Визуальные языки проектирования спецификаций

Таблицы и деревья решений

Структурированный естественный язык неприемлем для некоторых типов преобразований. Например, если действие зависит от нескольких переменных, которые в совокупности могут продуцировать большое число комбинаций, то его описание будет слишком запутанным и с большим числом уровней вложенности. Для описания подобных действий традиционно используются таблицы и деревья решений.

Проектирование спецификаций процессов с помощью таблиц решений (ТР) заключается в задании матрицы, отображающей множество входных условий в множество действий.

ТР состоит из двух частей. Верхняя часть таблицы используется для определения условий. Обычно условие является ЕСЛИ-частью оператора ЕСЛИ-ТО и требует ответа "да-нет". Однако иногда в условии может присутствовать и ограниченное множество значений, например, ЯВЛЯЕТСЯ ЛИ ДЛИНА СТРОКИ БОЛЬШЕЙ, МЕНЬШЕЙ ИЛИ РАВНОЙ ГРАНИЧНОМУ ЗНАЧЕНИЮ?

Нижняя часть ТР используется для определения действий, т.е. ТО-части оператора ЕСЛИ-ТО. Так, в конструкции

ЕСЛИ ИДЕТ ДОЖДЬ ТО РАСКРЫТЬ ЗОНТ
ИДЕТ ДОЖДЬ является условием, а РАСКРЫТЬ ЗОНТ - действием.

Левая часть ТР содержит собственно описание условий и действий, а в правой части перечисляются все возможные комбинации условий и, соответственно, указывается, какие конкретно действия и в какой последовательности выполняются, когда определенная комбинация условий имеет место.

Поясним вышесказанное на примере спецификации процесса выбора символов из входного потока. При выборе символов необходимо руководствоваться следующими правилами:

1) если очередной символ является управляющим, то подать звуковой сигнал и вернуть код ошибки;
2) если буфер формируемой строки заполнен, то подать звуковой сигнал и вернуть код ошибки;
3) если очередной символ не находится в заданном диапазоне, то подать звуковой сигнал и вернуть код ошибки;
4) иначе поместить символ в буфер, увеличить значение счетчика выбранных символов и вернуть новое значение счетчика.
Таблица решений для данного примера выглядит следующим образом (таблица 4.1):

Таблица 4.1

	УСЛОВИЯ
C1	isctrl(c)	Д	Д	Д	Д	Н	Н	Н	Н
C2	I > max_lenght	Д	Д	Н	Н	Д	Д	Н	Н
C3	out_of_range(c)	Д	Н	Д	Н	Д	Н	Д	Н
	ДЕЙСТВИЯ
D1	beep()
D2	return(ERROR)
D3	return(++i)
D4	putchar(c)

Заметим, что если выполняется условие C1, то нет необходимости в проверке условий C2 и C3. Поэтому комбинации условий 1, 2, 3, 4 могут быть заменены обобщающей комбинацией (Д,-,-), где "-" означает любую из возможных альтернатив (в данном случае, Д или Н). Аналогично, комбинации условий 5 и 6 могут быть заменены обобщающей комбинацией (Н,Д,-). Редуцированная таким образом таблица решений будет иметь следующий вид (таблица 4.2):

Таблица 4.2

	УСЛОВИЯ
C1	isctrl(c)	Д	Н	Н	Н
C2	I > max_lenght	-	Д	Н	Н
C3	out_of_range(c)	-	-	Д	Н
	ДЕЙСТВИЯ
D1	beep()
D2	return(ERROR)
D3	return(++i)
D4	putchar(c)

Отметим, что на основе таблицы решений легко осуществляется автоматическая кодогенерация. Для вышеприведенного примера соответствующий код может выглядеть следующим образом:

IF (isctrl(c)) { beep(); return(ERROR) } ELSE { IF (i>max_length) { beep(); return(ERROR) } ELSE { IF (out_of_range(c)) { beep(); return(ERROR) } ELSE { putchar(c); return(++i) } } }

Построение ТР рекомендуется осуществлять по следующим шагам:

1. Идентифицировать все условия (или переменные) в спецификации. Идентифицировать все значения, которые каждая переменная может иметь.
2. Вычислить число комбинаций условий. Если все условия являются бинарными, то существует 2**N комбинаций N переменных.
3. Идентифицировать каждое из возможных действий, которые могут вызываться в спецификации.
4. Построить пустую таблицу, включающую все возможные условия и действия, а также номера комбинаций условий.
5. Выписать и занести в таблицу все возможные комбинации условий.
6. Редуцировать комбинации условий.
7. Проверить каждую комбинацию условий и идентифицировать соответствующие выполняемые действия.
8. Выделить комбинации условий, для которых спецификация не указывает список выполняемых действий.
9. Обсудить построенную таблицу.

Вариантом таблицы решений является дерево решений (ДР), позволяющее взглянуть на процесс условного выбора с позиции схемы. Дерево решений для вышерассмотренного примера приведено на рис. 4.1

Рис. 4.1. Дерево решений

Обычно ДР используется при малом числе действий и когда не все комбинации условий возможны, а ТР - при большом числе действий и когда возможно большинство комбинаций условий.

 

Визуальные языки проектирования являются относительно новой, оригинальной методикой разработки спецификаций процесса. Они базируются на основных идеях структурного программирования и позволяют определять потоки управления с помощью специальных иерархически организованных схем.

Одним из наиболее известных подходов к визуальному проектированию спецификаций является подход с использованием FLOW-форм. Каждый символ FLOW-формы имеет вид прямоугольника и может быть вписан в любой внутренний прямоугольник любого другого символа. Символы помечаются с помощью предложений на естественном языке или с использованием математической нотации.

Символы FLOW-форм приведены на рис. 4.2. Каждый символ является блоком обработки. Каждый прямоугольник внутри любого символа также представляет собой блок обработки.

Рис. 4.2. Символы FLOW-форм.

На рис 4.3. приведен пример использования данного подхода при проектировании спецификации процесса, обеспечивающего упорядочивание определенным образом элементов массива и являющегося фрагментом алгоритма сортировки методом "поплавка".

Рис. 4.3. Пример FLOW-формы

Рис. 4.4. Диаграмма Насси-Шнейдермана.

Дальнейшее развитие FLOW-формы получили в диаграммах Насси-Шнейдермана. На этих диаграммах символы последовательной обработки и цикла изображаются также, как и соответствующие символы FLOW-форм. В символах условного выбора и case-выбора собственно условие располагается в верхнем треугольнике, выбираемые варианты - на нижних сторонах треугольника, а блоки обработки - под выбираемыми вариантами. Диаграмма Насси-Шнейдермана для вышеприведенного примера изображена на рис. 4.4.