реализующих системный и
комплексный подход к оценке качества графического пользовательского
интерфейса. Предложенные походы предполагают проведение оценки
эффективности графического пользовательского интерфейса
многокритериальных способом (по нескольким независимым направлениям).
9 В ходе выполнения диссертационных исследований получены следующие новые научные результаты;
Разработана методика получения интегральной оценки ГЇЇИ и модель определения условий оптимальности ГПИ, основанная на принципах теории линейного программирования,
Разработана модель и алгоритм оценки структуры элементов ЭФ, заключающийся в оценке пространственного расположения элементов и временных характеристик ГПИ.
Разработана модель и алгоритм оценки визуальной картины ЭФ, позволяющий определить показатели контрастности, выявить зрительные центры и области низкой различимости, оценить цветовое решение и сочетаемость (гармоничность) цветов.
Разработано формализованное описание (математическая модель) экранной формы и ее элементов.
Предложена методика «характеристических карт» для оценки ЭФ, заключающаяся в построении «весового поля», в котором каждому участку площади ЭФ ставится в соответствие некоторый скалярный параметр («вес»), характеризующий данный участок.
Обоснована принципиальная применимость широкого спектра методов теории анализа изображений на различных этапах оценки визуальной картины ГПИ (ЭФ).
Разработана имитационная модель алгоритма оценки отдельных элементов ЭФ, подтверждена работоспособность и достаточная производительность алгоритма.
Результаты диссертационного исследования внедрены в учебный процесс для преподавания элементов учебных дисциплин «Информационные системы», «Человеко-машинное взаимодействие», «Теория вычислительных процессов».
По результатам работы получен акт внедрения разработанного комплекса инструментальных средств в ЗАО «ПроРескСервис». Достоверность научных результатов
Достоверность полученных в диссертации научных результатов подтверждается их апробацией в виде алгоритмических и программных средств используемых на практике, соответствием результатов теоретического анализа результатам экспериментов (моделирования). Обоснована достоверность проведенных исследований, показано, что модель обеспечивают точность прогноза времени оценки элементов на ЭФ на уровне 12% с вероятностью 95%. Сранение результатов моделирования и реальных измерений показало хорошую их согласуемость (величина стандартного отклонения составила 1.07%).
Практическая значимость
Применение разработанной комплексной методики анализа и оценки эффективности графического пользовательского интерфейса позволяет повысить качество ГПИ прикладных программ и значительно сократить общую трудоемкость и время затрачиваемое на разработку информационных систем и число итераций в процессе разработки. Оценки показали, что предложенные алгоритмы и модели наиболее эффективны при использовании Инкрементального (снижение трудоемкости на 27,0%) и Итеративного подходов при разработке (снижение трудоемкости на 8,0%).
Разработанные алгоритмы и модели позволяют получить объективную оценку графического пользовательского интерфейса, обеспечить выработку рекомендаций и предложений направленных на оптимизацию интерфейса взаимодействия с пользователем.
Созданные модели позволяют провести формальную оценку и анализ свойств ЭФ по различным направлениям. Представленные в работе алгоритмы направлены на решение задач повышения эффективности ГПИ
на основе ЭФ и позволяют обеспечить более высокий уровень эффективности взаимодействия пользователя и ЭВМ (по критериям времени выполнения задач, информационной нагруженности ГПИ, его структурной и графической сложности).
Полученные результаты доведены до уровня практического использования, создана инструментальная система оценки ГПИ (в виде надстройки к среде разработки приложений Microsoft Visual ). Что подтверждено актом внедрения в ЗАО «ПроРескСервис».Все работы но реализации и внедрению проводились под руководством или при непосредственном участии автора. Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе на кафедре ИПОВС в МИЭТ, Личный вклад автора
На основе аналитического обзора методов и средств анализа ГПИ показана актуальность создания моделей и алгоритмов автоматизированного анализа параметров ГПИ.
Проведена формализация ряда известных методов оценки и анализа ГПИ,
Разработано формализованное описание (математическая модель) экранной формы и ее элементов.
Создана модель и общая схема алгоритмов для многокритериальной оценки ГПИ.
Разработана методика получения интегральной оценки ГПИ и модель определения условий оптимальности ГПИ, основанная на принципах теории линейного программирования.
8. Предложена методика «характеристических карт» для оценки ЭФ.
6. Разработаны модели и алгоритмы оценки ГПИ по различным
направлениям; оценка отдельных элементов ГПИ и их групп;
оценка графического образа (визуальной картины) ГПИ;
оценка структуры элементов ГПИ;
12 7. Показана принципиальная применимость широкого спектра методов теории анализа изображений на различных этапах оценки визуальной картины ГПИ (ЭФ).
В результате проведенных исследований получены и выносятся на защиту следующие основные научные результаты:
Результаты обзора существующих методов и средств оценки ГПИ и необходимость создания формальных алгоритмов и методов
Формализованное описание (математическая модель) экранной формы и ее элементов.
Модель и общая схема алгоритмов для многокритериальной оценки ГПИ.
Методика получения интегральной оценки ГПИ и модель определения условий оптимальности ГПИ,
Модель алгоритма и методика оценки отдельных элементов ГПИ и их групп;
Модель алгоритма и методика оценки структуры элементов ГПИ (пространственного расположения элементов и временных характеристик ГПИ);
Модель алгоритма и методика оценки графического образа (визуальной картины) ГПИ.
Апробация работы и публикации
Положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
-12-й Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика - 2005";
-Конференции "Актуальные проблемы современной науки" Самара, 2006;
-Научно-практическую конференцию: Информационные технологии в образовании и науке, Москва 2006. Публикации
По результатам проведенных научных исследований опубликовано 15 (пятнадцать) статей. Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 70 наименований и приложения (состоящего из 5 частей). Основная часть работы изложена на 180 страницах (130 страниц основного текста), содержит 10 таблиц и 30 рисунков,
Во введении дана общая характеристика работы, обосновывается актуальность решаемой проблемы, формулируется цель работы, проблемы и задачи исследования, перечислены положения, выносимые на защиту, показана научная новизна и практическая значимость результатов, рассматривается структура диссертации и взаимосвязь отдельных глав.
В первой главе представлено описание предметной области, проведен анализ проблематики построения графического пользовательского интерфейса (ГПИ). Выполнен обзор и анализ возможных классификаций ГПИ, рассмотрены области применения ГПИ различных типов. Проведен обзор и существующих методик и средств оценки ГПИ, обоснована рациональность многомерной классификацию ГПИ, по различным классифицирующим группам, таким как: методология проектирования ГПИ; базовые средства ГПИ ОС; анализ параметров и проверка ГПИ. Показана недостаточная адекватность существующих методик имеющимся задачам и определены недостатки существующих подходов; обоснована необходимость создания формальных, автоматизированных методик, алгоритмов и средств анализа эффективности ГПИ.
В главе обоснованы цели и задачи диссертационной работы.
Во второй главе разработано формальное теоретико-множественное описание моделей и алгоритмов оценки ГПИ. Проведена формализация известных методов оценки ГПИ.
Разработана общая схема для многокритериальной оценки ЭФ и модель алгоритма для интегральной оценки параметров ГПИ.
В главе разработана математическая модель описания ЭФ и ее элементов. Разработана процедура получения иитегральной оценки ГПИ и модель определения условий оптимальности ГПИ, которая позволяет осуществить поиск величин коэффициентов значимости того или иного параметра ГПИ, при которых, общая эффективность варианта ГПИ максимальна.
Разработаны алгоритм оценки структуры элементов ЭФ и алгоритм оценки визуальной картины ЭФ {ее графического изображения). Для анализа структуры ЭФ разработаны алгоритмы анализа параметров отдельных элементов ЭФ и временных характеристик ЭФ. Алгоритм оценки ЭФ как целостного графического изображения, выполняет анализ путем оценки характеристик яркости, контрастности и цветового решения.
В третьей главе приводятся анализ и исследование результатов работы. Получена оценка времени анализа одного (отдельного) элемента ЭФ. Получена и исследована зависимость времени работы алгоритма как функции от числа правил проверки и числа элементов на ЭФ. Проведена оценка условий существования решений модели определения условий оптимальности ГПИ. В главе также дана общая оценка эффективности применения разработанных моделей и алгоритмов в рамках типовых процессов жизненного цикла разработки информационных систем,
В четвертой главе представлено описание реализации созданных алгоритмов и методик. Разработан комплекс инструментальных средств (КОМИНС) анализа ГПИ, его модульная структура и набор подсистем. Выполнено обоснование способа практической реализации алгоритмов.
В заключении диссертации сформулированы основные выводы и полученные результаты.
В приложениях представлены фрагменты листинга программной реализации разработанных алгоритмов, пример формализации и применения методики GOMS, копии официальных документов.
Проблематика проектирования и оценки ГПИ
Наблюдаемое в современных условиях динамичное развитие мирового сообщества, рост интеграции и взаимного проникновения различных отраслей науки и техники обуславливает потребность в использовании эффективных информационных технологий.
Существенное значение для работы человека с информацией имеют формы, методы и средства ее представления. В контексте взаимодействия объектов выделяют понятие «интерфейс», хотя па сегодняшний день для него нет достаточно точного и четкого определения.
Как правило, в области вычислительной техники интерфейсы расцениваются как схема (спецификация) сопряжения или согласования, посредством которой части (элементы) системы соединяются (сопрягаются) друг с другом. Подобные схемы определяют порядок обмена информацией и взаимодействия между элементами системы.
В контексте взаимодействия человека и вычислительной системы возникает понятие человеко-машинного или же пользовательского интерфейса. Понятие пользовательского интерфейса включает в себя широкий круг вопросов - от эффективной организации рабочего места, до рационального представления информации человеку на устройствах отображения информации (в том числе и на экране ЭВМ). В общепринятый контекст термина «пользовательский интерфейс», прежде всего, входят вопросы представления информации в виде графических образов на экране компьютера и вопросы непосредственного ввода информации человеком в вычислительную систему.
Большинство из известных типов ГПИ реализованы в рамках моделей «объект-действие» или «действие-объект» [8]. В первом варианте пользователь начинает взаимодействие с системой с выбора объекта, затем он указывает системе, какое действие с выбранным объектом требуется совершить. В модели «действие-объект» последовательность действий обратная. Поэтому по сложившейся практике ГПИ обычно рассматривают как интерфейс прямого взаимодействия с информационной системой. Как правило, объекты над которыми выполняются те или иные действия отображаются на экране ЭВМ в виде наглядных графических образов, которые обеспечивают однозначную их идентификацию пользователем.
Первый ГПИ был разработан в научно-исследовательском центре Xerox PARC (Xerox Palo Alto Research Center, Калифорния, США). Все широкораспространенные современные ГПИ фактически полностью копируют оригинальную концепцию Xerox PARC. Такие графические интерфейсы принято обозначать аббревиатурой WIMP1, что отражает задействованные интерактивные сущности интерфейса. Таким образом, с понятием ГПИ большинство специалистов уже изначально ассоциируют интерфейсы типа W1MP, с этой точки зрения многие ГПИ очень похожи между собой (например ГПИ в ОС Microsoft Windows и MacOS).
Классический интерфейс WIMP типа основан на двумерной модели -экран ЭВМ отображает двумерную плоскость па которой располагаются окна, которые могут частично заслонять (перекрывать) друг друга. Данная схема суть «копирует» реальный мир и метафорой «рабочего стола», которая заключается в том, что на экране компьютера изображается поверхность письменного стола с разложенными на ней документами.
Так, например, практически все широко распространенные ГПИ, в той или иной мере, используют «метафору кнопки», когда на экран компьютера выводится изображение кнопки, которую можно «нажать», инициировав тем самым некоторое действие.
Однако, у «метафор» ГПИ есть ряд значительных недостатков [6]. Во-первых, не для любой функциональности можно подобрать подходящую метафору, причем заранее узнать, существует ли такая метафора или нет, невозможно. Во-вторых, даже подходящая метафора может оказаться малоэффективной, если она не знакома потенциальным пользователям или же её тяжело однозначно представить в ГПИ. В третьих, метафора практически всегда сковывает функциональные возможности информационной системы: если проектируемая система обладает большим количеством функций, чем копируемый образец, то следование метафоре приведет к тому, совпадающим функциям будет овладеть легче, а несовпадающим - сложнее (они будут «выбиваться» из метафоры). По той же причине ГПИ информационной системы не сможет быть эффективней лежащей в его основе метафоры.
ГПИ, применяемый в современных информационных системах, отличается от ранних вариантов графических интерфейсов, пожалуй, лишь уровнем реалистичности отображаемых на экране интерфейсных элементов (порой приближающихся к фотографическому качеству).
По WIMP модели ГПИ формируется, как правило, из стандартных элементов управления, которые изначально встроены в графическую среду операционной системы. Эти элементы представляют собой области экрана, предназначены для разного рода взаимодействия с пользователем. Все элементы управления являются окнами того или иного типа. В традиционной WIMP модели ГПИ в один момент времени пользователь может интерактивно взаимодействовать (например вводить информацию) только с одним элементом ГПИ.
формализация известных методов оценки ГПИ
Для разработки более совершенных и эффективных методов оценки ГПИ необходимы математические модели, описывающие известные методики анализа ГПИ. Первоочередной интерес представляют методики, основанные на формальных расчетах, так как следование им позволяет получить количественный, детерминированный результат, к таким методикам относится, прежде всего, метод GOMS и формализованная экспертная оценка по методике изложенной в ГОСТ. Формально метод GOMS может быть описан следующим образом: О = [О,}, і є N - множество операторов к ={dk,tk) - оператор, т.е. некое действие пользователя dk и среднее время tk, затрачиваемое пользователем на это действие G = \G\J EN - множество целей (задач) которые пользователь выполняет с помощью имеющегося интерфейса е,= ЛГ,Л),где: Мк ={м \,s zN -множество методов достижения цели Gk Si ={$к ) Ре N - множество критериев выбора метода достижения цели Gk Mki = (0 ,...0,),0 єО - метод есть упорядоченный набор операторов, применяя которые достигается цель Gk Применение метода заключается в определении множества О (оно, как правило, определяется устройством взаимодействующих с пользователем аппаратных средств и функциями операционной системы), выявлении множества G, построении всевозможных последовательностей действий Ык приводящих к цели и определении критериев выбора Sk между ними. Для каждой последовательности производится расчет времени Тк{Мк) ort которое будет затрачено на достижении цели. Выбор того или иного варианта пользовательского интерфейса или иного варианта ГПИ осуществляет по минимуму этого времени. Современный набор характеристик качества программной продукции, изложенный в ГОСТ РИСО/МЭК 9126-93 [32] в связке с методикой экспертной оценки, изложенной в ГОСТ 28195-89 [31], может быть использован для количественной оценки качества ГПИ. Предлагается следующий алгоритм оценки ГПИ: 1. Выбирается категориальная шкала оценки характеристик качества (например целочисленные коэффициенты 0..7, где 0 - качество не удовлетворительно, 7 - предельно достижимый уровень на современном этапе развития Информационных Технологий); с Z заданного ГПИ Fx (где 2 - множество целых чисел). 2. Назначаются количественные значения весовых коэффициентов щ характеристик качества (они зависят от широко спектра показателей: от потребностей конечных пользователей до тенденций целевого сегмента рынка, на который ориентировано анализируемое ПО), причем а; =1 і 3. Определяются (по введенной шкале) количественные значения характеристик качества X.j,j = 2.3,... интерфейсов-аналогов Fp того же функционального назначения, с такими же основными параметрами, подобной структуры и применяемые в тех же условиях эксплуатации 4. Назначаются количественные значения базовых характеристик качества Х10- они должны соответствовать современному уровню качества и прогнозируемый мировой уровень (это может быть средний уровень характеристик качества по продуктам аналогам или более высокое значение, учитывающие тенденции развития рынка и технологий)
Задачи исследования
Исследование характеристик разработанных алгоритмов заключалось в оценки времени их работы (выполнения процедуры анализа параметров элементов ЭФ) при различных входных данных. При проведении исследования были поставлены следующие цели: - провести оценку времени анализа одного (отдельного) элемента ЭФ (как зависимость от числа правил проверки); - провести оценку времени анализа всех элементов ЭФ (как зависимость от числа правил проверки и числа элементов на ЭФ: - оценить условия сходимости и существования решений модели определения условий оптимальности ГПИ; - выполнить общую оценку эффективности применения разработанных моделей и алгоритмов при использовании различных методологий жизненного цикла разработки ПО. На этапе проведения исследования рассматривались два типа математических моделей: аналитическая и имитационная. В аналитической модели поведение системы должно быть описано в виде некоторых функциональных соотношений или логических условий, что возможно когда получены явные зависимости, связывающие искомые величины с параметрами системы и начальными условиями. Вывод и получение таких зависимостей является сложной задачей, однако, в ряде случаев сознательное их упрощение, дает возможность изучить общие свойства сложной системы. В имитационной модели поведение системы описывается набором алгоритмов, которые реализуют ситуации, возникающие в реальной системе. Моделирующие алгоритмы позволяют по специальным исходным данным, содержащим сведения о начальном состоянии системы, и фактическим значениям параметров системы отобразить реальные явления в системе и получить сведения о возможном поведении сложной системы для данной конкретной ситуации. С практической точки зрения, использование имитационной модели, как правило, позволяет: - избежать сложных математических расчетов; - провести сбор статистических данных на любом этапе и участке моделирования; - варьировать параметры и проводить исследования с любым набором исходных данных. В виду сложности и неоднозначности подходов к построению аналитической модели, а также сравнительной простоте методов имитационного моделирования (и наличия эффективных программных средств для проведения такого моделирования), было принято решение об использовании аппарата имитационного моделирования. Для проведения исследования была разработана имитационная модель (алгоритм), которая моделирует процесс обработки параметров ЭФ с помощью рассматриваемых в данной диссертационной работе алгоритмов. С помощью этой модели и были проведены исследования. При составлении модели учитывались основополагающие принципы построения моделирующих алгоритмов [44], а также следующие факторы: - архитектура разработанных алгоритмов; - особенности самого процесса анализа элементов ЭФ; - возможная вариативность входных данных; - возможные значения параметров алгоритмов. Также учитывались отношения наследования на графе классов элементов ЭФ входящих в стандартную библиотеку элементов ЭФ Microsoft WinForms.NET; приоритетность и характер правил проверки элементов ЭФ; статистические данные о частоте использовании тех или иных элементов на ЭФ. Исследование проводилось для системы правил, направленных на проверку и корректировку одного параметра элемента ЭФ. Утверждение: Модель поиска условий оптимальности ГПИ (см. п. 2.3 и 2.6) построена таким образом, что ограничения образуют замкнутую область допустимых решений и оптимальное решения всегда существует. Следовательно согласно критерию совместности неравенств можно сделать вывод, что множество ограничений совместно, а следовательно, решение задачи линейного программирования существует, Было проведено экспериментальное исследование (с помощью имитационной модели на языке Maple, см. Приложение) и обоснована работоспособность модели поиска условий оптимальности при вариации ее параметров.
Технология интеграции моделей и алгоритмов в средства разработки приложений
На этапе проектирования рассматривались следующие варианты практической реализации Комплекса инструментальных средств (КОМИНС) анализа ГПИ, в основу которой положены созданные алгоритмы: 1. Реализация системы как отдельного приложения. 2. Реализация системы как надстройки (Add-In) к среде разработки программного обеспечения (Microsoft VisuaIStudio.NET). По результатам проведенного сравнительного анализа (табл.7) был выбран второй способ реализации в виде надстройки к среде разработки Microsoft VisualStudio.NET. При проведении сравнения, для качественных параметров выносилась экспертная оценка по шкале из 5 значений - 0.00, 0.25,0.5,0.75,1.00. В виду того, что был выбран способ реализации в виде надстройки к среде разработки VS.NET, необходимо было осуществить выбор языка программирования (среди тех, которые поддерживаются средой VS.NET). Сравнение проводилось путем экспертной оценки. Параметры, значения которых, очевидно, одинаковы в виду того, что они сильно зависят от среды программирования (возможности по отладке, средства редактирования, и т.п.) - не рассматривались. Результаты сравнительного анализа приведены в табл.9. Таким образом, по результатам проведенных сравнений, был выбран способ реализации в виде надстройки к среде разработки VS.NET на языке программирования С#. Составленный перечень функций определил архитектурную организацию комплекса, его интеграцию в среду разработки приложений и требования к модели данных, используемой для хранения параметров, настроек и результатов анализа ГПИ. При проектировании КОМИНС было принято решение, о целесообразности выделения в составе системы следующих подсистем и модулей (рис. 21): - Управляющее ядро системы (блок, координирующий работу подсистем); - Подсистема анализа параметров ЭФ: - Модуль анализа элементов; - Модуль анализа структуры; - Модуль анализа визуального представления; - Подсистема разработки: - Модуль визуализации результатов анализа; - Модуль применения рекомендаций; - Модуль подготовки отчетов. - Подсистема служебных функций: - Модуль взаимодействия с СУБД; - Модуль ведения проекта разработки ГПИ; - Модуль взаимодействия со средой разработки Microsoft VisualStudio.NET; - Модуль взаимодействия с системой контроля версий Microsoft VisualSourceSafe. Каждая из подсистем комплекса ориентирована на выполнение относительно независимого, обособленного набора функций.
Похожие диссертации на Разработка моделей и алгоритмов для многокритериальной оценки качества графического пользовательского интерфейса
