Розробка адаптивного інтерфейсу користувача для програмного забезпечення наближення експериментальних даних

В четвертому розділі представлено практичне втілення запропонованих методів формування та адаптації інтерфейсу користувача на прикладі реалізації серверної підсистеми візуалізації результатів обчислень.

Згідно з розробленою схемою побудови адаптивного ІК розглянуто питання візуалізації результатів наближення експериментальних даних, як підмножини результатів чисельного аналізу математичних задач. Процедура адаптації ІК та об'єктно-орієнтованого процесу візуалізації базується на понятті абстрактного базового об'єкту (базовий об'єкт, BO), сутністю якого є впорядковані сукупності елементів. Створення такого BO є привабливим в силу можливості узагальнення певних властивостей даних та досягнення інваріантності відносно програмної реалізації конкретних об'єктів.

Базовий об'єкт є батьківським для всіх інших об'єктів та вміщує основні механізми (методи) створення, знищення, зберігання, зчитування та візуалізації даних. Спроектувати об'єкти для візуалізації конкретних видів даних можливо завдяки використанню механізмів наслідування та поліморфізму в рамках ООП.

На наступному рівні абстракції даних та властивостей знаходиться об'єкт, що породжується від базового об'єкту і сутностями якого атрибути візуального відображення. Його умовна назва - об'єкт атрибутів. Об'єкт атрибутів містить множину властивостей візуалізації та множину віртуальних методів. Існує декілька різних типів таких об'єктів (породжених від BO), кожен з яких відповідає за візуальне представлення у одновимірному, двовимірному або тривимірному просторі.

Використання поліморфних властивостей тих об'єктів, які породжені від об'єкту атрибутів, дає можливість модифікувати множину методів, що дозволяє адаптувати об'єкти для візуального відображення даних різних типів.

Наступним у рівні наслідування є об'єкт, основною функціональністю якого є візуалізація даних. Його умовна назва - візуальний об'єкт. Об'єкти даного типу реалізують основні методи візуалізації для різних видів даних. Тобто, візуальний об'єкт на основі множини віртуальних методів, успадкованих від батьківського об'єкту, реалізує конкретні методи візуалізації.

Основною особливістю візуальних об'єктів є необхідність зберігання не тільки вхідних даних та їх атрибутів, але й проміжних, попередньо оброблених та підготовлених для візуалізації даних.

В рамках створення узагальненої схеми візуалізації результатів чисельного аналізу, в ІК інструментального засобу, спроектовано та розроблено множини елементів управління, за допомогою яких користувач змінюватиме властивості об'єктів атрибутів та впливатиме на процес представлення даних. Множини таких елементів управління об'єднуються в групи, які умовно будемо називати панелями управління.

Деякі з означених панелей управління призначені для індивідуального використання з кожним ВО, а деякі містять множини елементів управління загального використання та призначені для двох або більше типів об'єктів. Згідно запропонованої схеми візуалізації, алгоритми управління інтерфейсом підсистеми динамічно змінюють підмножину активних панелей інструментів в залежності від виду об'єкту, з яким в даний момент працює користувач. В роботі представлено таблицю залежності панелей управління від виду візуального об'єкту.

Розширення кола об'єктів візуалізації відбувається шляхом введення додаткових елементів, які породжені від об'єкту атрибутів або візуального об'єкту, та визначенням для них елементів управління в ІК.

ВИСНОВКИ

1) Проблема організації діалогу з користувачем в існуючих універсальних прикладних програмних системах, що можуть бути використані для наближення експериментальних даних, на жаль, залишається вирішеною незадовільно. Практично всі системи, які були розглянуті, вимагають вивчення та використання внутрішньої мови програмування для опису задачі наближення даних, її вирішення та представлення результатів. Необхідність використання такої мови не дозволяє користувачеві в повному обсязі сконцентруватись на вирішенні або дослідженні задачі наближення експериментальних даних та робить означені системи малопридатними для використання в навчальному процесі. В розглянутих програмних засобах реалізовано уніфікований, але не адаптивний, підхід до формування інтерфейсу користувача в процесі вирішення математичних задач різного виду. Однак, так звана уніфікація забезпечується використанням тільки внутрішньої мови програмування та використовує незмінні конструкції інтерфейсу. Таке рішення пояснює відсутність адаптивності ІК в сучасних програмних системах та відсутність механізмів, що адаптують процес опису, аналізу та представлення результатів під конкретний вид задачі користувача.

2) Серед існуючих методик проектування та моделювання ІК, для запропонованої компонентної архітектури адаптивного ІК ПС наближення експериментальних даних раціональним є використання математичного апарату теорії складних систем та універсальної мови моделювання. Такий вибір обумовлений наявністю математичних засобів опису методів формування ІК (теорія складних систем) та засобів візуального моделювання систем на основі компонентів, а саме діаграм стану, діяльності, послідовності та кооперації компонентів складної системи.

3) Визначено множини параметрів ІК, які необхідні для організації процесу наближення експериментальних даних. Для означених множин запропоновано використовувати множину станів інтерфейсу користувача, які необхідні в процесі наближення даних. З урахуванням особливостей предметної області наближення експериментальних даних, що передбачає використання спеціалізованих засобів опису задачі та представлення результатів аналізу, запропоновано множину програмних підсистем для формування візуального інтерфейсу. В процесі формування одної з множин параметрів ІК, а саме, множини методів наближення, проведено удосконалення процедури обчислення коефіцієнтів сплайну n-го степеня, яка відрізняється від існуючих використанням базисних функцій, що визначені користувачем. Розроблено процедуру формування системи лінійних алгебраїчних рівнянь для знаходження коефіцієнтів апроксимуючих поліномів в методах сплайн-апроксимації, інтерполяції та середньо-квадратичного наближення. Запропоновано узагальнену форму запису системи базисних функцій у вигляді функції векторного аргументу на основі аналізу процедури формування системи рівнянь в методах наближення.

4) Запропоновано методику автоматизованої побудови інтерфейсу користувача, що дозволяють модифікувати ІК програмного засобу без додаткової модифікації програмного коду шляхом текстового опису компонент та параметрів їх використання для кожного стану ІК. Використання незалежних програмних компонент та систем керування базами даних дає можливість досягти відкритості програмної системи не тільки на рівні файлів (що роблять й інші програмні системи) але й на рівні організації інтерфейсу користувача.

5) Спроектовано архітектуру адаптивного, уніфікованого та відкритого інтерфейсу для програмного забезпечення наближення експериментальних даних. Створення даної архітектури інтерфейсу користувача є результатом виділення спільних етапів аналізу різних задач наближення даних, проектування компонентної моделі інтерфейсу користувача. Представлена архітектура надає можливість створити інтерфейс, який має наступні переваги у порівнянні з ІК існуючих систем:

інтерфейс, побудований на основі діаграми станів та діаграми варіантів використання ПС, надає змогу користувачеві вивчити особливості використання програмного забезпечення на прикладі аналізу одної математичної задачі;

адаптивність інтерфейсу дає можливість врахувати індивідуальні можливості для кожного методу наближення експериментальних даних, що є новим підходом до реалізації процесу взаємодії користувача та спеціалізованої обчислювальної системи;

в загальному випадку методика автоматизованої побудови інтерфейсу користувача програмного забезпечення може бути узагальнена на предметну область чисельного аналізу математичних задач (на практиці було реалізовано ІК для задач чисельного аналізу функціональних відношень, абстрактних множини, числових системи, векторного простору, алгебраїчних систем, поліномів, систем лінійних та нелінійних алгебраїчних рівнянь, логічних дискретних моделей, систем звичайних диференціальних рівнянь).

6) Запропоновано використання об'єктно-орієнтованої парадигми в інструментальному засобі представлення результатів чисельного аналізу. Розроблено узагальнену схему візуалізації та створено базові елементи візуального представлення результатів чисельного аналізу, на основі яких проводиться подальше розширення функціональних можливостей інструментального засобу.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗДОБУВАЧА ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Колодницький М.M., Ковальчук А.M., Кур'ята С.M., Типологія та архітектура інтерфейсу користувача прикладної програмної системи “DSR Open Lab 1.0” // Проблеми програмування, № 2, Київ, 1999. - С. 111-120.

2. Ковальчук А.М., Левицький В.Г. Розробка адаптивного інтерфейсу користувача програмної системи чисельного аналізу математичних задач. // Вісник ЖІТІ, 2002. - № 20. - C. 111-119.

3. Ковальчук А.М., Левицький В.Г. Компонентна архітектура адаптивного інтерфейсу користувача програмного інструменту розробки комп'ютерних практикумів // Вестник Херсонского Государственного Технического Университета, 2002. - № 14. - C. 291-295.

4. Ковальчук А.М. Розробка бібліотеки алгоритмів для навчальної системи апроксимації функціональних відношень // Вестник Херсонского Государственного Технического Университета, 2001. - № 10. - C. 227-230.

5. Ковальчук А.М. Введення типізації базисних функцій в методах апрокси-мації функціональних відношень // Вісник ЖІТІ, 2000. - № 15. - C. 182-185.

6. Ковальчук А.М. Особливості реалізації багатопоточної візуалізації даних в програмній підсистемі “Graph Server” // Вісник ЖІТІ, 2000. - № 14. - C. 187

7. Янчук В.М., Колодницький М.М., Ковальчук А.М., Левицький В.Г., Орлов О.О. Методи та засоби математичного моделювання міграції радіонуклідів у природних екосистемах: Том 1. Від аналізу до математичної моделі. - Житомир: ЖІТІ, 2002. - 142 с.

8. Янчук В.М., Колодницький М.М., Ковальчук А.М., Левицький В.Г., Орлов О.О. Методи та засоби математичного моделювання міграції радіонуклідів у природних екосистемах: Том 2. Міждисциплінарний аналіз проблеми. - Житомир: ЖІТІ, 2002. - 224 с.

АНОТАЦІЇ

інтерфейс користувач уніфікований предметний

Ковальчук А.М. Розробка адаптивного інтерфейсу користувача для програмного забезпечення наближення експериментальних даних. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 01.05.03 -- “Математичне та програмне забезпечення обчислювальних машин і систем”. -- Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України, Київ, 2002.

В дисертаційній роботі розроблено формалізоване представлення інтерфейсу користувача для предметної області наближення експериментальних даних. В процесі аналізу способів відображення для існуючих методів наближення в інтерфейсі користувача запропоновано процедуру визначення та використання користувацьких базисних функцій в методах інтерполяції, середньо-квадратичного наближення та сплайн-інтерполяції.

На основі представленого опису інтерфейсу користувача розроблено методику адаптації інтерфейсів користувача програмного забезпечення наближення експериментальних даних, яка базується на нетрадиційній для даної предметної області компонентній архітектурі інтерфейсу. Запропоновано множину програмних інтерфейсів, достатню для організації взаємодії між підсистемами формування інтерфейсу користувача.

Розроблено інструментальний засіб візуалізації результатів наближення експериментальних даних на основі запропонованої архітектури та методів формування інтерфейсу користувача.

Ключові слова: методи адаптації інтерфейсу користувача, архітектура інтерфейсу користувача, наближення експериментальних даних, візуалізація даних.

Ковальчук А.М. Разработка адаптивного интерфейса пользователя для программного обеспечения приближения экспериментальных данных. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 01.05.03 -- “Математическое и программное обеспечение вычислительных машин и систем”. -- Институт проблем моделирования в энергетике им. Г.Е. Пухова НАН Украины, Киев, 2002.

Проведено исследование существующих подходов к созданию интерфейса пользователя и методов их модификации в прикладных программных системах, которые могут быть использованы для приближения экспериментальных данных. Рассмотрены особенности представления предметной области приближения экспериментальных данных в интерфейсе пользователя. По результатам обзора сделан вывод о неудовлетворительном решении проблемы организации диалога с пользователем в существующих универсальных прикладных программных системах. Главной причиной такой оценки есть сложность формализации отношений между человеком и вычислительной системой, что, вероятно, не позволит решить вопрос организации интерфейса в полном объеме в ближайшее время.

В диссертации предложено формализованное представление интерфейса пользователя для предметной области приближения экспериментальных данных. В процессе анализа способов отображения для существующих методов приближения в интерфейсе пользователя предложено процедуру определения и использования пользовательских базисных функций в методах интерполяции, среднеквадратического приближения и сплайн-интерполяции.

На основании представленного описания интерфейса пользователя разработано методику построения интерфейса пользователя программного обеспечения для приближения экспериментальных данных, основанную на нетрадиционной для данной предметной области компонентной архитектуре. Для рассмотренного в работе множества программных компонент предложен способ применения клиент-серверной архитектуры для формирования интерфейса пользователя. Рассмотрена процедура построения множества программных интерфейсов, достаточного для организации взаимодействия между подсистемами формирования интерфейса пользователя.

Разработано инструментальное средство визуализации результатов приближения экспериментальных данных на основе предложенной архитектуры и методов формирования интерфейса пользователя. Предложен вариант использования объектно-ориентированной парадигмы в данном инструментальном средстве. Разработана обобщенная схема визуализации и созданы базовые элементы визуального представления результатов численного анализа, на основе которых проводиться расширение функциональных возможностей разработанного инструментального средства.

Ключевые слова: методика адаптации интерфейса пользователя, архитектура интерфейса пользователя, приближение экспериментальных данных, визуализация данных.

Kovalchuk А.М. Development of the adaptive user interface for the software of experimental data approximation. - Manuscript.

The thesis of dissertation for a Candidate's degree in Technical Sciences on speciality 01.05.03 -- “Mathematical support and software for computers”. -- Institute of modelling problems of the power engineering named after G.Ye. Pukhova of Ukrainian NAS, Kiev, 2002.

In this thesis the formal representation of user interface for the specific domain of experimental data approximation is developed. Analysing the representation of existent methods of approximation the procedure of determination and usage of user-defined functions in the methods of interpolation and mean-square approximation and spline interpolation is considered.

The method of user interface creation for the software of experimental data approximation is developed on the basis of presented interface formal descriptions. The method is based on the component interface architecture that is non-traditional for such domain. It is proposed the set of programming interfaces that is sufficient to organize the interaction between subsystems for user-interface formation.

Software tool for approximation results visualization has been developed on the basis of both proposed architecture of the software and methods of user interface formation.

Key words: methods of the user interface adaptation, the architecture of the user interface, experimental data approximation, data visualization.

Размещено на Allbest.ru