Файл: Анализ методов современного программирования ( Методики программирования ).pdf

Актуальность темы исследования заключается в том, что мы живем во время стремительного прогресса и с каждым днем накапливается все больший объем информации и нам нужно его каталогизировать и выдавать пользователю в удобном для него виде. Так же из-за появления большого объема информации, программистам нужно чаще обновлять свой программный код, для добавления новых функций или поддержания старых.
Для этих целей и используется архитектура, когда модули приложения не зависят напрямую друг от друга и находятся в определенных местах, что оптимизирует добавление кода, его тестируемость и сохраняет деньги бизнеса и время программистов в будущем. Так же используется различные типы программирования и диаграммы. Так же программирование невозможно без тестирование конечного функционала.

Объект исследования - анализ методов современного программирования.

Предмет исследования - методы современного программирования и ее типы.

Цель работы - изучить особенности методов современного программирования.

Задачи исследования:

Изучить и проанализировать литературу по теме.
Структурировать знания по данной тематике, выделив основные методы
Изучить особенности различных методов
Изучить, как методы программирования влияют на оптимизацию программного кода
Обобщить полученные в ходе работы знания

Глава 1. Методики программирования

Методология разработки программного обеспечения - совокупность методов, применяемых на различных стадиях жизненного цикла программного обеспечения и имеющих общий философский подход.

Методики программирования:

Методы систематического программирования

структурный
объектно-ориентированный
UML-метод
компонентный
аспектно-ориентированный
генерирующий
агентны

Методы теоретического программирования

алгебраическое
экспликативное
алгоритмическое программирование

1.1 Методы систематического программирования

1.1.1 Структурный подход

Сущность структурного подхода к разработке ПС заключается в разбиении целостной системы на автоматизируемые функции, которые делятся на подфункции, на задачи и так далее. Процесс декомпозиции продолжается до определения конкретных процедур. При этом автоматизируемая система сохраняет целостное представление, в котором все составляющие компоненты взаимосвязаны.

Общие принципы:

разделение общей задачи на подзадачи для облегченного понимания
организация составных частей задачи в древовидные структуры с добавлением новых деталей на каждом уровне.

Основные принципы:

абстрагирование, выделение важных элементов системы от дополнительных
формализация, общее свойство для решения задачи
непротиворечивость, согласованность всех элементов системы
иерархическая структуризация данных.

1.1.2 Объектно-ориентированный подход

Объектно-ориентированный подход - методология разработки, в рамках которой объекты реального мира представляются классами, у каждого из которых есть своя функция. Класс служит шаблоном для описания всех атрибутов и поведений, связанных с объектами данного класса.

Приложения содержит взаимодействующие друг с другом объекты, у которых есть свои локальные состояния и методы для взаимодействия с другими объектами. Обычно объекты имеют модификаторы доступа, которые помогают объекту не допустить изменений из вне, в целях безопасности.

Основные принципы:

абстракция - выделение общих абстрактных свойств без их конкретной реализации
инкапсуляция - сокрытие реализации. Применяется, чтобы внешние объекты не могли менять значения полей или поведение объекта, без его ведома.
наследование - позволяет описать новый класс на основе уже существующего. Класс, от которого наследуются называется родителем, новый - потомком. Позволяет не писать заново новую функциональность, а часть кода использовать из ранее написанных классов.
полиморфизм - многообразие форм. Позволяет использовать объекты с одинаковым интерфейсом без знания конкретного типа.

1.1.3 UML - программирование

UML (United Modeling Language) – язык графического описания для объектов реального мира в виде различных диаграмм.

Модель UML - это совокупность диаграмм, которые визуализируют основные элементы структуры системы.

UML – необходима, чтобы посмотреть на задачу с разных точек зрения и чтобы программистам было легче понять способ реализации задачи.

Что обеспечивает UML:

иерархическое описание сложной системы путем выделения пакетов;
формализацию функциональных требований к системе с помощью аппарата вариантов использования;
детализацию требований к системе путем построения диаграмм деятельностей и сценариев;
выделение классов данных и построение концептуальной модели данных в виде диаграмм классов;
выделение классов, описывающих пользовательский интерфейс, и создание схемы навигации экранов;
описание процессов взаимодействия объектов при выполнении системных функций;
описание поведения объектов в виде диаграмм деятельностей и состояний;
описание программных компонент и их взаимодействия через интерфейсы;
описание физической архитектуры системы.

Основные типы UML:

Диаграммы состояний (State diagrams);
Диаграммы деятельностей (Activity diagrams);
Диаграммы объектов (Object diagrams);
Диаграммы последовательностей (Sequence diagrams);
Диаграммы взаимодействия (Collaboration diagrams);
Одна из диаграмм, которая довольно часто используется на практике - это диаграмма классов, которая описываю структуру классов, их атрибуты и зависимости между классами.

1.1.4 Компонентное проектирование

Компонентное программирование является наиболее производительным, так как использует готовые компоненты при создании сложных систем.

Компонентный подход дополняет и расширяет существующие подходы в программировании, например, ООП. Объекты рассматриваются на логическом уровне проектирования ПС, а компоненты - это физическая реализация объектов.

Типы компонентных структур. Компонент расширяет паттерн - абстракция, который содержит описание взаимодействия и роли для каждого объекта.

Композиция компонентов может быть следующих типов:

композиция компонент-компонент обеспечивает взаимодействие компонентов через интерфейс на уровне приложения
композиция каркас-компонент обеспечивает взаимодействие каркаса с компонентами, при котором каркас управляет ресурсами компонентов и их интерфейсами на системном уровне
композиция компонент-каркас обеспечивает взаимодействие компонента с каркасом по типу "черного ящика", в видимой части которого находится описание файла для развертывания и выполнения определенной функции на сервисном уровне
композиция каркас-каркас обеспечивает взаимодействие каркасов, каждый из которых может разворачиваться в гетерогенной среде и разрешать компонентам, входящим в каркас, взаимодействовать через их интерфейсы на сетевом уровне

1.1.5 Аспектно - ориентированное программирование

Аспектно - ориентированное программирование - это методология программирования, при которой создаются гибкие к изменениям ПС, благодаря добавлению новых функций, которые обеспечивают безопасность и взаимодействие компонентов с другими системами, так же для синхронизации одновременного доступа к данным.

Основные этапы:

разделение задач с условием многоразового применения модулей и выделенных свойств, такие как, параллельность, синхронность, безопасность.
определение точек соприкосновения одних элементов с другими
разработка фильтров
создание объектной или компонентной модели, и ее дополнение.
отладка модулей по-отдельности, так и приложения в целом

1.1.6 Генерирующее программирование

Генерирующее программирование – методология программирования, при которой создаются семейства приложений из отдельных элементов, фабрик и тому подобное. По сути, это ООП, который дополнен многоразовыми элементами, изменяемыми свойствами, взаимодействиями между элементами.

Основные этапы:

анализ и выявление объектов и отношений между ними
определение области действий объектов
определение общих характеристик и построение модели
создание основы для производства программных членов семейства независимо от их реализации
подбор и подготовка компонентов для многоразового применения

1.1.7 Агентное программирование

Агентное программирование - методология программирования, при которой программа способна сама управлять своими действиями в информационной среде и получать результаты выполнения задачи, изменение самой среды.

Основные свойства агента:

автономность - это способность действовать без внешнего воздействия
реактивность - это способность реагировать на изменения данных и среды и воспринимать их
активность - это способность самостоятельно ставить задачи и выполнять заданные действия для достижения
способность к взаимодействию с другими агентами

Основные задачи:

самостоятельная работа и контроль своих действий
взаимодействие с другими агентами
изменение поведения в зависимости от состояния внешней среды
получение результата

2.1. Теоретическое программирование

2.1.1 Алгебраическое программирование

Алгебраическое программирование - это конструирование программ с использованием алгебраических преобразований и функций интеллектуальных агентов. В основе математического аппарата используется алгебра языка действий и понятие транзитивной системы в качестве механизма определения поведения систем и механизмов ее эквивалентности. В качестве понятий в общем случае могут быть компоненты, программы и их спецификации, объекты, взаимодействующие друг с другом и со средой их существования.

Теория АП обеспечивает создание математической информационной среды с универсальными математическими конструкциями, вычислительными механизмами, учитывающими особенности разработки ПС и функционирования.

Алгебраическое программирование концентрирует внимание на задачах интеллектуализации и аспектах поведения агентов в их среде.

2.1.2 Экспликативное программирование

Экспликативное программирование - ориентировано на разработку теории дескриптивных и декларативных программных формализмов, адекватных моделям структур данных, программ и средств конструирования из них программ. Теоретическую основу ЭП составляют логика, конструктивная математика, информатика, композиционное программирование и классическая теории алгоритмов. Для изображения алгоритмов программ используются алгоритмические языки и методы программирования: функциональное, логическое, структурное, денотационное

Основные принципы ЭП:

принцип развития понятия программы в абстрактном представлении и постепенной ее конкретизации с помощью экспликаций
принцип прагматичности - решение задач пользователя
принцип адекватности - абстрактное построение программ и реализацию задачи с учетом информационности данных и апликативности. Программа рассматривается как функция, вырабатывающая выходные данные на основе входных данных.Функция - это объект, которому сопоставляется денотат имени функции с помощью отношения именования
принцип дескриптивности позволяет трактовать программу как сложные дескрипции, построенные из более простых и композиций отображения входных данных в результаты на основе принципа вычислимости