ISSN 1991-3087

Свидетельство о регистрации СМИ: ПИ № ФС77-24978 от 05.07.2006 г.

ISSN 1991-3087

Подписной индекс №42457

Периодичность - 1 раз в месяц.

Вид обложки

Адрес редакции: 305008, г.Курск, Бурцевский проезд, д.7.

Тел.: 8-910-740-44-28

E-mail: jurnal@jurnal.org

Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100
Яндекс.Метрика

Программирование оптимизационных задач управления,
взаимодействие с пользователем при длительных расчетах

 

Матренин Павел Викторович,

студент 4-го курса кафедры автоматизированных систем управления Новосибирского государственного технического университета.

Научный руководитель – доцент кафедры автоматизированных систем управления Новосибирского государственного технического университета

Секаев Виктор Гилячевич.

 

В статье сформированы особенности решения оптимизационных задач управления в автоматизированных информационных системах и соответствующие требования к прикладным программам. Рассмотрено использование языка программирования C# для написания таких программ. Подробно рассмотрены способы построения диалога с пользователем во время выполнения длительных расчетов.

 

Введение

 

В современных автоматизированных информационных системах управления (АСУ) часто необходимо решать оптимизационные задачи, такие как задача календарного планирования, задача коммивояжера, транспортная задача, «задача о ранце», задача о назначениях и другие.

Керамическая плитка для пола

Cкидки. Керамическая плитка. Керамогранит

maxistroy.ru

Новые займы онлайн на карту

Новые займы онлайн на карту

banki-kredity.ru

В реальных системах высокая сложность этих задач и их большая размерность вынуждают применять для их решения различные эвристические методы (генетический алгоритм, метод роя частиц, муравьиные алгоритмы, нейронные сети и др.).

Поскольку сложность задач управления экономикой растет быстрее, чем сама экономика и еще гораздо быстрее, чем число занятых в экономике людей [Глушков В.М.], постольку и размерность таких задач постоянно повышается. При этом поиск даже приближенных квазиоптимальных решений может занимать значительное для конечного пользователя время. Поэтому необходимо уделять внимание повышению скорости расчетов и удобству пользователя при их выполнении.

 

Специфика программирования задач управления

 

Ниже перечислены особенности задач управления (ЗУ) в современных информационных системах.

1. Высокая размерность.

2. Как правило, условия оптимизационных задач могут часто меняться, так как производственно-экономические условия даже на отдельном объекте динамично изменяются.

3. При использовании на предприятиях автоматизированных информационных систем все количественные исходные данные ЗУ, как правило, содержатся в централизированной базе данных, в нее же необходимо сохранять результаты решения.

4. Не редко полученные при решении ЗУ данные необходимо распечатывать и делать доступными для просмотра через браузеры в локальной или глобальной сети.

5. ЗУ запускаются на выполнение конечными пользователями, заинтересованными не только в быстром и качественном решении, но и в удобстве работы с программными приложениями.

Из анализа перечисленных особенностей можно вывести следующие требования к программам, выполняющим решение ЗУ.

1. Высокая надежность и безопасность приложений, поскольку при решении ЗУ в автоматизированных системах недопустимы сбои ПО и риск нанесения вреда системе.

2. Работа в вычислительных сетях. Предполагается использование сетевых ресурсов и возможность доступа к части функций через сеть Интернет.

3. Взаимодействие с базами данных. В информационных системах чаще всего используются реляционные базы данных.

4. Возможность интеграции программ. При построении сложных информационных систем необходимо стремиться к гибкости, которая достигается, в частности, разделением системы программ на модули, которые могут быть написаны на разных языках программирования и при этом должны без проблем взаимодействовать между собой.

5. Быстрое создание и изменение программ. Выполнение этого требования позволяет не отставать от развития предприятий, прогресса технологий управления и технических средств.

6. Продуманный интуитивно-понятный интерфейс, предоставляющий пользователю возможность легко вносить изменения в условия задач, выбирать режим решения и способы представления полученных результатов.

7. При выполнении расчетов, занимающих заметное для пользователя время, необходимо выводить информацию о ходе решения и предоставлять пользователю возможность досрочного корректного завершения работы программы, например, если ему нужно срочно покинуть свое рабочее место.

 

Использование С# для программирования оптимизационных задач управления

 

В данной работе в качестве инструмента, позволяющего создавать соответствующие требованиям приложения, предлагается использовать Visual C#.

Действительно, C# обладает всеми требуемыми свойствами. Использование платформы .NET обеспечивает высокий уровень безопасности ПО [2,3,6]. C# имеет одновременно чистый, как в Java, понятный, как в Viual Basic, синтаксис и высокую гибкость и мощь, почти как C++ [Троелсен Э.]. Это позволяет быстро создавать приложения для решения практически любых задач, значительно сокращая время программиста, в том числе, на поиск ошибок в коде [Гросс К.].

Спецификация языка (CLS) и система поддержки общих типов (CTS) обеспечивают правильное взаимодействие любых языков программирования на платформе .NET [Шилдт Г.].

Платформа .NET имеет мощные средства для работы с базами данных (ADO.NET) и создания приложений под Интернет (ASP.NET).

Что касается скорости работы, следование некоторым правилам программирования повышает производительность до уровня, подходящего даже для научных вычислений [Фатих Г.]. Кроме того, программы, работающие в среде .NET автоматически оптимизируются под конкретный компьютер [Гросс К.].

Из сказанного следует, что язык Visual C# очень хорошо подходит под указанные требования с первого по пятое. Что касается остальных требований, среды для создания программ на C# имеют все необходимое для создания интерфейса с необходимыми свойствами, нужно только иметь их использовать. Пример приведен ниже.

 

Способы организации режима ожидания

 

Выше было отмечено, что при выполнении длительных расчетов возникает проблема, как построить взаимодействия приложения с пользователем на время вычислений?

Можно предложить несколько вариантов.

1.                  Приложение не отвечает на действия пользователя и не выводит во время расчетов данных о ходе решения.

2.                  Приложение регулярно приостанавливает вычисления, выводит информацию и обрабатывает действия, которые успел совершить пользователь.

3.                  Разделение вычислений и организации диалога на два параллельно работающих потока.

Критерии оценки вариантов: быстрота, наличие вывода информации о ходе решения, возможность корректно прервать работу и простота реализации.

Первый вариант является самым быстрым, так как программа выполняет только вычисления, не тратя время на взаимодействие с пользователем и этот вариант наиболее прост в реализации. Но пользователь не сможет видеть, процент выполнения расчетов, а диспетчер задач операционной системы сообщит пользователю, что приложение «не отвечает», что может быть понято пользователем как зависание – тогда он просто закроет программу. Когда даже примерно не известно время ожидания, пользователю будет некомфортно.

Второй вариант значительно хуже по производительности, так как вычисления будут прерываться для реакции на внешние действия, зато в эти паузы можно выводить необходимые данные и позволить пользователю в любой момент остановит вычисления, не закрывая приложение и без утраты промежуточных результатов. В C# организовать обработку приложением внешних воздействий (сообщений) можно командой Application.DoEvents().

Третий вариант ненамного уступает первому по скорости и второму по качеству интерфейса, засчет разделения функций между потоками, недостаток способа – необходимость синхронизации потоков.

Рассмотрим в этом варианте два способа. Первый: создается поток для вычислений, а основной поток по сигналам от таймера выводит на экран процент выполнения расчетов и реагирует на действия пользователя. Второй: окно скрывается в область системных уведомлений и создается поток для вывода информации о ходе решения и контекстного меню при наведении пользователем указателя на иконку в области уведомлений.

При реализации на платформе .NET в первом случае используется объект Windows.Forms.Timer, во втром – объекты Windows.Forms.ContexMenuStrip и Windows.Forms.NotifyIcon.

Достоинства второго способа: на время расчетов окно сворачивается и не мешает пользователю. Однако, если общее время расчетов мало (несколько секунд), второй вариант представляется неудачным, так как окно исчезает и сразу появляется, это может раздражать. По скорости второй способ в среднем лучше.

В таблице 1 приведены усредненные по нескольким типам расчетов данные о быстродействии различных вариантов.

 

Таблица 1.

Сравнение быстродействия.

Вариант

Время, с

Время относительно первого варианта

Без взаимодействия

4,163

1

С взаимодействием

5,308

1,275

Два потока, способ 1

4,356

1,046

Два потока, способ 2

4,214

1,0122

 

Заключение

 

Решение задач оптимизации в автоматизированных системах имеет свои особенности, которые необходимо учитывать при разработке программного обеспечения. Язык программирования Visula C# позволяет создавать программное обеспечение, в полной мере соответствующее этим особенностям. Грамотное построение интерфейса с пользователем, соблюдение баланса между комфортом и производительностью является необходимым умением разработчика автоматизированных систем.

 

Литература

 

1.                  Глушков В.М. Что такое ОГАС?/ В.М. Глушков, В.Я. Валах – М.: Наука, 1980. – 71 с.: ил.

2.                  Гросс К. C# 2008/ К.Гросс : пер. с англ. – СПб.:БВХ-Петербург, 2009. – 576 с.: ил.

3.                  Петгольц Ч. Программирование в тональности C#/ Ч.Петгольц; пер. с англ. под ред. Ю.П. Леоновой. - М.: Издательско-торговый дом «Русская редакция», 2004. – 512 с.: ил.

4.                  Троелсен Э. C# и платформа .NET. Библиотека программиста/ Э.Троелсен; пер. а англ. Р.Михеев. – СПб.:Питер, 2004. – 796 с: ил.

5.                  Фахад Г. C# и наука: применение языковых средств C# в проектах для научных вычислений [Электронный ресурс] // MSDN Magazine. Электрон. дан. URL: http://msdn.microsoft.com/ru-ru/library/dd353137.aspx, свободный. Яз. рус. (дата обращения 12.12.2011).

6.                  Шилдт Г. Полный справочник по C#/ Г. Шилдт : пер. с англ. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2004. – 752 с.:ил.

 

Поступила в редакцию 18.01.2012 г.

2006-2018 © Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов.
Все материалы, размещенные на данном сайте, охраняются авторским правом. При использовании материалов сайта активная ссылка на первоисточник обязательна.