Методи візуального програмування Петрі-об'єктних моделей

Ескіз

Файли

Dyfuchin_dys.pdf (2.69 MB)

Дата

2022

Автори

Науковий керівник

Жаріков, Едуард В‘ячеславович

Назва журналу

Номер ISSN

Назва тому

Видавець

КПІ ім. Ігоря Сікорського

Анотація

Дисертаційна робота присвячена розробці методів та засобів візуального програмування моделей дискретно-подійних систем, формалізованих у вигляді Петрі-об‘єктної моделі. Візуальне програмування є способом розробки програм, що використовує візуальні об‘єкти для опису завдання на виконання обчислень. Для того, щоб візуальне представлення стало візуальним програмуванням необхідно гарантувати однозначне перетворення візуального представлення у обчислення. Таку однозначність перетворення гарантує розробка формальної мови програмування. На сьогоднішній день положення теорії формальних мов сформульовані в припущенні, що мова є текстовою, і адаптації цих положень до мови програмування, в якій символами є елементи візуального представлення, є невирішеним завданням. Особливе місце візуальні засоби представлення займають у програмних засобах з імітаційного моделювання, оскільки слугують не тільки для конструювання моделі, але й для її відлагодження та представлення кінцевого результату імітації. Існуючі програмні засоби з імітаційного моделювання широко застосовують графічні редактори для конструювання моделі з блоків або з більш низькорівневих елементів, наприклад, елементів мережі Петрі. Процес розробки моделі у графічному редакторі є трудомістким і довготривалим, а у випадку великої кількості елементів часто є неможливим, оскільки потребує великого обсягу рутинної роботи з елементами та налаштуванням їх параметрів. Імітаційні моделі є одним з потужних інструментів обробки даних з метою пошуку оптимальних умов або короткострокового прогнозування. У поєднанні з даними, що постачаються у реальному часі, вони можуть стати потужним компонентом сучасних систем прийняття рішень та управління. Тому розробка нових методів та програмних засобів, що спрямовані на підвищення ефективності процесу програмної реалізації моделі за рахунок автоматизації кодування, є актуальним науковим завданням. Метою наукового дослідження є підвищення ефективності програмних засобів представлення складних моделей систем для цілей імітаційного моделювання за рахунок зменшення складності конструювання моделі та збільшення швидкодії алгоритмів імітації, зручності сприйняття моделі, зменшення кількості помилок при створенні зв‘язків між елементами моделі та зменшення часу на модифікацію моделі. У першому розділі наведено огляд існуючих програмних засобів моделювання систем стохастичними мережа Петрі та обґрунтовано розробку мови візуального програмування. Виявлено, що графічні редактори не вирішують низку проблем: неможливість коригування параметрів моделі без коригування її візуального представлення, неможливість тиражування однотипних елементів у великій кількості (оскільки усі вони будуть займати візуальний простір), неможливість тиражування зв‘яків при повторному використанні фрагментів мережі Петрі, неможливість налаштування параметрів елементів без коригування кожного окремого параметра у спеціально відведеному для цього вікні. У другому розділі наведені відомості з теорії стохастичних мереж Петрі та основні теоретичні положення Петрі-об‘єктного моделювання. Формальний опис Петрі-об‘єктної моделі розвинутий за рахунок введення понять конектора Петрі-об‘єктів, групи Петрі-об‘єктів, колекції Петрі-об‘єктів. Введені поняття відкривають можливість тиражування зв‘язків при конструюванні Петріоб‘єктної моделі. Проте відсутність візуального представлення моделі робить процес розробки моделі складним через рутинні та схильні до помилок операції кодування зв‘язків між елементами. У третьому розділі представлена формальна граматика мови Петріоб‘єктного моделювання, яка розроблена. Алфавіт мови складається з графічних елементів візуального представлення, а дозволені мовою набори графічних елементів утворюють лексеми мови. Синтаксис мови визначений правилами виведення граматики, в основі яких правила утворення триплетів елементів. Для розробленої контекстно-вільної граматики встановлено, що вона є однозначною і приведеною. Наведений приклад розробки моделі інформаційної системи розробленою мовою. У четвертому розділі представлена розробка транслятора мови візуального програмування Петрі-об‘єктних моделей. На клієнтській частині веб застосування реалізована частина транслятора, що відповідає за лексичний та синтаксичний аналіз мовного виразу. На серверній частині веб застосування реалізована частина транслятора, що виконує семантичний аналіз мовного виразу. Для передачі даних між клієнтом та сервером використовується JSON формат. У розділі представлена інтерпретація символів алфавіту мови візуального програмування Петрі-об‘єктних моделей мовою TypeScript. Запуск на обчислення відбувається після перетворення отриманих у форматі JSON даних в об‘єкт PetriObjModel бібліотеки Петрі-об‘єктного моделювання PetriObjLIb. Обчислення Петрі-об‘єктної моделі – це відтворення подій в часі алгоритмом імітації. П’ятий розділ містить результати експериментального дослідження процесу розробки моделей, точності моделювання та швидкодії обчислення моделі. Результати, отримані у дисертаційному дослідженні, містять наукову новизну. Вперше розроблено візуальну мову програмування Петрі-об‘єктних моделей, яка дозволяє спростити процес побудови моделей, підвищити наочність сприйняття моделей та час виконання імітаційного моделювання шляхом організації дворівневого способу побудови моделей. На відміну від існуючих рішень в області імітаційного моделювання, візуальна мова програмування Петрі-об‘єктних моделей надає універсальний та гнучкий інструмент для побудови моделей дискретно-подійних систем, а процес виконання імітаційного моделювання не залежить від обчислювальних ресурсів користувача. Удосконалено Петрі-об‘єктну модель за рахунок введення поняття групи Петрі-об‘єктів, колекції Петрі-об‘єктів та групи колекцій Петрі-об‘єктів, що, на відміну від існуючих засобів представлення імітаційної моделі, надають можливість тиражувати Петрі-об‘єкти з заданими наборами параметрів, тиражувати колекції взаємопов‘язаних Петрі-об‘єктів та тиражувати зв‘язки між Петрі-об‘єктом та групою Петрі-об‘єктів, між Петрі-об‘єктом та групою колекцій Петрі-об‘єктів. За рахунок тиражування однотипних фрагментів моделі та тиражування зв‘язків створюються умови для швидкого конструювання моделей з великою кількістю елементів та значно скорочується обсяг їх візуального представлення. Вперше запропоновано клієнт-серверну архітектуру серед програмного забезпечення з імітаційного моделювання на основі Петрі-об‘єктного підходу, використання якої дозволяє задіяти ресурси віддаленого серверу для проведення імітаційного моделювання для забезпечення стабільного часу виконання, зменшення витрат на інфраструктуру обчислювальних ресурсів серед користувачів та організації спільного доступу до розробки моделей. Результати дисертаційної роботи опубліковано у 7 наукових публікаціях, серед яких 1 стаття у періодичному науковому виданні, проіндексованому у Web of Science Core Collection та Scopus базах даних, 2 статті у фаховому науковому журналі категорії «Б», 1 стаття у фаховому науковому журналі категорії «В», 1 стаття у науковому журналі, проіндексованому GoogleScholar, 2 публікації у матеріалах міжнародних наукових конференцій, проіндексованих у Scopus.

Опис

Ключові слова

візуальне програмування, мова програмування, формальна граматика, імітаційне моделювання, стохастична мережа Петрі, Петрі-об‘єкт, stochastic Petri net, Petri-object, visual programming, programming language, formal grammar, simulation

Бібліографічний опис

Дифучин, А. Ю. Методи візуального програмування Петрі-об'єктних моделей : дис. … д-ра філософії : 121 Інженерія програмного забезпечення / Дифучин Антон Юрійович. – Київ, 2022. – 110 с.

URI

https://ela.kpi.ua/handle/123456789/56909

DOI

Зібрання

Дисертації (ІПІ)
Дисертації (вільний доступ)