ЖАБ негізіндегі күндізгі оқу бөліміндегі магистранттарға арналған пәннің тақырыптық жоспары, түскен жылы 2009

Веб-жүйесі. Паттерндер (модульдар) жүйесі және модульдік ойлау ережелері. Дискретті паттерндер теориясы.

Құраушылар. Құраушылардың біртектес векторының параметрлері. Құраушылардың түрлері мен анализ және синтез құраушылары.

Абстактылы, деректі, ассоциацияланған паттерндік желілер.

Абстактылы, деректі, ассоциацияланған паттерндік желілердің шамалық моделдері. Кездейсоқ паттерндік желілер.

4. Тақырып. Модулдік желілерді қолдану мысалдары.

Автоматтандырылған ақпараттық жүйелердің модулдік моделдері. Компьютер есептерін шешуде паттенрдер желісін қолдану. Бағытталған және бағытталмаған паттерндік желілер.

Модульдық, кестелік, графтық моделдердің құрыылымдық бірлігі.

Модульдық желілер мен компьютерлік гипермәтіндер.

Интернет, Бүкiләлемдiк ғаламтор (WWW), компъютер гипермәтiндерi, нейрокомпьютерлер, мидың нейрожелiсi және көп басқа физикалық және логикалық жүйелер модулдардан тұрады. Табиғат пен қоғамда модулдар және олардан тұратын модулдiк жүйелер кең таратылған және олар маңызды рөл атқарады. Соңғы кездерге дейiн ғалымдар көрнекi схемалардың түрiндегi модулдар және модулдiк жүйелердiң әр қилы түрлерiн ұсынуға мүмкiндiк беретiн модулдiк жүйелердiң бiртұтас теорияларын жасамады. Тек 20 ғасырдың екiншi жартысында атақтысы американдық математик Ульф Гренандер бұл маңызды есептiң шешiмiне қолдануға болатын жаңа бiртума теорияның негiзiн құрастырды және оны паттерндер теориясы деп атады. [1], [2].

Өкiнiшке орай, өзінің iргелi еңбектерiнде Гренандер модулдер және модулдiк жүйелердiң көрнекi суреттері мен формальды сипаттамаларында паттерндер теориясының қолдану мүмкiндiктерін көрсетпедi. Осы себептермен ұзақ уақыт бойы Гренандер теориясы компъютер тәжiрибесiнде елеусіз қалды.

Паттерндер теориясын тәжiрибе деңгейiне түсіну мақсатында дискреттi шектеушi шарттар орындалатын формальды аппарат енгiзілді. Осыдан барып Гренандер теориясы компъютерлік және басқа модулдiк жүйелердi инженерлiк жобалауда нақты жаттығу есептерiн шешуге бейiмделді.

Паттерндер теориясының формальды аппаратының қолдану облысының шектеу нәтижелерiнің әсерiнен модулдар теориясының негiздерi жасалды. Бұл теорияны құрастырудағы басты қағида, паттерндер теориясының тілі мен әдiстерiн модульдер және модулдiк жүйелерді пiшiндеуге қолдану болып табылады. Сөйтіп модулдер теориясын негізге ала отырып модулдiк семантикалық желiлердiң жаңа түрі, яғни модулдiк желiлер құрастырылды. Өзінің модулдiк қасиеттерiнің арқасында, модулдiк желiлер модулдiк жүйелердiң шарттарын: шектерін, құрылымдарын және тағы басқаларын пiшiндейдi.

Модулдiк желiлер модулдiк жүйелерді формальды көрсетеді және оларды қағазда немесе компьютерлердiң экрандарында суреттелетін көрнекi модулдiк схемалар түрiнде суреттеуге мүмкiндiк бередi. Графтарды еске түсiретiн бұл схемалар, компъютерлер ғылымы және тәжiрибеде модулдiк желiлердiң кең қолдануына жолдарды ашты. [3], [4], [5].

Модулдiк желiлердiң көрнекi схемаларының негізгі жетістігі, олардың көмегiмен күрделi модулдiк жүйелердiң iшкi және сыртқы шекарасын суреттеуге болатындығы. Қажет болғанда желiлердiң схемасын формальды сипаттамалармен толықтыруға болады.

Тәжiрибе көрсеткендей, модулдiк желiлердi компъютер ғылымы және тәжiрибенiң әр түрлi облыстарында қолдануға болады, әсіресе олар ақпараттық жүйелердi пiшiндеу және жобалау үшін компъютерлік гипермәтiн және Интернет/вебтер негiзінде және басқа компъютерлік желiлермен жұмыс iстейтiн есептерін шешуде тиiмдi.

Модулдiк желiлер (generators) құраушы деп аталатын қарапайым модулдiк логикалық объектілерден тұрады. Құраушы нақты модулдардың үлгiлерiмен қызмет көрсетедi, ал модулдiк құраушылардан тұратын модульдік желілер модулдік жүйелерді құрайды. Кез келген құраушы мен оның бағытталған (кіріс/шығыс) және бағытталмаған байланыстарын (bonds) бөлуге болмайды. Кіріс немесе шығыс байланысы бар құраушы бағытталған деп аталады, ал ешбір бағытқа байланысты емес құраушы бағытталмаған деп аталады. Бағытталған құраушылардан бағытталған модулдік желілер, ал бағытталмаған құраушылардан – бағытталмаған желілер жасалады.

Кез келген құраушыны формальды түрде, Гренадер құраушылардың белгілерінің векторы деп атаған символдар жиынтығы деп қарастыруға болады. Құраушыларды өз векторларының жиынтығымен формальды түрде сипаттап қана қоймай, сонымен қатар қағазға салуға немесе компьютерге схема түрінде көрсетуге де болады.

Схемадағы кескінде бағытталған құраушылардағы кіріс және шығыс байланыстар нақты модулдердің кірістері мен шығыстарын көрнекті етіп көрсетеді. Құраушылардың көрнекті схемаларын пайдалана отырып, компьютерлік жүйелердің ашық модулдерін зерттеушілер мен өңдеушілер нақты модулдардың ішкі бөлшектеріне емес, сыртқы шекарасындағы сипаттамаларға назар аударғанға көңіл бөледі.

Әр түрлі екі құраушыларға қатысты байланыстар модулдік желі тізбегін құрайды. Екі байланысқан құраушыдан тізбек (linkage) құралады. Осындай жұптасқан (бір-бірден) байланыстардан модулдік желі құралады және әр түрлі нақты модулдік жүйелер үшін үлгі ретінде қолданылады.

Модулдік желілердегі байланыстарда құраушылар тек бір-бірден ғана тізбек құрайды, яғни екіден, үштен т.с.с. байланысу мүмкін емес. Құраушылардың жұптасып байланысуы арқылы тізбек құруы – модулдік желі құрудың негізгі принципі болып табылады. Бұл табиғатта жиі кездесетін нақты модулдердің шығыс және кірістерінің жұптасып байланысуының тәсілін көрсетеді және модулдік жүйелер осы тәсілдердің тізбегін құрайды. Осындай бинарлық байланыстың белгілі мысалы болып, шығыстардың кірістермен байланысын көрсететін жұптық синапстық байланыстардан тұратын нейронның аксондық шығысынан және көптеген нейронның дендриттік кірістерден құралған мидың құрылымы табылады.

Модулдік желіге қатысты тізбектегі әрбір екі байланыстың әрқайсысы сәйкес айнымалымен жазылады және байланыс туралы мәліметтер мәндер облысы болып табылады. Жалпы жағдайда құраушыға меншіктелген айнымалы β символымен белгіленеді. Мәндер облысындағы мәліметтер сәйкес модулдік желідегі байланыстардың айнымалыларына меншіктеледі. Модулдік желідегі байланыс β жұп айнымалысына меншіктелген мәліметке байланысты екі түрлі – ақиқат (тұйық) және жалған (ашық) жағдайларымен анықталады. Байланыстардың ақиқат және жалған жағдайлары бағытталған модулдік желілерде қосылған және ажыратылған жұптасқан кірістер мен шығыстар модулдарының тізбегінен тұратын нақты модулдар жүйесін құрайды.

Модульдік желінің барлық тізбектерінің жиынтығы нақты модульдік жүйенің ішкі шекарасын (ішкі профилін) сипаттайды. Бағытталған модульдік желінің қосылмаған (тізбекке қатыспайтын) байланыстары модульдік жүйенің туыстас басқа кірулері мен шығуларын қосу үшін ашық модульдік жүйенің сыртқы кірулері мен шығуларын білдіреді. Осылайша, модульдік желінің қосылмаған байланыстары модульдік жүйенің нақты ашық сыртқы шекарасын (сыртқы профилін) моделдейді.

Құрастырушы сияқты модульдік желілер формалды және көрнекі схемалар түрінде беріледі. Бірақ, егер құрастырушы схемалар модульдерді бейнелесе, онда модульдік желілер схемалары өзара байланысқан модульдерден тұратын нақты модульдік жүйелерді бейнелейді. Модульдік желілер схемалары ашық модульдік жүйелердің ішкі және сыртқы шекараларын көрнекі көрсетеді. Сондықтан, веб-беттерді, ақпараттық жүйелерді, гипермәтінді оқу веб-курстарын, модульдік компьютерлік бағдарламалар мен басқа модульдік жүйелерді модульдік түрде бейнелейтін модульдік желілердің схемаларымен жұмыс істейтін программистер мен аналитиктер олардың ішкі және сыртқы шекараларын модульдік ойлау призмасы арқылы көретіндей.

Модульдік желілердің ақпараттық жүйелер мен технологияларды моделдеу және жобалаудың тиімді құралы екенін тәжірибе көрсетті. Олар модульдік тұрғыны талап ететін көптеген компьютерлік міндеттер мен проблемаларды шешу үшін пайдаланыла алады. Мысалы, модульдік желілердің арқасында гипермәтіндердің формалды және көрнекі модульдік моделдерін құру мүмкін болды, олардың компьютерлік практикада маңызды рөл атқаратыны белгілі.[5].

Модульдік желілерді, оны компьютерлік желілер негізінде жұмыс істейтін аумақтарға-бөлінген ақпараттық жүйелердің ішкі және сыртқы шекараларын бейнелейтін модульдік диаграммалармен толықтыру есебінен UML (Unified Modeling Language, [UML]) тілінің функционалды мүмкіндіктерін кеңейту үшін пайдалануға болады. Модульдік желілерді объектілік-бағытталған бағдарламалау мен студенттерді оқытуда пайдалану перспективті. Модульдік желілер ми құпиясын ашуға көмектесе алады.

Модульдік желілерді компьютерлік ғылым мен практикада кең қолдану компьютерлік қауымдастықта ақпараттық жүйелер мен технологиялар жөнінде жаңа, модульдік ойлау әдісінің таралуына әкелетінін күтуге болады.

Бүгін ақпараттық жүйелердің құрылымдары мен мазмұндарын моделдеу үшін негізінде графалық және кестелік екі әдіс пайдаланылады. Олар көрнекі және сондықтан да, адамдарға түсінікті жүйелердің ақпараттық және басқа да моделін құруға мүмкіндік береді. Адамдар графа мен кестелерді сонша жиі қолданады, сондықтан білімнің барлық салаларында қолданылатын графалық және кестелік ойлау парадигмасы туралы айтуға болады.

Аудандардағы бидайдың қоры туралы деректерімен кестелер ежелгі Мысырда біздің жыл санауымызға дейін көп жыл бұрын пайдаланылды. Қазіргі компьютерлік әлемде ақпаратты кестемен берудің алгебра қатынасы және реляциялық деректер қоры теориясы түріндегі математикалық негізі бар. Графалар кестелерден гөрі көп кейін пайда болды, нақты айтқанда, 1736 ж. Эйлердің Кенигсберг көпірлері туралы әйгілі пайымдаулары жарияланғанда. Бүгін олар графалардың кең көлемді теориясы болып дамыды. Графалар мен кестелердің көрнекі бейнелері олардың математикалық сипатталуына сүйенеді, бұл әсіресе компьютерлік практика үшін маңызды.

Графалар мен кестелер көрнекілік және берік математикалық негіздер арқасында компьютерлік ғылым мен практикада кең қолданылады. Дегенмен, бүгін Интернеттің, Дүниежүзілік тордың, HTML, XML тілдерінің, веб-беттердің, ашық электрондық үкіметтер мен басқа веб-жүйелердің пайда болуына байланысты графалық және кестелік әдістерді толықтырушы және кеңейтуші ақпараттық жүйелерді моделдеу және жобалаудың жаңа, модульдік әдістерін құру қажеттілігі пайда болды. Компьютерлік әлемнің осы аса қажеттілігіне модульдік желілер мен оларға негізделген «модульдік ойлау парадигмасы» сай келеді, ол практикалық және теориялық міндеттерді шешуге модульдік желілерді қолдану үлгілерін қорытындылау нәтижесінде 20-шы ғасырдың соңында пайда болды.

Сократ пен Платон заманынан бері ғалымдар ойлаудың ғылыми-жаратылыстану жүйесін математикалық негіздеуге, олардың объективтілігін іс жүзінде дәлелдеуге және оларға философиялық түсіндірме беруге тырысты. Осы ежелгі тезис Птоломей мен  Коперниктің парадигмаларының мысалдарын растайды.

Модульдік ойлау парадигмасы басқа да ғылыми-жаратылыстану доктриналары сияқты, үш құрамнан тұрады — математикалық, практикалық және философиялық. Мақалада модульдік ойлау парадигмасының математикалық және практикалық құрамдары ғана қарастырылады. Мақала нақты практикалық және теориялық компьютерлік міндеттерді шешуге арналғандықтан модульдік ойлаудың философиялық аспектілері мұнда талқыланбайды. Олар жеке жариялымның тақырыбы болады.

Мақала төрт тараудан тұрады. Біріншісінде модульдер теориясының шектеуші шарттары мазмұндалады. Екіншісінде әртүрлі құрастырушылардың формалды моделдері мен көрнекі схемалары қарастырылған. Мақаланың үшінші тарауы модульдік желілердің параметрлік моделдерін құруға арналған. Мақаланың төртінші тарауында нақты практикалық және теориялық міндеттерді шешуге модульдік желілерді қолданудың бес мысалы келтірілген. Бірінші мысал модульдік желілермен бірдей гипермәтінді құрылымы бар екі қарапайым веб-беттерді моделдеуге арналған. Екіншісінде — күрделі емес модульдік желі графамен салыстырылған және модульді-графалы желі құрылған. Үшінші мысалда модульді желі гипермәтінді оқу веб-курсын модульді моделдеуге пайдаланылған. Төртінші мысал Ресей Федерациясының Консолидацияланған бюджетінің автоматтандырылған ақпараттық жүйесінің модульдік желісі көмегімен модульді моделдеу және жобалауға арналған. Соңғы, бесінші мысалда, мақаланың үшінші тарауында құрылған, модульдік желілердің параметрлік моделдерін түрлендіру арқылы деректердің модульдік, графалық және кестелік моделдері құрылымдарының бірыңғайлығы көрсетілген. Мақала мысалдарының жиынтығы практикалық және  теориялық компьютерлік міндеттерді шешудегі модульдік тұрғыны талап ететін модульдік желілердің қуаттылығы мен икемділігін көрсетеді. Мақала қысқаша Қорытындымен аяқталады.

Кілтті сөздер мен фразалар: модуль, модульдік жүйе, модульдік ойлау парадигмасы, паттерндер теориясы, модульдер теориясы, құрылымдау, құрылымдау байланысы, құрылымдау белгілерінің векторлары, модульдік желі, модульдік желі тізбегі, модульді-графалық желі, деректердің модульдік, графалық және кестелік моделдерінің құрылымдық бірыңғайлығы.