Разработка методов и алгоритмов многокритериальной оптимизации решения задач реинжиниринга программного обеспечения

В результате информационного взрыва конца XX века в мире сложилась ситуация, при которой поток возникающих данных стал заметно превышать человеческие возможности по его переработке и рациональному использованию.

Попытки решить эту проблему экстенсивным путем, за счет увеличения расходов субъектов рыночной экономики на управление, за счет разрастания аппарата управления, не привели к повышению эффективности принимаемых решений.

Логика развития информационных процессов привела к тому, что в качестве основного направления выхода из создавшегося положения была выбрана стратегия автоматизации на основе применения средств вычислительной техники (ВТ).

Для сегодняшнего этапа автоматизации всех сфер созидательной деятельности характерна ситуация, при которой разрабатывают средства автоматизации одни специалисты, выбирают — другие, а эксплуатируют — третьи.

В данных условиях состав и структура средств автоматизации имеют значение только для разработчиков. Для конечного пользователя намного важнее особые механизмы и процедуры, которые обеспечивают отчуждаемость рассматриваемых средств от их производителей. Непременным условием этого отчуждения является возможность работы по принципу «черного ящика» и гарантированное качество решения задач, не уступающее заказным разработкам. Механизмы и процедуры, отвечающие перечисленным требованиям, в современной специальной литературе называются «компьютерными технологиями» (КТ).

Достижения в области развития ВТ и КТ позволило на несколько порядков увеличить объемы перерабатываемой информации и за счет этого повысить качество и оперативность принимаемых решений. При этом человек был избавлен от необходимости выполнения большей части рутинных процедур и получил возможность применения для решения своих задач таких мегодов, которые ранее находились за пределами его интеллектуальных, вычислительных и временных возможностей.

Платой за эти возможности служит все возрастающая зависимость экономики от правильности функционирования программно-технических средств.

При этом технические средства в массе своей имеют универсальные назначение, а программное обеспечение (ПО), как правило, имеет специализированный характер. Широкая область применения и универсальные закономерности функционирования позволили достичь в области аппаратного обеспечения (АО) высокой степени стандартизации и унификации. Все это вместе взятое позволяет в любой момент времени проводить модернизацию, которая называется UPGRADE.

Существенно большая многопрофильность областей применения прикладного ПО, специфичность решаемых задач и частая сменяемость инструментальных средств не позволили добиться в области разработки и эксплуатации программ сколь-нибудь существенной стандартизации. На сегодняшний день накопленные объемы прикладого ПО характеризуются следующими свойствами: огромные объемыслабая управляемостьстихийность развитияфрагментарностьбыстрое устаревание.

Попытки повысить эффективность ПО реализуются через схемы его перепроектирования. Но на этом пути лежат объективные трудности: огромные объемы подлежащего перепроектированию ПО, определяют неприемлемую трудоемкость предстоящих работне унифицированность проектных решений делает процесс перепроектирования ПО нетривиальной процедуройнизкое качество кода осложняет его модификацию (а в ряде случаев приводит к потере его работоспособности) — необходимость проводить перепроектирование в сжатые сроки, так как процесс эксплуатации ПО в общем случае не может быть остановлен.

Указанные проблемы перепроектирования ПО могут быть частично решены с помощью методов формализации этого процесса, которые получили называние реинжиниринга ПО.

Однако анализ практики реинжиниринга программного обеспечения показывает, что большинство практических результатов этого направления не идут дальше автоматизации тривиальных процедур. Более мощные методы реинжиниринга слабо исследованы и имеют органиченную программную реализацию.

Комплексному исследованию и развитию методов реинжиниринга, обеспечивающих расширение функциональных возможностей программного обеспечения на базе использования методов теории принятия решений, посвящено настоящее исследование. Предлагается подход к плавной модернизации прикладных систем, который подобен процессу UPGRADE аппаратных средств.

Актуальность темы

Процесс модернизации программного обеспечения является основным «узким местом» при сопровождении прикладных систем.

Особую остроту решение проблемы модернизации программного обеспечения приобретает именно сейчас в силу огромных объемов накопленного ПО и частой смены информационных технологий. Периодически возникают дополнительные причины реинжиниринга, диктуемые внешней средой, такие как деноминация российского рубля в 1998 г., наступление 2000 г. и т. д.

Все это вместе взятое порождает десятки разновидностей запросов на модернизацию, которые необходимо поддерживать на десятках различных программных и аппаратных платформ.

Цель работы — разработка универсальных автоматизированных средств модернизации программного обеспечения, позволяющих согласованно решать задачи проектирования, реализации и модернизации программного обеспечения, гибко учитывающих требования пользователей.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи: —исследование функциональных возможностей и внутренней архитектуры инструментальных средств реинжиниринга- —исследование существующих подходов к реинжинирингу програмного обеспечения с целью выявлениях их недостатков- —разработка нового подхода, обеспечивающего комплексный автоматизированный реинжиниринг программного обеспечения- — разработка моделей и эффективных алгоритмов многокритериальной оптимизации решения задач реинжиниринга программного обеспеченияразработка программного инструментария, реализующего предложенный подход и моделимоделирование решения реальных задач реинжиниринга.

Идея работы — использовать средства реинжиниринга программного обеспечения в качестве метода проектирования, реализации и модернизации прикладных систем, применяя их совместно со средствами поддержки жизненного цикла прикладных систем, под управлением единой модели многокритериальной оптимизации.

Научные положения, выносимые на защиту:

1.Новый подход к реинжинирингу программного обеспечения, в отличие от существующих аналогов обеспечивает инвариантность от применяемых инструментальных средств, этапов жизненного цикла программного обеспечения и модернизируемых элементов прикладных систем.

2.Модель реинжиниринга программного обеспечения, которая отлича^—~^ется от существующих тем, что позволяет формировать альтернативные варианты модификации исходной системы и проводить их многокритериальную оптимизацию.

3.Модель интеграции спецификации исходной программы с заданием на ее изменение, в отличие от существующих аналогов дает возможность расширять функциональные возможности программного обеспечения и обеспечивает работоспособность, целостность и непротиворечивость результирующей системы.

4.Методика оценки вариантов реинжиниринга, которая отличается от существующих аналогов тем, что позволяет получать оценки качества будущих программ на стадии их проектирования или молепнизаиии.

5. Модель многокритериального сравнения вариантов реинжиниринга программного обеспечения позволяет отказаться от построения матриц компонент сравниваемых вариантов и их динамического переупорядочивания в процессе сравнения, благодаря чему удается упростить алгоритм сравнения. б. Разработанный алгоритм многокритериального сравнения вариантов реинжиниринга программного обеспечения для общего случая позволяет сократить не менее чем в два раза время реализации по сравнению с лучшими аналогами, и это соотношение имеет тенденцию к улучшению с ростом размерности моделей.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается корректным использованием методов многокритериальной оптимизации и результатами промышленной апробации предлагаемых моделей и обеспечивающих их инструментальных средств.

Научная новизна работы состоит в обосновании и разработке нового подхода к реинжинирингу программного обеспечения, основанного на использовании средств многокритериальной оптимизации.

Теоретическая ценность диссертации состоит в разработке модели реинжиниринга программного обеспечения и совершенствовании дискретных моделей многокритериальной оптимизации.

Практическая ценность работы состоит в разработке инструментальных средств решения задачи реинжиниринга.

Разработанная система реинжиниринга программного обеспечения использована ООО «Компьютерные технологии — экономика» в качестве средства разработки и реализации проектов автоматизации.

Апробация. Основные результаты диссертации и ее отдельные положения докладывались на Всесоюзной научной конференции «Компьютеризация информационных процессов в управлении народным хозяйством» (Москва, 1988) — Всероссийской конференции «Спорт. Политика. Компьютер» (Москва, 1992) — Научно-практической конференции «Теория, методология и практика научного и технического творчества» (Одесса. 1993)¡-Международной научно-практической конференции «Анализ систем на рубеже тысячелетий: теория и практика» (ИПУ РАН, 1998) — в рамках «Недели горняка» (МГГУ, 1999).

Публикации. По теме исследования опубликовано 6 научных работ.

Структура н объем работа. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, приложений, содержит 5 рисунков, 2 таблицы, список использованный литературы из 107 наименований.

Автор выражает глубокую благодарность Т. Г. Заболотской за участие во всех стадиях создания этой работы.

Выводы по главе 4.

Реализация системы реинжиниринга программного обеспечения позволила достичь следующих результатов.

1 .Разработана архитектура системы поддержки реинжиниринга программного обеспечения, позволяющая проводить комплексный автоматизированный реинжиниринг программного обеспечения.

2.Реализована система поддержки комплексного реинжиниринга программного обеспечения на базе методов многокритериальной оптимизации.

3.Решена задача реинжиниринга форматизатора текстов, позволившая на 75% расширить функциональные возможности программного продукта.

Реализованный подход обеспечивают альтернативность выбора проектных решений в многокритериальном пространстве произвольной размерности.

Заключение

.

В диссертационной работе решена актуальная научная задача по разработке методов проектирования, реализации и модернизации прикладного программного обеспечения на базе средств реинжиниринга.

В работе предложен комплекс математических, алгоритмических и программных решений, позволяющий при решении задач реинжиниринга программного обеспечения осуществлять перепроектирование ПО в реальном масштабе времени, на основе унифицированных проектных решений, с параллельным улучшением качества программного кода. Предлагаемые средства позволяют преодолеть многолетнюю тенденцию стихийности в разработке программного обеспечения.

Основные научные выводы и практические результаты выполнененных исследований заключаются в следующем. 1. Создан новый подход к реинжинирингу программного обеспечения, обеспечивающий универсальный комплексный автоматизированный реинжиниринг.

2.Разработана модель реинжиниринга программного обеспечения, обеспечивающая многокритериальную оптимизацию решения задачи реинжиниринга.

3.Разработана модель сравнения вариантов реинжиниринга программного обеспечения по отношению предпочтения для общего случая.

4. Разработаны эффективные алгоритмы дискретной оптимизации выбора вариантов реинжиниринга.

5.Разработана архитектура системы реинжиниринга программного обеспечения, отвечающая требованиям типизации, универсальности, гибкости и открытости.

На основе выполненных исследований решена задача реинжиниринга форматизатора текстов, позволившая на 75% расширить функциональные возможности программного продукта.