Файл: Методы проектирования Тема Методы проектирования. Цель.docx

Термин «эвристика» происходит от греческого heuresko («отыскиваю», «открываю»). В настоящее время используется несколько значений этого термина. Эвристика может пониматься как:

1) научно-прикладная дисциплина, изучающая творческую деятельность (в то же время следует признать, что основателей теории и общепринятых основных положений не существует);

2) приемы решения проблемных (творческих, нестандартных, креативных) задач в условиях неопределенности, которые обычно противопоставляются формальным методам решения, опирающимся, например, на точные математические алгоритмы;

3) метод обучения;

4) один из способов создания компьютерных программ.

Основой эвристики является психология, особенно тот ее раздел, который получил название психологии творческого или продуктивного мышления. Например, использование эвристических методов технического творчества (прямая и обратная мозговая атака, метод эвристических приемов и метод морфологического анализа и синтеза) в компьютерной инженерии позволяют развить творческое воображение и способности учащихся, сделать первые шаги к изобретательству, созданию новых технических решений. Эвристические приемы как готовые схемы действия составляют объект эвристической логики, а реальный процесс эвристической деятельности – объект психологии. Но если эвристические приемы могут быть представлены в виде определенной логической схемы, т. е. могут быть описаны математическим языком, то эвристическая деятельность на современном этапе развития науки не имеет своего математического выражения.

В эвристике как молодой, развивающейся науке не все понятия достаточно четко определены. Это прежде всего относится к понятию «эвристический метод».

Многие исследователи понимают под ним определенный эффективный, но недостаточно надежный способ решения задач. Он позволяет ограничивать перебор вариантов решения, т. е. сокращать число вариантов, изучаемых перед тем, как выбрать окончательное решение. Понятно, что это определение понятия «эвристический метод» не может быть признано удовлетворительным, так как в нем представлена лишь внешняя характеристика явления, но не раскрыты существенные его черты.

Чтобы раскрыть существо этого понятия, необходимо иметь в виду

---

, что сам термин «эвристический» применим к явлениям двоякого рода. Во-первых, можно рассмотреть как эвристическую деятельность человека, которая приводит к решению сложной, нестандартной задачи. Во-вторых, эвристическими можно считать и специфические приемы, которые человек сформировал у себя в ходе решения одних задач и более или менее сознательно переносит на решение других задач.

К эвристическимследует причислить методы, не имеющие предписывающего значения, как в случае с использованием алгоритмических методов. Характерным свойством эвристических методов является их ориентация на объяснение и понимание происходящих событий. В силу этого обстоятельства необходимость в применении эвристических методов приходится на ранние этапы в динамике научно-исследовательского цикла, тогда как сфера действия алгоритмических методов охватывает его заключительные этапы. Эвристический метод позволяет предоставить больше самостоятельности и творческого поиска.

Эвристические методы:

• 
  метод итераций (последовательного приближения);
  
• 
  метод декомпозиции;
  
• 
  метод контрольных вопросов;
  
• 
  метод мозговой атаки.
  

Основные сведения по данным методам изучить в электронном пособии Хорошева А.Н. «Основы системного проектирования» (Разделы 3.3.1.3 - 3.3.1.6. )¹.

Метод декомпозиции¹

Любой объект-систему можно рассматривать как сложный, состоящий из отдельных взаимосвязанных подсистем, которые, в свою очередь, также могут быть расчленены на части. Такой процесс расчленения системы называется декомпозицией. В качестве систем могут выступать не только материальные объекты, но и процессы, явления и понятия. Декомпозиция позволяет разложить сложную задачу на ряд простых, пусть и взаимосвязанных задач.

При декомпозиции руководствуются определенными правилами.

1. Каждое расчленение образует свой уровень. Исходная система располагается на нулевом уровне. После ее расчленения получаются подсистемы первого уровня. Расчленение этих подсистем или некоторых из них приводит к появлению подсистем второго уровня и т. д.

Упрощенное графическое представление декомпозированной системы называется ее иерархической структурой (рис. 1).

---

Система 2

Система 1

Надсистема


Подсистема 2

Подсистема 1





Функционал 2

Функционал 1



Мониторинг 2

Мониторинг 1




Рис. 1. Пример иерархической структуры (блок-схема)
Для анализа иерархической структуры могут применять теорию графов. Это позволяет перейти от графической модели к математической, в которой описание ведется по уравнениям, аналогичным законам Кирхгофа в электротехнике или уравнениям гидравлики.

Граф – это совокупность вершин и ребер (ветвей). Вершины – элементы структур, а ребра – связи между ними, изображаемые линиями. Если ребрам поставить в соответствие некоторые структурные параметры (веса́), то такой граф называется взвешенным. Граф называется направленным, если для его ребер указаны определенные направления.


Уровни

0

1

2

3


0.1


1.1

1.2

---

2.2

2.1


3.1

3.3


3.2


Рис. 2. Граф структуры системы (И-дерево)
Иерархическая структура объектов-систем часто изображается в виде дерева, т. е. графа без замкнутых маршрутов, с расположением вершин по определенным уровням, например, как показано на рис. 2. Вершина верхнего уровня (на рисунке – 0) называется корнем.

Граф, представленный на рис. 2, соответствует И-дереву: вершины, которые расположены на одинаковых уровнях, являются обязательными элементами вышерасположенных систем. (Так, для вершины 0.1 обязательные элементы – 1.1, 1.2, а для вершины 2.2 – 3.1, 3.2 и 3.3. Например, автомобиль состоит из двигателя, И кузова, И шасси.)

Наряду с И-деревом используют ИЛИ-дерево, в котором на одинаковых уровнях располагаются вершины возможных элементов структур, их варианты. Например, автомобиль может иметь двигатель ИЛИ внутреннего сгорания, ИЛИ газотурбинный, ИЛИ электрический.

Часто применяют И-ИЛИ-дерево, которое соединяет уровни с обязательными элементами структуры с уровнями вариантов всех или части этих элементов (рис. 3). Сочетание И- и ИЛИ-уровней может быть произвольным и не обязательно они должны чередоваться.


Уровни

0

1

2

3

4

0.1






ИЛИИИ

---

1.2

1.1





И


2.2

2.1

2.3





И


3.2

3.1



ИЛИИ

4.1

4.2

Рис. 3. Пример И-ИЛИ-дерева
2. Объект-система расчленяется только по одному, постоянному для всех уровней, признаку. В качестве такого признака может быть:

• 
  функциональное назначение частей,
  
• 
  конструктивное устройство (вид материалов, формы поверхностей и др.),
  
• 
  структурные признаки (вид схемы, способы и др.).
  

3. Вычленяемые подсистемы в сумме должны полностью характеризовать систему, но при этом взаимно исключать друг друга (особенно это касается ИЛИ-деревьев).

Для обозримости рекомендуют выделять на каждом уровне не более 7 подсистем. Недопустимо, чтобы одной из подсистем являлась сама система.

4. Глубина декомпозиции (степень подробности описания) и количество уровней определяются требованиями обозримости и удобства восприятия получаемой иерархической структуры, ее соответствия уровням знаний работающего с ней специалиста.

Методы декомпозиции и последовательных приближений очень распространены, причем часто те, кто применяет их, даже не воспринимают их как методы. Очень эффективным является совместное использование этих методов.

---