Загальні поняття декомпозиції

Декомпозиція систем ґрунтується на аналітичному методі дослідження. Цей метод, органічно властивий людському мисленню, у явній формі створили, виділили й сформували як самостійний технічний прийом пізнання в XVII ст. представники раціоналізму. Так, наприклад, Декарт пропонував “…розчленувати кожну досліджувану задачу на стільки частин, скільки необхідно для її легкого розв'язання…”.

Аналітичний метод має колосальне значення в науці й практиці та у цей час переважає в дослідженнях.

Переваги аналітичних методів:

1) дають можливість отримати найкращий результат, якщо ціле вдається поділити на незалежні частини, оскільки в цьому випадку при їх окремому розгляді можна скласти правильне уявлення про внесок кожної з них у спільний ефект;

2) допомагають установити причинно-наслідкові відносини між частинами, що розглядаються.

Слід зазначити, що аналітичним методам властиві такі недоліки:

1. Випадок, коли система – це сума своїх частин, є найрідшим винятком, тому що правило полягає в тому, що внесок цієї частини в загальносистемний ефект залежить від внесків інших частин.

2. Успіх і значення аналітичного методу полягають не в поділенні складного на менш складні частини, а в тому, щоб при сполученні ці частини знову утворили єдине ціле, оскільки лише після цього можна пояснити ціле через частини – у вигляді структури цілого. Іншими словами, він дає знання про те, як система працює, але не розуміння того, чому й навіщо вона це робить.

3. Встановлення причинно-наслідкових зв'язків не завжди є можливим через таке:

- для причинно-наслідкового відношення не існує поняття навколишнього середовища, тому що для наслідку, крім причини, нічого не потрібно (наприклад, закон вільного падіння має місце, якщо відсутні всі інші сили, крім сили тяжіння); під час дослідження складних систем виключити “непотрібні” взаємодії неможливо не тільки практично, але й абстрактно, тому в опис “безпричинного” поводження системи вводять поняття або об'єктивної випадковості, або суб'єктивної невизначеності;

- відношення “причина–наслідок” – не єдиний опис взаємодії в системі.

Основною операцією аналізу є поділ цілого на частини: задача розпадається на підзадачі, система – на підсистеми, цілі – на підцілі й т.д. За необхідності цей процес повторюється, що приводить до створення ієрархічних деревоподібних структур декомпозиції за алгоритмом, блок-схему якого наведено на рис. 1.

Розглянемо докладніше деякі кроки алгоритму.

Крок 1. Визначення об’єкта аналізу.

Від правильного вибору об’єкта аналізу залежить правильність наступних дій.

Крок 2. Визначення цільової системи.

Цільовою системою є система, в інтересах якої здійснюється аналіз. На цьому кроці дають відповідь на запитання: “Навіщо проводити аналіз?”

Кроки 3 – 6 припускають, що об’єкт аналізу складний і містить підсистеми, які підлягають поділу на частини до одержання елементарного фрагмента декомпозиції. Якщо такий елемент одержано, то переходять на 7 кроці до формалізації проблеми (об’єкта аналізу).

Крок 8. Вибір моделі-основи декомпозиції.

Операція декомпозиції – це зіставлення об’єкта аналізу з деякою моделлю, виділення в ньому того, що відповідає елементам вибраної моделі. Основою декомпозиції в цьому випадку є конкретна змістовна модель системи, а від вибору формальної моделі залежить тип формальної моделі-основи. Формальна модель вибирається з набору формальних моделей за правилами, що рекомендуються, або шляхом звернення до експерта. Нагадаємо, що формальних типів моделей небагато: це моделі “чорного ящика”, структури, складу, структурної схеми – кожна в статичному або динамічному варіанті. Формальну модель-основу наповнюють змістом, лише тоді вона стає моделлю-основою декомпозиції.

Крок 10. Об’єкт декомпозиції має порівнюватися з кожним елементом моделі-основи, причому важливо пам’ятати, що модель-основа з різним ступенем деталізації може відбивати об’єкт, що досліджується.

Крок 11. Остаточний результат аналізу оформляється у вигляді дерева, кінцевими фрагментами гілок якого є або елементарні фрагменти, або фрагменти, визнані складними, але такими, що не піддаються подальшому розчленуванню. Інколи звіт декомпозиції може містити набір формальних моделей та їхні розв’язки, які переводять в рекомендації, необхідні для вирішення вихідної проблеми.

Рис. 1. Узагальнена блок-схема алгоритму декомпозиції

До одержаної структури дерева декомпозиції ставлять вимоги повноти (проблема має бути розглянута максимально всебічно й докладно) і простоти (дерево має бути максимально компактним “вшир” і “вглиб”). Ці вимоги відносять до кількісних характеристик дерева, але компроміс між ними досягається на основі якісних вимог (рис. 2):

Принцип простоти потребує скорочення розмірів дерева, які визначаються кількістю елементів моделі, що є основою декомпозиції. Принцип повноти, навпаки, змушує брати більш розвинені докладні моделі. Компроміс досягається за допомогою поняття істотності: до моделі-основи включаються тільки компоненти, істотні цілі аналізу. При цьому в алгоритмі мають бути передбачені можливості внесення корективів і доповнень у модель-основу.

Розмір дерева “вглиб” обумовлюється поняттям елементарного, тобто коли декомпозиція приводить до одержання простого, зрозумілого, свідомо допустимого результату, який не потребує подальшого розкладання. Неелементарний фрагмент підлягає подальшій декомпозиції за іншою моделлю-основою, яка не використовувалася раніше.

Ітеративність алгоритму декомпозиції дає можливість користуватися моделями різної детальності на різних ділянках і поглиблювати деталізацію скільки завгодно.

Після опису системи в цілому відповідно до кроків 3 – 5 алгоритму декомпозиції систему розбивають на великі фрагменти. Цей процес називають функціональною декомпозицією, а діаграми, що описують фрагменти та їх взаємодію, – діаграмами декомпозиції. Тут же проводять інформаційні зв'язки, формуючи структурну схему системи на заданому рівні декомпозиції.

Після декомпозиції контекстної діаграми проводять декомпозицію кожного великого фрагмента системи на більш дрібні до досягнення потрібного рівня подробиці опису (відповідно до кроку 6). Після кожного сеансу декомпозиції проводять сеанси експертизи з метою визначення відповідності між реальними функціями й створеними діаграмами. Знайдені невідповідності виправляють, і тільки після проходження експертизи без зауважень починають наступний сеанс декомпозиції. Так досягається відповідність моделі реальності на будь-якому рівні моделі.

На основі функціональної моделі декомпозиції відповідно до кроків 7, 8 алгоритму декомпозиції будують модель даних. Слід зазначити, що процес перетворення моделі погано формалізується. Тому у CASE-засобах передбачено механізм двонапрямленого зв’язку між діаграмами декомпозиції та моделлю-основою для перевірки того, щоб кожному об’єкту декомпозиції відповідав елемент моделі-основи (кроки 9, 10).

Це зображення є початковим етапом декомпозиції процесу і дає можливість сформувати об’єкт аналізу з перспективою застосування інформаційних CASE-технологій.

Часто під час декомпозиції настає момент, коли експерт визнає, що його компетентності недостатньо для подальшого аналізу системи. Цю проблему можна вирішити за допомогою інформації, отриманої з інших джерел і від інших експертів. При цьому головне, щоб декомпозиція була повною. Небезпеку неповноти аналізу завжди слід мати на увазі (приклад – проблема повороту північних рік і т.д.).