Дипломная работа: Блочно-симметричные модели и методы проектирования систем обработки данных

Для реализации программных модулей используются исходные информационные элементы, которые представлены в виде множества . Взаимосвязи между множествам программных модулей и информационными элементами отображаются в виде матрицы , , , где , если -й информационный элемент используется -ым модулем, , в противном случае.

Необходимо объединить информационные элементы в массивы базы данных, чтобы минимизировать число взаимосвязей между программными модулями и массивами базы данных системы (число обращений к базе данных).

Для постановки задачи введем следующие переменные и обозначение:

Тогда, задача примет вид:

.(2.4.1)

При ограничениях на:

- число информационных элементов в записи массива

, ,(2.4.1)

где -допустимое число информационных элементов в записи массива;

- дублирование информационных элементов в массивах базы данных

, .(2.4.2)

Данная задача относится к классу блочно-симметричных задач, что следует из матричного представления

.(2.4.3)

При проектировании модульных систем обработки данных возможен случай, когда база данных уже разработана и сформулирована для решения приложений [132,133].

При возникновении новых приложений, которые используют заданную базу данных, модернизации и изменения состава и содержания прикладных задач, программных модулей, путем добавления и исключения процедур обработки данных, формирования новых запросов и других модификации необходимо синтезировать программные модули, удовлетворяющим предъявленным требованиям.

В этом случае, задача проектирования программных модулей (приложений) при заданной базе данных формулируется следующим образом.

Пусть, задана база данных в виде множества массивов , а также множество процедур обработки данных , реализация которых приводит к решению прикладных задач. Процедуры обработки данных используют элементы базы данных, что отражается взаимосвязи между процедурами и таблицами базы данных , , . Необходимо объеденить процедуры в программные модули приложений таким образом, чтобы минимизировать число взаимосвязей программных модулей с базой данных. Для математической постановки задачи введем следующие переменные , , , где , если -ая процедура включена в состав -го программного модуля и , в противном случае. В качестве критерия используется минимум взаимосвязей проектируемых программных модулей к массивам базы данных.

Задача формулируется следующим образом.

.(2.4.5)

при ограничениях на:

- число процедур в составе модуля

, ;(2.4.6)

- дублирования процедур в модуле

, .(2.4.7)

Сформулированная задача также сводится к блочно-симметричной задаче. Матричное представление целевой функции имеет вид:

.(2.4.8)

Таким образом, сформулированные выше задачи (2.4.1)-(2.4.3) и (2.4.5)-(2.4.7) являются частными блочно-симметричными задачами ДП. Для их решения разработан и предложен эффективный алгоритм, приведенный в разделе 3.

Выводы к разделу 2

-  Разработана и предложена общая модель проектирования систем обработки данных. Задача сформулирована как блочно-симметричная задача дискретного программирования. Определены свойства и особенности данного класса задач. Предложена схема решения задачи.

-  Сформулирована задача декомпозиции сложной системы обработки данных на кластерах прикладных задач и исходных документов, позволяющая минимизировать взаимосвязи между ними. Задача решается на этапе технического проектирования систем обработки данных.

-  Сформулирована блочно-симметричная задача синтеза модульной блок схемы систем обработки данных. В качестве критерия в постановке задачи используется минимум информационных взаимосвязей между программными модулями и массивами базы данных при ряде технологические ограничений при проектировании систем обработки данных на этапе рабочего проектирования.

-  Поставленные частные задачи проектирование массивов базы данных при заданном множестве прикладных программных модулей, а также разработаны системы программных модулей при заданных массивах базы данных. Задачи сведены к блочно-симметричным задачам дискретного программирования.

3. МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ РЕШЕНИЯ БЛОЧНО-СИММЕТРИЧНЫХ ЗАДАЧ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ. МНОГОКРИТЕРИАЛЬНАЯ ЗАДАЧА СИНТЕЗА МОДУЛЬНЫХ БЛОК-СХЕМ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ

В данном разделе рассматриваются алгоритмы решения блочно-симметирчных задач. Разработан и предложен эффективный алгоритм решения синтеза модульных блок-схем систем обработки данных. Произведена оценка вычислительной сложности алгоритма. Сформулирована двухкритериальная задача разработки модульных блок-схем систем обработки данных. Обоснованы и предложены критерии эффективности проектирования модульных блок-схем. Разработан алгоритм решения двухкритериальной задачи. Приведены численные примеры реализации алгоритмов.

3.1 Эффективный алгоритм решения блочно-симметричных задач проектирования модульных блок-схем обработки данных

Анализ методов и алгоритмов решения задач дискретного программирования показал, что они, в основном, являются NP-полными и имеют экспоненциальную вычислительную сложность. Следовательно, не могут быть решены задачи большой размерности в различных приложениях [134-137].

В отличие от известных методов и алгоритмов путем анализа и исследования постановки, свойств и особенностей блочно-симметричных задач разработан и предложен эффективный алгоритм решения задач этого класса.

Рассмотрим алгоритм решения блочно-симметричных задач вида (2.2.1)-(2.2.5), (3.2.1)-(3.2.7), а также частных задач [138].

Для описания алгоритма введем следующие понятия.

В случае, если в процессе проектирования модульных блок-схем не заданы число разрабатываемых модулей  и массивов базы данных , они могуть быть определены и следующих соотношений , , где  и  соответственно максимальное число процедур в модуле и максимальное число информационных элементов в массивах базы данных. Определим понятие базиса решения задачи.

Определение 3.1.1. Подматрицу , где ; ; ; , определенную на исходной матрице , назовем исходным базисом решения задачи.

В качестве базиса используются ключевые информационные элементы и используемые ими процедуры обработки данных. Если ключевые информационные элементы не определены, то элементы (строки и столбцы матрицы ) задаются исходя из технологических требований проекта.

Определение 3.1.2. Величины

(3.1.1)

и

(3.1.2)

назовём расстоянием между строками (столбцами) не вошедшими в базис и строками (столбцами), которые вошли в базис.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21