Программный комплекс лабораторных работ по методам обработки экспертной информации
содержание
ВВЕДЕНИЕ
. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР
ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ ООБУЧЕНИЯ
.1 Особенности и
классификация программных комплексов
.2 Обзор существующих
программных продуктов для обучения
.3 Обзор методов обработки
экспертной информации
. ПРЕДМЕТНАЯ ОБЛАСТЬ
АВТОМАТИЗАЦИИ И ПОСТАНОВКА ОЗАДАЧИ
.1 Предметная область
автоматизации
.2 Постановка задачи
.3 Требования к
разрабатываемому программному комплексу
.3.1 Требования к
программному комплексу в целом
.3.2 Требования к функциям
программного комплекса
.3.3 Требования к видам
обеспечения
. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОГРАММНОГО
КОМПЛЕКСА ОЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
.1
Функционально-ориентированное проектирование комплекса
.1.1 Построение диаграммы
IDEF0
.1.2 Построение диаграммы
IDEF3
.2 Объектно-ориентированное
проектирование проекта
.2.1 Диаграмма вариантов
использования
.2.2 Диаграмма деятельности
.3 Оценка трудоемкости
разработки программного обеспечения
. РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННОГО
ОБЕСПЕЧЕНИЯ СИСТЕМЫ
.1 Информационный анализ
предметной области и выделение информационных объектов
.2 Построение логической
модели данных
.3 Описание таблиц базы
данных
.4 Содержание программного
комплекса лабораторных работ
. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО
ОБЕСПЕЧЕНИЯ КОМПЛЕКСА
.1 Алгоритм решения задачи
.2 Тестирование и оценка
надежности комплекса
.2.1 Структурное тестирование
.2.2 Функциональное
тестирование
.2.3 Оценка надежности
комплекса
. КОМПЬЮТЕРНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ
КОМПЛЕКСА
.1 Описание компьютерной
реализации для студента
.2 Описание компьютерной
реализации для преподавателя
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ
ИСТОЧНИКОВ
Введение
На сегодняшний день в сфере обучения, представлено немало способов
улучшить и ускорить процесс обучения с помощью разнообразных программных
продуктов. Однако не все из них являются универсальными и могут предоставить
свои функции для работы в сфере визуального представления информации и
обучения.
Применение программных комплексов позволяет автоматизировать и ускорить
процесс усвоения студентами знаний. Еще одним преимуществом внедряемых
обучающих комплексов является получение контроля над выполнением лабораторных
работ и знаниями студентов.
Целью выпускной квалификационной работы является разработка программного
комплекса лабораторных работ по методам обработки экспертной информации.
Работа состоит из шести разделов, в каждом из них рассматриваются разные
аспекты разработки автоматизированного комплекса лабораторных работ.
В первом разделе представлен литературный обзор, затрагивающий
особенности и классификацию программных комплексов, обзор существующих
программных продуктов для обучения, также рассматриваются методы экспертных
оценок.
Во втором разделе описывается предметная область и осуществляется
постановка задачи. Разрабатывается функциональная структура и определяются
требования к системе. Рассматривается функции, которые должны быть реализованы
в программном комплексе.
В третьем разделе осуществляется проектирование программного комплекса с
помощью построения диаграмм: контекстной диаграммы, диаграммы IDEF0, IDEF3,
диаграммы вариантов использования, диаграммы деятельности. Также в данном
разделе приводится оценка трудоемкости разработки программного обеспечения.
В четвертом разделе производится информационный анализ предметной
области, строится логическая модель данных, Описываются таблицы разрабатываемой
базы данных, дается содержание лабораторных работ программного комплексе.
В пятом разделе производится разработка программного обеспечения
комплекса: приводятся алгоритмы решения задач, производится тестирование и
оценка надежности комплекса, производится структурное и функциональное
тестирование.
В шестом разделе описывается компьютерная реализация комплекса.
1. Аналитический обзор программных средств для
обучения
.1 Особенности и классификация программных комплексов
Компьютерное средство обучения - это программное средство (программный
комплекс) или программно-технический комплекс, предназначенный для решения
определенных педагогических задач, имеющий предметное содержание и
ориентированный на взаимодействие с обучаемым [1].
Программный комплекс, ориентированный на обучение, позволяют не только
дублировать учебно-методические средства, но и открывает новые возможности в
обучении. Внедрение компьютерных средств предоставляет возможности для
самостоятельной проработки учебного материала студентом, автоматизируют контроль
и приводят к более объективному оцениванию знаний и умений, допускают
возможность автоматической генерации вариантов заданий.
Основным назначением для компьютерных средств обучения является
использование в учебном процессе. Их отличием от других программных продуктов,
применяемых в обучении, является наличие учебного материала по предметной
области. Учебный материал включает в себя теоретические сведения по теме,
задания для контроля знаний, модели и алгоритмы, позволяющие реализовать
изучаемые процессы в данном компьютерном средстве.
Компьютерные средства обучения ориентированы на обучаемых. Именно при
взаимодействии с ним программный комплекс выполняет свои основные функции:
предоставление материала для изучения, выполнение заданий и контроль знаний.
Отсюда следует, что обучаемые составляют базовую категорию пользователей, а
прочие участники образовательного процесса, такие как преподаватель, в эту
категорию не входят.
Между различными видами программных комплексов нельзя провести четкие
границы, но при этом они часто используются совместно, поэтому необходимо знать
их особенности использования и взаимодействия.
Список признаков, по которым классифицируются компьютерные средства
обучения весьма, обширен. Подробная классификация компьютерных средств обучения
представлена на рисунке 1.1
Рисунок 1.1 - Классификация компьютерных средств обучения
Классификация по педагогическим задачам подразделяет компьютерные
средства обучения на четыре вида, при этом каждый из видов представлен
несколькими программными средствами, несущими на себе определенные функции.
К первому классу относятся средства теоретической и технологической
подготовки: компьютерные учебники, компьютерные обучающие системы, системы
контроля знаний - все они несут на себе функции предоставления знаний в объеме
курса или его части и их проверка.
Компьютерные учебники ориентированы на самостоятельную работу обучаемых.
Их отличает относительная полнота и ширина содержания, которое имеет
иерархическую структуру. В компьютерном учебнике предусматривается система,
отвечающая за контроль и самоконтроль знаний, имеется глоссарий и ссылки на
источники информации.
Компьютерные обучающие системы предназначены для проработки одной или
нескольких тем курса, или дисциплины, в них также имеются системы контроля и
самоконтроля.
Системы контроля знаний обеспечивают контроль за знаниями обучаемого. При
этом они обязательно включают в себя блоки с требованиями к знаниям и описание
методики оценивания.
Второй вид, средства практической подготовки, представлен компьютерными
задачниками и тренажерами. Их функция - наработка навыков решения типовых задач
и получение опыта в ходе определенной деятельности.
Основным классом данного вида являются компьютерные тренажеры, функциями
которых являются: моделирование изучаемых объектов и среды деятельности,
обеспечение возможностей имитации воздействий на изучаемые объекты и процессы
со стороны обучаемых, управление тренировочным процессом. Компьютерные
задачники используются для решений типовых задач. Вспомогательные средства
представляют собой третий тип, представляют собой дополнительные средства
обучения, такие как компьютерный лабораторный практикум и компьютерный
справочник. Компьютерный лабораторный практикум используется для поддержки
автоматизированных лабораторных работ, в которых изучаемые процессы и среда
деятельности изучаются с помощью экспериментов с моделями.
Четвертый тип представляет собой комплексные средства, такие как
компьютерный ученый курс и компьютерный восстановительный курс. Данные средства
объединяют в себе функции всех предыдущих трех видов, т.е. вспомогательные
средства получаются путем объединения нескольких программных, причем
объединение это представляет собой систему, имеющую единое управление,
составляющие которой согласованы и выполняют свои функции дополняя друг друга.
Классификация программных комплексов также производится на локальные и
сетевые. Локальные позволяют работать на базе отдельных машин и не требуют
подключения к сети. Сетевые же осуществляют свою деятельность на базе локальной
или глобальной вычислительной сети. Они позволяют ввести модули преподавателя,
которые дают таким системам преимущество по сравнению с локальными. Сетевые
программные комплексы позволяют вводить автоматизированные места преподавателей,
что дает системе дополнительные преимущества по сравнению с локальными
системами. Подсистема преподавателя позволяет производить контроль за
выполнением обучаемыми заданий, производить корректировку заданий и формировать
новые задания, вносить изменения в параметры моделей изучаемых процессов,
производить анализ и оценку результатов работы обучаемых.
1.2 Обзор существующих программных продуктов для обучения
Компьютерных средств, позволяющих получать знания по теме «Методы
обработки экспертной информации» мною обнаружено не было. Программные продукты,
имеющие в своем составе модули, функции которых представляют наибольший интерес
для разработки программного комплекса по заданной теме можно разделить на
несколько групп.
К первой группе относятся программы, применяемые на практике в обучении и
решении прикладных задач. Для реализации методов экспертных оценок в данных
программных продуктах используются методы табличного представления данных в
Microsoft Еxcеl и математический аппарат MathLAB, т.к. совокупность оценок
представляет собой совокупность многомерных матричных структур [2].Еxcеl - это
табличный процессор, предназначенный для создания электронных таблиц и
автоматизированной обработки табличных данных. Еxcеl обрабатывает данные путем
проведения различных вычислений с помощью формул и функций, встроенных в
редактор, строя диаграммы; решая задач оптимизации, проводя статистическую
обработка данных, анализируя и составляя прогнозы на основании имеющихся
данных. Таким образом, Еxcеl являются не только средством автоматизации
расчетов, но и средством моделирования различных ситуаций [3].
MATLAB - это интерактивная среда, имеющая встроенный высокоуровневый язык
для программирования, численных расчетов и визуализации результатов. MATLAB
анализирует данные, разрабатывает алгоритмы, создает модели и приложения [4].
Ко второй группе относятся программные комплексы, позволяющие проводить
лабораторные работы по разнообразным темам.
На кафедре прикладной математики и информатики НовГУ разработан и прошёл испытания
программный комплекс, обеспечивающий проведение лабораторных работ по
дисциплинам «Численные методы» и «Математическое моделирование». Каждая работа
имеет страничную организацию и включает в себя краткие сведения из теории
рассматриваемой проблемы, методические указания к выполнению работы, набор
заданий, исследование которых дополняет лекционный материал и иллюстрируется
соответствующими графиками или таблицами, контроль знаний основ теории и
качества выполнения исследований. Оценки за каждый раздел работы и за работу в
целом выставляет компьютер. Роль преподавателя в основном сводится к
консультированию студентов по вопросам исследуемых задач, если это необходимо,
и к обеспечению самостоятельности выполнения работы каждым студентом.
Принятая структура лабораторных исследований под управлением
разработанного программного обеспечения пригодна для широкого спектра
дисциплин, читаемых на различных специальностях. Любую работу студенты могут
осваивать на домашних компьютерах или в компьютерных залах университета. Однако
зачётное выполнение работы проводится только в дисплейном классе под
наблюдением преподавателя. При этом подделка выставляемых ЭВМ оценок за
выполнение лабораторных работ практически исключается, так как в программном
обеспечении предусмотрена соответствующая защита.
В настоящее время в состав разработанного комплекса входят 6 работ по
дисциплине «Численные методы» и 6 работ по дисциплине «Математическое
моделирование» [5].
Программный комплекс проведения лабораторных работ, представленный фирмой
РусПромСофт, предназначается для обучения по естественнонаучным дисциплинам в
учебных заведениях среднего образования. Система даёт возможность ученикам
подробно изучать темы и закреплять полученные знания с помощью экспериментов.
Программа содержит как текстовую информацию, так и
видео-презентации, позволяющие ученику управлять процессом с помощью
компьютерной мыши, тесты с автоматическим выставлением оценок.
Программа представлена в виде модулей преподавателя и
ученика. Модуль преподавателя дает возможность выбора готовых уроков для
ознакомления учениками, проведения опроса по урокам, хранения и обработка
результатов опроса, подготовка собственных уроков и опросников. Модуль ученика
позволяет учащимся ознакомиться с заданным учителем уроком и пройти опрос, а
также узнать результаты пройденных ранее тестов. Удобная навигация, возможность
быстрого вызова на экран того или иного элемента, включение и выключение
текстов и надписей, возможность делать заметки, подписи и рисунки поверх
учебного материала - всё это предоставляет широкие возможности использования
продукта в качестве интерактивного наглядного пособия, инструмента для
проведения устных и письменных опросов учащихся, основы для проектной
деятельности и проблемного обучения [6].
К третьей группе программных средств отнесем
программные средства, непосредственно реализующие методы обработки экспертной
информации. К ней можно отнести «Автоматизированную систему обработки
экспертных оценок при принятии технологических решений» разработанную в Российском
государственном технологическом университете имени К.Э. Циолковского.
Разработанное программное обеспечение, позволяет оперативно производить
сбор и обработку экспертных мнений в области инновационных технологий сложного
формообразования деталей и конструкций. Компонентами такой автоматизированной
системы являются следующие подсистемы, отражающие этапы проведения
научно-технической экспертизы: подсистема постановки задачи; подсистема
организации экспертизы; подсистема экспертного оценивания; подсистема генерации
отчета.
В рамках данных подсистем реализованы следующие модули (блоки): блок
постановки целей, точки зрения, задач, условий и требований экспертизы
(техническое задание на экспертизу); блок организации экспертной группы с
определением коэффициентов квалификации и значимости мнений экспертов; блок
формирования технических и технологических альтернатив, как массив
принципиально возможных технологических решений, количество которых превосходит
желаемое, а следовательно, возникает необходимость выбора решения; блок
формирования массива критериев оценки; блок формирования коэффициентов
весомости (приоритетов) критериев оценки технологических решений; блок сбора
мнений экспертов в локальных оценках по бальной шкал; блок анализа
согласованности (ранговой корреляции) мнений экспертов в принятии решений по
коэффициенту конкордации; блок определения качества экспертизы по параметрам
точности, достоверности, согласованности и сравнения расчетных показателей с
требуемыми; блок генерации экспертного заключения с определением показателей
качества научно- технической экспертизы по параметрам точности, достоверности и
согласованности [7].
1.3 Обзор методов обработки экспертной информации
Методы экспертных оценок находят очень широкое применение в разнообразных
сферах, в частности, в сфере экономики данные методы применяется для
прогнозирования и планирования развития бизнеса [8], в сфере производства при
проведении технологической экспертизы [7], в сфере управления для принятия
решений [9].
Сущность метода экспертных оценок заключается в рациональной организации
проведения экспертами анализа проблемы с количественной оценкой суждений и
обработкой их результатов. Обобщенное мнение группы экспертов принимается как
решение проблемы. В процессе принятия решений эксперты выполняют информационную
и аналитическую работу по формированию и оценке решений [10].
Методы экспертных оценок представляют комплекс логических и
математико-статистических методов и процедур, связанных с деятельностью
экспертов по переработке необходимой для анализа и принятия решений информации.
Оценочные экспертные суждения в количественной форме называются
экспертными оценками. Они могут быть индивидуальными и коллективными. Получение
индивидуальных экспертных оценок называется экспертным опросом, а совокупность
процедур, необходимых для получения коллективных экспертных оценок, включая и
экспертный опрос, называется экспертизой.
Таким образом, метод экспертных оценок является достаточно специфическим
способом получения информации, необходимой для решения управленческих и
исследовательских задач посредством применения совокупности специальных приемов
сбора, обработки и анализа сведений, получаемых от экспертов [11].
После проведения опроса группы экспертов осуществляется обработка
результатов. Исходной информацией для нее являются числовые данные, выражающие
предпочтения экспертов, и содержательное обоснование этих предпочтений.
Целью обработки является получение обобщенных данных и новой информации,
содержащейся в скрытой форме в экспертных оценках. На основе результатов
обработки формируется решение проблемы. Наличие как числовых данных, так и
содержательных высказываний экспертов приводит к необходимости применения
качественных и количественных методов обработки результатов группового
экспертного оценивания.
В зависимости от целей экспертного оценивания при обработке результатов
опроса решают следующие основные задачи: определение согласованности оценок
экспертов; построение обобщенной оценки объектов; определение зависимости между
суждениями экспертов; определение относительных весов объектов; оценка
надежности результатов экспертизы.
Определение согласованности оценок экспертов необходимо для подтверждения
правильности гипотезы о том, что эксперты являются достаточно точными
измерителями, и выявления возможных группировок в экспертной группе. Оценка
согласованности мнений экспертов производится путем вычисления количественной
меры, характеризующей степень близости индивидуальных мнений. Анализ значений
меры согласованности способствует выработке правильного суждения об общем
уровне знаний по решаемой проблеме и выявлению группировок мнений экспертов,
обусловленных различием взглядов, концепций, существованием научных школ,
характером профессиональной деятельности и т.п. [10].
Задача построения обобщенной оценки объектов по индивидуальным оценкам
экспертов возникает при групповом экспертном оценивании. Если эксперты
производили оценку объектов в количественной шкале, то задача построения
групповой оценки заключается в определении среднего значения или медианы
оценки. При измерении в порядковой шкале методом ранжирования, парного
сравнения или непосредственной оценки целью обработки индивидуальных оценок
экспертов является построение обобщенного упорядочения объектов на основе
осреднения оценок экспертов.
Метод непосредственной оценки используется в случаях, когда
обеспечивается чёткое различие между альтернативами и (или) альтернативы
поддаются непосредственному измерению, так как имеют одинаковую природу.
Диапазон изменения какой-либо качественной переменной разбивается на несколько
интервалов, каждому из которых присваивается определённая оценка (балл). Задача
эксперта заключается в помещении каждой из рассматриваемых альтернатив в
определённый оценочный интервал, в соответствии со степенью обладания тем или
иным свойством либо в соответствии с предположениями эксперта об их значимости.
Метод ранжирования заключается в том, что эксперт располагает
альтернативы в порядке, который представляется ему наиболее рациональным, и
приписывает каждой из них числа натурального ряда - ранги. При этом ранг 1
получает наиболее предпочтительная альтернатива, а ранг N - наименее
предпочтительная. Следовательно, порядковая шкала, получаемая в результате
ранжирования, должна удовлетворять условию равенства числа рангов N числу
ранжируемых альтернатив n . Эксперт может присваивать один и тот же ранг
нескольким альтернативам, и в результате число рангов N оказывается не равным
числу ранжируемых альтернатив n . В таких случаях альтернативам приписывают
"стандартизованные" ранги. С этой целью общее число стандартизованных
рангов полагают равным n , а альтернативам, имеющим одинаковые ранги,
присваивают стандартизованный ранг, значение которого представляет среднее
суммы мест, поделенных между собой альтернативами с одинаковыми рангами.
Парное сравнение производится, когда число альтернатив велико, и в тех
случаях, когда различия между альтернативами настолько малы, что
непосредственная оценка или ранжирование не обеспечивают их разумного
упорядочения. Таким образом, метод парных сравнений имеет некоторое
преимущество перед другими методами упорядочения в случаях, когда альтернатив
много и (или) они трудно различимы. В методе парных сравнений альтернативы
сопоставляются попарно экспертом (экспертами), а затем выбирается одна из них
наиболее важная. В этом случае эксперт предпочитает данную альтернативу, хотя
выбор не обязательно будет выражать его предпочтение. В общем случае эксперт
может установить равенство альтернатив или зафиксировать свои предпочтения на
некоторой шкале. За основу берут результаты ранговой оценки альтернатив.
Основной элементарный акт - сравнение двух альтернатив A и B одним экспертом -
можно распространить на случай, когда несколько экспертов рассматривают более
чем две альтернативы [12].
Обработкой результатов экспертного оценивания можно определять
зависимости между суждениями различных экспертов. Выявление этих зависимостей
позволяет устанавливать степень близости во мнениях экспертов.
Оценка согласованности суждений экспертов основывается на использовании
понятия компактности, наглядное представление о котором дает геометрическая
интерпретация результатов экспертизы. Оценка каждого эксперта представляется
как точка в некотором пространстве, в котором имеется понятие расстояния. Если
точки, характеризующие оценки всех экспертов, расположены на небольшом
расстоянии друг от друга, т.е. образуют компактную группу, то, очевидно, можно
это интерпретировать как хорошую согласованность мнений экспертов. Если же
точки в пространстве разбросаны на значительные расстояния, то согласованность
мнений экспертов невысокая. Возможно, что точки - оценки экспертов -
расположены в пространстве так, что образуют две или несколько компактных
групп. Это означает, что в экспертной группе существуют две или несколько
существенно отличающихся точек зрения на оценку объектов.
Определение относительных весов объектов требуется, когда необходимо
определить, насколько тот или иной фактор (объект) важен с точки зрения
какого-либо критерия. Определение его веса позволяет сделать качественные
выводы о важности того или иного фактора.
Обработка результатов экспертизы вручную связана с большими трудовыми
затратами (даже в случае решения простых задач упорядочения), поэтому ее
целесообразно проводить на базе вычислительной техники. Применение ЭВМ
выдвигает проблему разработки машинных программ, реализующих алгоритмы
обработки результатов экспертного оценивания. При организации обработки
результатов опроса следует тщательно проанализировать трудоемкости решения
задач с учетом разработки математического обеспечения для ЭВМ [10].
2. Предметная область автоматизации и постановка
задачи
.1 Предметная область автоматизации
Предметной областью данной работы является выполнение лабораторных работ
по методам экспертных оценок. В ходе выполнения лабораторных работ студентом
происходит проверка и закрепление его знаний по таким темам: «Метод
ранжирования», «Метод парного сравнения». Проверку выполнения работ
осуществляет преподаватель на основе отчетов оформленных студентом на основании
выполненных работ.
Преподаватель осуществляет подготовку, проведение и проверку выполнения
работ студентами. Материалы для работ предоставляются в печатном виде
преподавателем каждому студенту. Выполнение лабораторных заданий производится
на ПК в табличном редакторе MS Еxcel. В ходе лабораторной работы студент
использует уже имеющиеся у него знания по теме, а также пользуется данными из
раздаточных материалов. По завершении работы студент оформляет отчет по
лабораторной работе и сдает его на проверку преподавателю. После проверки
отчета студент устно отвечает на контрольные вопросы. Оценка ставится
преподавателем и зависит от правильности оформления отчета и ответов студента
на контрольные вопросы. Документами, описывающими предметную область, являются
список студентов и титульный лист лабораторной работы.
Группа_________
|
№ п.п.
|
Фамилия
|
Имя
|
Отчество
|
|
|
|
|
Рисунок 2.1 - Список студентов
Список студентов содержит информацию о группе в которой состоит студент,
порядковом номере, фамилии, имени, отчестве студента.
Титульный лист представляет собой документ вида, представленный на
рисунке 2.2. Он содержит: номер лабораторной работы, её название, имя
выполнившего работу студента, номер группы, оценка и дата сдачи.
Лабораторная работа № __
«_________________»
название
Выполнил: студент ______
Группа: ______
Оценка: ____
Дата сдачи: «____»_________
__г.
Рисунок 2.2 - Титульный лист отчета по лабораторной работе.
2.2 Постановка задачи
Целью данной работы является автоматизация выполнения лабораторных работ
по методам экспертных оценок, т.е. объединение всех процессов выполнения работ
в одну систему.
На основе изученной предметной области разработана функциональная
структура комплекса, которая представлена на рисунке 2.3, на следующей
странице.
Программный комплекс состоит из следующих блоков: модуль авторизации,
модуль студента и модуль преподавателя, соответственно комплекс предоставляет
возможность раздельного входа для студента и преподавателя.
Рисунок 2.3 - Функциональная структура программного комплекса
Модуль студента включает в себя подмодули выполнения лабораторных работ и
информационный модуль.
Программный комплекс включает две лабораторные работы. Модули
лабораторных работ позволяют выполнять лабораторные работы по методам обработки
экспертной информации и проходить тестирование по каждой из работ и
генерировать отчеты по работам. Информационный модуль предоставляет возможность
студенту редактировать личную информацию и просматривать выполнение
лабораторных работ и полученные оценки.
Модуль преподавателя включает в себя подмодули оценивания, информационный
и административный модули.
Для модуля оценивания характерны такие функции как установка критериев
оценки и непосредственно оценивание работ. Функции информационного модуля идентичны
функциям информационного модуля студента.
Административный модуль используется для назначения вариантов
лабораторных работ.
2.3 Требования к разрабатываемому программному комплексу
Требования к программному комплексу можно разделить на несколько групп:
требования к комплексу в целом, к функциям комплекса, к видам обеспечения.
2.3.1 Требования к программному комплексу в целом
К общим можно отнести следующие требования: простой и понятный интерфейс,
быстрая обработка данных, надежность, возможность изменять и добавлять варианты
заданий, наличие главного меню, теоретической справки, руководства студента и
преподавателя.
2.3.2 Требования к функциям программного комплекса
Комплекс должен предоставлять студентам следующие функции: выполнение
лабораторных работ по методам обработки экспертной информации; прохождение
тестирования по каждой из работ; генерировать отчеты по выполненным
лабораторным работам; возможность редактировать личную информацию; возможность
просматривать полученные оценки.
Для преподавателя требуются следующие функции: оценивание работ,
возможность получать различные сведения по выполненным лабораторным работам;
назначение вариантов лабораторных работ.
2.3.3 Требования к видам обеспечения
Далее сформулированы требования к видам обеспечения. Для функционирования
комплекса необходим ПК с минимальными системными требованиями: процессор с
тактовой частотой от 2000 MHz; ОЗУ - 2 Gb; мышь и клавиатура, ОС Windows XP SP3
и позднее, не менее 150 мегабайт на жёстком диске. Необходимым ПО являются:
СУБД InterBase, Microsoft Excel.
3. Проектирование программного комплекса
лабораторных работ
3.1 Функционально-ориентированное проектирование комплекса
Процесс моделирования процессов может быть реализован в рамках различных
методик, отличающихся, прежде всего своим подходом к тому, что непосредственно
представляет собой процесс. Методы моделирования делятся на объектные и
функциональные (структурные).
Наиболее известной из функциональных методик является методика IDEF,
рассматривающая моделируемый процесс как набор функций, преобразующий
поступающий поток информации в выходной поток. Процесс преобразования
информации потребляет определенные ресурсы. Основное отличие от объектной
методики заключается в четком отделении функций (методов обработки данных) от
самих данных [13].
3.1.1 Построение диаграммы IDEF0
Разработка диаграммы IDEF0 включает в себя построение контекстной
диаграммы и последующая её декомпозиция.
Контекстная диаграмма является вершиной древовидной структуры диаграмм и
представляет собой самое общее описание системы и ее взаимодействия с внешней
средой. После описания системы в целом проводится разбиение ее на крупные
фрагменты. Этот процесс называется функциональной декомпозицией, а диаграммы,
которые описывают каждый фрагмент и взаимодействие фрагментов, называются
диаграммами декомпозиции. После декомпозиции контекстной диаграммы проводится
декомпозиция каждого большого фрагмента системы на более мелкие и так далее, до
достижения нужного уровня подробности описания.
Рисунок 3.1 - Контекстная диаграмма
В таблице 3.1, представлено описание стрелок контекстной диаграммы.
Таблица 3.1 - Стрелки контекстной диаграммы
|
Наименование стрелки
|
Описание
|
Тип
|
|
Преподаватель
|
Пользователь,
осуществляющий контроль за выполнением лабораторных работ и осуществляющий
оценивание
|
Input
|
|
Студент
|
Пользователь системы,
выполняющий лабораторные работы
|
Input
|
|
Методы оценивания
|
Определяют оценки за
выполненные работы
|
Control
|
|
Методы экспертной обработки
информации
|
Контролируют правильность
выполнения лабораторных работ
|
Control
|
|
Программный комплекс
|
Обеспечивает взаимодействие
всех элементов системы
|
Mechanism
|
|
Оценки
|
Являются качественным
результатом выполнения оценки студентом
|
Output
|
|
Статистика
|
Предоставляет обработанную
информацию по выполненным студентами работам
|
Output
|
|
Отчеты по лабораторным
работам
|
Отчеты содержащие в себе
результаты выполненных лабораторных работ - матрицы рангов, диаграммы
предпочтений и т.д.
|
Output
|
Целью метода построения диаграммы IDEF0 является построение
функциональной схемы исследуемой системы, описывающей все необходимые процессы
с точностью, достаточной для однозначного моделирования деятельности системы.
Представленная на рисунке 3.2 диаграмма является декомпозиция первого
уровня, т.е. декомпозицией контекстной диаграммы.
Рисунок 3.2 - Диаграмма декомпозиции контекстной диаграммы.
Декомпозируем блок «Выполнение практикума и отслеживание выполнения».
Данная декомпозиция является декомпозицией второго уровня. Она представлена на
рисунке 3.3.
Рисунок 3.3 - Декомпозиция блока «Выполнение практикума и отслеживание
выполнения »
Основные элементы модели IDEF0 представлены в таблице 3.2
Таблица 3.2 - Основные элементы модели IDEF0
|
Название проекта:
Проектирование программного комплекса лабораторных работ по методам обработки
экспертной информации
|
|
Цель проекта: Реализация
структурной функциональной модели программного комплекса
|
|
Технология моделирования:
метод функционального моделирования IDEF0
|
|
Инструментарий: программный
продукт BP Win 4.0
|
|
Список данных
|
Перечень функций
|
|
Преподаватель Студент
Методы оценивания Методы обработки экспертной информации Оценки Статистика
Отчеты по лабораторным работам Программный комплекс
|
А0. Проектирование
программного комплекса лабораторных работ по методам обработки экспертной
информации
|
|
Преподаватель Студент
Методы оценивания Методы обработки экспертной информации Оценки Статистика
Отчеты по лабораторным работам Программный комплекс Открыть форму
отслеживания Открыть форму выполнения Собранные данные Обработанные данные
|
А1. Вход преподавателя А2.
Вход и регистрация студента А3. Выполнения практикума и отслеживание
выполнения А4. Работа с данными
|
|
Методы обработки экспертной
информации Отчеты по лабораторным работам Программный комплекс Открыть форму
отслеживания Открыть форму выполнения Собранные данные Обработанные данные
Выбранная работа Выполненные задания
|
А31.Выбор лабораторной
работы А32. Выполнение студентом лабораторной работы А33. Отслеживание
выполнения
|
Описание задач, которые решают функциональные блоки, представлено в
таблице 3.3.
Таблица 3.3 - Описание функциональных блоков IDEF0
|
Наименование блока
|
Описание решаемых задач
|
|
А1. Вход преподавателя
|
На данном этапе осуществляется
вход преподавателя в систему
|
|
А2. Вход и регистрация
студента
|
Осуществляется авторизация
студента и регистрация по необходимости
|
|
А3. Выполнения практикума и
отслеживание выполнения
|
Выполнение студентом
лабораторного практикума
|
|
А4. Работа с данными
|
На данном этапе собираются
данные по каждому студенту и происходит их последующая обработка.
|
|
А31.Выбор лабораторной
работы
|
Студент выбирает работу
|
|
А32. Выполнение студентом
лабораторной работы
|
Выполнение студентом
конкретной работы
|
|
А33. Отслеживание выполнения
|
Просмотр результатов
выполненной работы студентов
|
3.1.2 Построение диаграммы IDEF3
Стандарт IDEF0, который был рассмотрен ранее, предназначен для описания
процессов верхнего уровня. Для описания временной последовательности и
алгоритмов выполнения работ стандарт IDEF0 не подходит. Для таких целей
используется стандарт IDEF3.
Стандарт IDEF3 предназначен для описания бизнес-процессов нижнего уровня
и содержит объекты - логические операторы, с помощью которых показывают
альтернативы и места принятия решений в процессе, а также объекты - стрелки с
помощью которых показывают временную последовательность работ в бизнес-процессе
[14].
С помощью диаграмм IDEF3 опишем подробно такие блоки схемы IDEF0, как
«Выбор лабораторной работы» и «Выполнение студентом лабораторной работы».
Декомпозиция блока «Выбор лабораторной работы» представлена на рисунке
3.4.
Описание основных элементов этих диаграмм представлено в таблице 3.4.
Рисунок 3.4 - Декомпозиция блока «Выбор лабораторной работы»
Декомпозиция блока «Выполнение студентом лабораторной работы»
представлена ниже на рисунке 3.5. Описание функциональных блоков представлено в
таблице 3.5.
Рисунок 3.5 - Декомпозиция блока «Выполнение студентом лабораторной
работы»
Таблица 3.4 - Основные элементы модели IDEF3
|
Название проекта:
Разработка компьютерного практикума по информатике
|
|
Цель проекта: Реализация
структурной функциональной модели программного комплекса
|
|
Технология моделирования:
метод описания бизнес-процессов IDEF3
|
|
Инструментарий: программный
продукт BP Win 4.0
|
|
Перечень действий
|
Тип соединения
|
|
Название
|
Вид
|
|
1.Выбрать лабораторную
работу
|
Соединение «ИЛИ» J1
|
Разворачивающее
|
|
2.Выбрать выполнение «Метод
ранжирования» 3.Выбрать выполнение «Метод парных сравнений и метод
предпочтений»
|
Соединение «ИЛИ» J2
|
Сворачивающее
|
|
5.Старт лабораторной работы
|
Соединение «И» J3
|
Разворачивающее
|
|
6.Выполнение задания
7.Получение теории по заданию
|
Соединение «И» J4
|
Сворачивающее
|
Описание функциональных блоков схем IDEF3 представлено в таблице 3.5.
Таблица 3.5 - Описание функциональных блоков IDEF3
|
Наименование блока
|
Описание решаемых задач
|
|
Выбрать лабораторную работу
|
Осуществляется переход к
выбору лабораторных работ
|
|
Выбрать выполнение «Метод
ранжирования»
|
Выбор лабораторной работы
№1
|
|
Выбрать выполнение «Метод
парных сравнений и метод предпочтений»
|
Выбор лабораторной работы
№2
|
|
Выбранная работа
|
Осуществляется переход к
выполнению выбранной лабораторной работы.
|
|
Старт лабораторной работы
|
Студент приступает к
выполнению работы
|
|
Выполнение задания
|
Выполнения
последовательности заданий по лабораторной работе
|
|
Получение теории по заданию
|
Получение теории,
соответствующей заданию
|
|
Получение отчета
|
Получение отчета по
лабораторной работе, содержащего все выполненные задания
|
|
Ответы на контрольные
вопросы
|
Ответы на вопросы,
позволяющие оценить работу
|
|
Получение оценки
|
Получение оценки в
соответствие с ответами на контрольные вопросы
|
.2 Объектно-ориентированное проектирование проекта
Помимо функциональных (структурных) методов проектирования также
применяются методы объектного моделирования.
Методы объектного моделирования рассматривают моделируемый процесс как
набор взаимодействующих объектов. Целью применения данной методики является
выделение объектов, составляющих процесс, и распределение между ними
выполняемых действий.
3.2.1 Диаграмма вариантов использования
Варианты использования предназначены для определения точности реализации
требований пользователей и позволяют провести пошаговую проверку этих требований.
Использование данной диаграммы позволяет определить, что пользователи ждут от
системы и что система должна делать для конкретного пользователя. Такой подход
позволяет искать функции, которые нужны многим пользователям, и исключать те
возможности, которые не могут помочь пользователям выполнять свои повседневные
задачи.
Диаграмма вариантов использования, разработанная для определения функций,
которые необходимы для студента и преподавателя в этой системе представлена на
рисунке 3.6.
Рисунок 3.6 - Диаграмма вариантов использования
Для описания таблицы вариантов использования воспользуемся шаблоном,
который представлен в таблице 3.6, на следующей странице. Таким образом,
получим формализованное и достаточно полное описание модели разработанной
согласно нотации, соответствующей стандарту диаграммы вариантов использования.
Таблица 3.6 - Шаблон для написания сценария отдельного варианта
использования
|
Главный раздел
|
Раздел «Типичный ход
событий»
|
Раздел «Исключения»
|
Раздел «Примечания»
|
|
Имя варианта использования
|
Типичный ход событий,
приводящий к успешному выполнению варианта использования
|
Исключение №1 Исключение №2
Исключение №2
|
Примечания
|
|
Актеры
|
|
|
|
|
Цель
|
|
|
|
|
Тип
|
|
|
|
|
Ссылки на другие варианты
использования
|
|
|
|
Таблица 3.7 представляет собой подробное описание каждого варианта
использования а именно: название варианта использования, актеры,
взаимодействующие с вариантом, цель варианта, тип варианта и ссылки на другие
варианты использования
Таблица 3.7 - Главный раздел
|
Вариант использования
|
Актеры
|
Цель
|
Тип
|
Ссылки на другие варианты
исп.
|
|
Просмотр данных о студенте
|
Преподаватель, студент
|
Предоставление данных о
студенте
|
Базовый
|
-
|
|
Просмотр выполненных работ
|
Преподаватель
|
Получение информации о
выполненных работах
|
Базовый
|
Просмотр данных о студенте
|
|
Оценка выполненных работ
|
Преподаватель
|
Оценивание работ
преподавателем
|
Базовый
|
Просмотр выполненных работ
|
|
Заполнение анкеты
|
Студент
|
Заполнение личных данных
студентом
|
Базовый
|
Просмотр данных для
студентов
|
|
Получение результатов
|
Студент
|
Получение результатов
студентом
|
Базовый
|
Получение результатов для
студентов
|
|
Выполнение лабораторных
работ
|
Студент
|
Выполнение студентом
лабораторных работ
|
Базовый
|
Получение результатов
|
Таблица 3.8 раскрывает последовательность действий в разрабатываемой
системе в контексте данной диаграммы, позволяет подробно рассмотреть действия
актеров и соответствующий им отклик системы.
Таблица 3.8 - Раздел «Типичный ход событий»
|
Действия актеров
|
Отклик системы
|
|
Преподаватель выбирает
просмотр данных о студенте Исключение №1: нет данных о студенте
|
Предоставляются данные о
студенте
|
|
Оценка выполненных работ
Исключение №2: нет данных для проверки
|
Преподаватель оценивает
работу студента
|
|
Просмотр выполненных работ
Исключение №2: нет данных для проверки
|
Преподаватель просматривает
выполненные работы
|
|
Заполнение анкеты
|
Студент вносит свои личные
данные
|
|
Выполнение лабораторных
работ
|
Студент выполняет
лабораторные работы
|
|
Получение результатов
Исключение №3: лабораторная работа не выполнена
|
Производится обработка
данных по результатам выполненных лабораторных работ
|
Таблица 3.9 описывает исключения, описанные в предыдущей таблице, которые
могут происходить в системе с при обращении к определенным вариантам
использования.
Таблица 3.9 - Раздел «Исключения»
|
Действия актеров
|
Отклик системы
|
|
Исключение №1: нет данных о
студенте
|
|
Преподаватель выбирает
просмотр данных о студенте
|
Система оповещает
преподавателя об отсутствии информации о студенте
|
|
Исключение №2: нет данных
для проверки
|
|
Оценка выполненных работ
|
Система оповещает
преподавателя об отсутствии информации
|
|
Просмотр выполненных работ
|
|
|
Исключение №3: лабораторная
работа не выполнена
|
|
Получение результатов
|
Система оповещает студент о
том, что лабораторная работа не выполнена
|
3.2.2 Диаграмма деятельности
Для моделирования процесса выполнения операций используются диаграммы
деятельности, на этих диаграммах также присутствуют обозначения состояний и
переходов. Каждое состояние на диаграмме деятельности соответствует выполнению
некоторой элементарной операции, а переход в следующее состояние выполняется
только при завершении этой операции.
Диаграмма, смоделированная на основании процесса выполнения лабораторной
работы представлена на рисунке 3.7.
Рисунок 3.7 - Диаграмма деятельности.
С помощью диаграммы деятельности был смоделирован процесс выполнения
лабораторной работы. Была описана схема выполнения заданий и их проверка, а
также последующие получение отчета и ответы на вопросы.
3.3 Оценка трудоемкости разработки программного обеспечения
Далее приводится оценка трудоемкости разработки проекта с использованием
методики на основе вариантов использования.
Ниже в таблице 3.10 представлены весовые коэффициенты действующих лиц.
Таблица 3.10 - Весовые коэффициенты действующих лиц
|
Тип действующего лица
|
Весовой коэффициент
|
|
Простое
|
1
|
|
Среднее
|
2
|
|
Сложное
|
3
|
В таблице 3.11 представлены типы действующих лиц для разрабатываемого
комплекса.
Таблица 3.11 - Типы действующих лиц
|
Действующее лицо
|
Тип
|
|
Студент
|
Сложное
|
|
Преподаватель
|
Сложное
|
При вычислении общего весового показателя количество действующих лиц
каждого типа умножается на соответствующий весовой коэффициент. Общий весовой
показатель рассчитывается по формуле:
(3.1)
Вычислим
общий весовой показатель количества действующих лиц, по формуле (3.1): 
Далее
в таблице 3.12 представлены весовые коэффициенты вариантов использования.
Таблица 3.12 - Весовые коэффициенты вариантов использования
|
Тип варианта использования
|
Описание
|
Весовой коэффициент
|
|
Простой
|
3 или менее транзакций
|
5
|
|
Средний
|
от 4 до 7 транзакций
|
10
|
|
Сложный
|
более 7 транзакций
|
15
|
Далее в таблице 3.13 представлена сложность вариантов использования для
разрабатываемой системы
Таблица 3.13 - Сложность вариантов использования для разрабатываемой
системы
|
Вариант использования
|
Тип
|
|
Заполнение анкеты
|
Простой
|
|
Выполнение лабораторных
работ
|
Сложный
|
|
Получение результатов
|
Простой
|
|
Оценка выполненных работ
|
Простой
|
|
Просмотр данных о студенте
|
Простой
|
|
Просмотр выполненных работ
|
Простой
|
При вычислении общего весового показателя количество вариантов
использования каждого типа умножается на соответствующий весовой коэффициент по
формуле (3.1):
Общий весовой показатель вычисляется по формуле:
. (3.2)
Вычислим
общий весовой показатель по формуле (3.2):
В
таблице 3.14 представлены показатели технической сложности.
Таблица
3.14 - Показатели технической сложности проекта
|
Показатель
|
Описание
|
Вес
|
|
Т1
|
Распределенная система
|
2
|
|
Т2
|
Высокая пропускная
способность
|
1
|
|
Т3
|
Работа конечных
пользователей в режиме онлайн
|
1
|
|
Т4
|
Сложная обработка данных
|
-1
|
|
Т5
|
Повторное использование
кода
|
1
|
|
Т6
|
Простота установки
|
0,5
|
|
Т7
|
Простота использования
|
0,5
|
|
Т8
|
Переносимость
|
2
|
|
Т9
|
Простота внесения изменений
|
1
|
|
Т10
|
Параллелизм
|
1
|
|
Т11
|
Специальные требования к
безопасности
|
1
|
|
Т12
|
Непосредственный доступ к
системе со стороны внешних пользователей
|
1
|
|
Т13
|
Специальные требования к
обучению пользователей
|
1
|
В таблице 3.15 представлены показатели технической сложности для
рассматриваемой системы
Таблица 3.15 - Показатели технической сложности для рассматриваемой
системы
|
Показатель
|
Вес
|
Значение
|
Значение с учетом веса
|
|
Т1
|
2
|
2
|
4
|
|
Т2
|
1
|
2
|
2
|
|
Т3
|
1
|
2
|
2
|
|
Т4
|
1
|
1
|
1
|
|
Т5
|
1
|
0
|
0
|
|
Т6
|
0,5
|
2
|
1
|
|
Т7
|
0,5
|
5
|
2,5
|
|
Т8
|
2
|
2
|
4
|
|
Т9
|
1
|
4
|
4
|
|
Т10
|
1
|
2
|
2
|
|
Т11
|
1
|
2
|
2
|
|
Т12
|
1
|
4
|
4
|
|
Т13
|
1
|
3
|
3
|
|
∑
|
|
|
31,5
|
Техническая сложность проекта информационной системы вычисляется по
формуле:
(3.3)
Вычислим
техническую сложность проекта по формуле (6.3):
TCF=0,6+(0,01
31,5)=0,915.
Ниже
в таблице 3.16 представлены показатели уровня квалификации разработчиков
Таблица
3.16 - Показатели уровня квалификации разработчиков
|
Показатель
|
Описание
|
Вес
|
|
1
|
2
|
3
|
|
F1
|
Знакомство с технологией
|
1,5
|
|
F2
|
Опыт разработки приложений
|
0,5
|
|
F3
|
Опыт использования
объектно-ориентированного подхода
|
1
|
|
F4
|
Наличие ведущего аналитика
|
0,5
|
|
F5
|
Мотивация
|
1
|
|
F6
|
Стабильность требований
|
2
|
|
F7
|
Частичная занятость
|
-1
|
|
F8
|
Сложные языки
программирования
|
-1
|
Каждому показателю присваивается значение от 0 до 5.
Для показателей F1 - F4: 0 - отсутствие, 3 - средний уровень, 5 - высокий
уровень.
Для показателя F5: 0 - отсутствие мотивации, 3 - средний уровень
мотивации, 5 - высокий уровень мотивации.
Для показателя F6: 0 - высокая нестабильность требований, 3 - средняя
нестабильность требований, 5 - стабильные требования.
Для показателя F7: 0 - отсутствие специалистов с частичной занятостью, 3
- средний уровень, 5 - все специалисты с частичной занятостью.
Для показателя F8: 0 - простой язык программирования, 3 - средняя
сложность языка программирования, 5 - высокая сложность языка программирования.
В таблице 3.17 представлены показатели уровня квалификации разработчиков
для разрабатываемой системы.
Таблица 3.17 - Показатели уровня квалификации разработчиков
|
Показатель
|
Вес
|
Значение
|
Значение с учетом веса
|
|
F1
|
1,5
|
3
|
4,5
|
|
F2
|
0,5
|
3
|
1,5
|
|
F3
|
1
|
3
|
3
|
|
F4
|
0,5
|
2
|
1
|
|
F5
|
1
|
5
|
5
|
|
F6
|
2
|
4
|
8
|
|
F7
|
-1
|
0
|
-1
|
|
F8
|
-1
|
1
|
-1
|
|
∑
|
|
|
21
|
Уровень квалификации разработчиков вычисляется по формуле:
(3.4)
EF=1,4+(-0,0321*)=0,77.
Окончательное
значение трудоемкости рассчитывается по формуле :
(3.5)
=460,9150,77=32,40.
В
качестве начального значения предлагается использовать 15 человеко-часов на
один UCP. Общее количество человеко-часов на весь проект рассчитывается:
,4015=486
При
сорока часовой рабочей неделе получается 13 недель.
4. Разработка информационного обеспечения системы
4.1 Информационный анализ предметной области и выделение
информационных объектов
Произведем анализ исходной информации предметной области с целью
определения состава и структуры информации для последующей формализации и
построения информационно-логической модели данных.
На основе анализа предметной области и требований к разрабатываемой
системе был определен следующий набор информационных объектов, представленный в
таблице 4.1.
Таблица 4.1 - Информационные объекты
|
Название информационного
объекта (ИО)
|
Обозначение ИО
|
Семантика ИО
|
|
Студент
|
STUDENTS
|
Сведения о студентах
|
|
Группа
|
GROUP
|
Группы студентов
|
|
Лабораторная работа
|
LABORS
|
Сведения о лабораторных
работах
|
|
Журнал
|
JORNAL
|
Выполненные лабораторные
работы
|
|
Вариант
|
VARIANTS
|
Сведения по вариантам
лабораторной работы
|
Документами, описывающими предметную область, являются: список студентов
и титульный лабораторной работы. На основании этих документов, а также
дополнительных сведений из описания предметной области определим роль
реквизитов, содержащихся в документах.
Рассмотрим список студентов. В группе может находиться несколько
студентов, при этом каждый студент имеет свой порядковый номер, от номера
зависит имя, фамилия и отчество студента.
Рассмотрим титульный лист. От номера лабораторной работы зависит её
название, также для каждой лабораторной работы существуют свои варианты,
вариантов у каждой лабораторной работы несколько. При этом выполнение разных
лабораторных работ происходит в разное время. Каждая лабораторная работа имеет
свои критерии оценивания, и, соответственно, это влияет на оценку. Каждому
студенту назначается свой вариант для каждой лабораторной работы.
Студенты выполняют лабораторные работы, выполнение студентом работы
напрямую влияет на дату сдачи и оценку.
На основании реквизитов, представленных в документах, установим
функциональную зависимость реквизитов.
Функциональная зависимость реквизитов представлена таблице 4.2.
Таблица 4.2 - Функциональная зависимость реквизитов
|
Документ
|
Название реквизита
|
Имя Реквизита
|
Функциональная зависимость
|
|
Список студентов
|
Группа Порядковый номер
Фамилия Имя Отчество
|
GR N_STUD FAM IM OT
|
|
|
Титульный лист
|
Название лабораторной
работы Оценка Дата Имя Отчество Группа Номер лабораторной работы Фамилия
Вариант
|
LAB_NAME MARK DATE IM OT GR
LAB_NUM FAM LAB_VAR
|
|
Установим по функциональным связям реквизиты, зависимые от других, и
определяющие ключевые реквизиты, для этого воспользуемся проведенным анализом
предметной области и документов, описывающих предметную область. Соответствие
описательных и ключевых реквизитов представлено в таблице 4.3.
Сгруппируем реквизиты по информационным объектам. Информационный объект
вариант содержит номер лабораторной и номер варианта, студент - фамилию, имя и
отчество, группу, лабораторная работа - название.
Таблица 4.3 - Соответствие описательных и ключевых реквизитов
|
Описательные реквизиты
|
Ключевые реквизиты
|
Вид ключа
|
Имя ИО, включающего
реквизиты
|
|
Список студентов
|
|
N_STUD FAM IM OT
|
GR N_STUD
|
П.,У.(простой,
универсальный) П.,У.
|
Группа Студент
|
|
Титульный лист
|
|
LAB_NAME LAB_VAR MARK DATE
IO GR LAB_NUM FAM
|
LAB_NUM FAM LAB_VAR
|
П.,У.(простой,
универсальный) П.,У. П.,У.
|
Лабораторная работа Журнал,
студент Вариант
|
Информационный объект «Журнал» имеет реквизиты: номер лабораторной
работы, вариант лабораторной работы, дата выполнения, фамилию, имя и отчество
студента, оценку и дату выполнения. Т.к. объект «Журнал» не имеет ключевого
реквизита, введем ключевой реквизит - ZAP, соответствующий записи о выполненной
работе. Объект «Группа» также не имеет ключевого реквизита, поэтому вводим в
группу реквизитов, соответствующую этому объекту ключевой реквизит GR_NUM.
Информационному объекту «Вариант» ключевым атрибутом назначим ID_VAR.
Сгруппированные реквизиты по информационным объектам представлены в таблице
4.4.
Таблица 4.4 - Соответствие описательных и ключевых реквизитов
|
Реквизиты
|
Признак ключа
|
Имя ИО
|
Семантика ИО
|
|
LAB_NUM LAB_NAME
|
П.,У.
|
Лабораторная работа
|
Сведения о лабораторных
работах
|
|
ID_VAR LAB_NUM LAB_VAR
|
П.,У.
|
Вариант
|
Варианты лабораторных работ
|
|
N_STUD FAM IM OT GR ID_VAR
|
П.,У.
|
Студент
|
Сведения о студентах
|
|
ZAP LAB_NUM ID_VAR FAM MARK
DATE
|
П.,У.
|
Журнал
|
Выполненные лабораторные
работы
|
|
GR_NUM GR
|
П.,У.
|
Группа
|
Студенческие группы
|
Возникает ситуация в которой студент и вариант связаны между собой связью
один-ко-многим. Реализовать на практике данную связь невозможно, поэтому введем
еще один информационный объект, который будет хранить данные о связи между
студентами и вариантами.
Установим связи информационных объектов.
Таблица 4.5 - Типы связей между информационными объектами
|
Номер связи отношений
|
Главный ИО
|
Подчиненный ИО
|
Тип реального отношения
|
|
1 2 3 4 5
|
Группа Лабораторная работа
Студент Вариант Студент
|
Студент Вариант Вариант
студента Вариант студента Журнал
|
4.2 Построение логической модели данных
При построении логической модели данных воспользуемся тремя ее видами:
диаграмма сущность-связь, модель, основанная на ключах и полная атрибутивная
модель. Выбранные модели имеют ряд различий, но при этом позволяют наглядно
представить такие аспекты базы данных как: связи информационных объектов,
наличие внешних ключевых атрибутов или полный перечень атрибутов,
соответствующий данному информационному объекту [15].
Построим модель данных в виде диаграммы сущность-связь, представляющей
собой модель данных верхнего уровня. Она включает сущности и взаимосвязи,
отражающие основные бизнес-правила предметной области. Использование данной
модели позволяет видеть взаимосвязи информационных объектов. Построенная модель
представлена на рисунке 4.1.
Рисунок 4.1 - Модель сущность-связь
При построении схемы была учтена особенность
взаимосвязи между ИО «Вариант студента» и «Журнал». Прямой связи между ними
нет, но журнал использует данные из «Варианта студента» для определения
варианта.
Модель данных, основанная на ключах, представленная на
рисунке 4.2.
Рисунок 4.2 - Модель данных, основанная на ключах
Данная модель предполагает уже более подробное
представление данных и включает описание всех сущностей и первичных ключей.
Данная модель предназначена для представления структуры данных и ключей,
которые соответствуют предметной области. На рисунке видны ключевые реквизиты
сущностей, первичные и внешние, описательные атрибуты в данной модели не
рассматриваются.
Также на данном этапе были введены новые ключевые
атрибуты для таких сущностей как: студент, журнал и вариант и вариант студента.
Это было сделано с целью удовлетворить требования третьей нормальной формы
[16], для последующего представления всех атрибутов в полной атрибутивной
модели.
Полная атрибутивная модель представлена на рисунке 4.3.
Рисунок 4.3 - Полная атрибутивная модель
Эта модель предоставляет наиболее детализировано представленные данные,
представляет данные в третьей нормальной форме и включает все сущности,
атрибуты и связи.
Были введены новые ключевые реквизиты, чтобы данные в таблицах
соответствовали третьей нормальной форме, т.е. каждый атрибут функционально
полно зависит от ключевого реквизита, и отсутствуют транзитивные функциональные
зависимости не ключевых атрибутов от ключевых реквизитов.
4.3 Описание таблиц базы данных
Полное описание таблиц базы данных представлено ниже, в таблице 4.6. в
ней описаны обозначения реквизитов их наименование, признак ключа и формат
поля.
Таблица 4.6 - Описание таблиц реляционной базы данных
|
Атрибут
|
Признак ключа
|
Формат поля
|
|
Обозначение
|
Наименование
|
|
Тип
|
Длина
|
Точность
|
|
ИО «Студент»
|
|
ID_STUD
|
Индивидуальный номер
студента
|
Простой универсальный
(П.У.)
|
Числовой
|
256
|
-
|
|
FAM
|
Фамилия
|
|
Текстовый
|
256
|
|
|
IM
|
Имя
|
|
Текстовый
|
256
|
|
|
OT
|
Отчество
|
|
Текстовый
|
256
|
|
|
GR_NUM
|
Группа
|
|
Числовой
|
256
|
|
|
ИО «Лабораторная работа»
|
|
LAB_NUM
|
Номер лабораторной работы
|
П.У.
|
Числовой
|
2
|
-
|
|
LAB_NAME
|
Название
|
|
Текстовый
|
256
|
|
|
ИО «Вариант»
|
|
ID_VAR
|
Индивидуальный номер варианта
|
П.У.
|
Числовой
|
256
|
-
|
|
LAB_NUM
|
Номер лабораторной работы
|
|
Числовой
|
2
|
|
|
VAR_NUM
|
Номер варианта
|
|
Числовой
|
256
|
|
|
ИО «Журнал»
|
|
ZAP
|
Номер записи о выполнении
|
П.У.
|
Числовой
|
256
|
-
|
|
ID_STUD
|
Индивидуальный номер
студента
|
|
Числовой
|
256
|
|
|
LAB_NUM
|
Номер лабораторной работы
|
|
Числовой
|
1
|
|
|
ID_VAR
|
Индивидуальный номер
варианта
|
|
Числовой
|
256
|
|
|
MARK
|
Оценка
|
|
Числовой
|
1
|
|
|
DATE
|
Дата выполнения
|
|
Текстовый
|
10
|
|
.4 Содержание программного комплекса лабораторных работ
Выполнение лабораторных работ составляет основную часть разрабатываемого
комплекса. При выполнении лабораторных работ студент не только выполняет
определенные задания, но и изучает теорию (или пользуется ею), по завершении
выполнения заданий студент получает отчет, на основании которого он отвечает на
контрольные вопросы, на основании ответов на которые он получает оценку. При
этом некоторые этапы выполнения работы могут выполняться параллельно.
Выполнение работ в лабораторном комплексе, вне зависимости от содержания
лабораторных работ выглядит одинаково. Схема выполнения лабораторных работ
представлена на рисунке 4.4.
Рисунок 4.4 - Схема выполнения лабораторных работ.
Выполнение задания включает в себя выполнение общего задания и задания по
вариантам. На рисунке видно, что выполнение задания и получение теории
происходит параллельно, а получение отчета следует за выполнением задания,
также как и ответ на вопросы следует за получением отчета. Получение оценки
следует за ответами на контрольные вопросы.
Комплекс состоит из двух лабораторных работ, которые не взаимосвязаны
между собой.
Первая лабораторная работа представляет задания по методу ранжирования,
этапы выполнения которой представлены на рисунке 4.5.
Рисунок 4.5 - Схема выполнения лабораторной работы 1.
В первой лабораторной работе студенту предложено выявить определяющие
параметры для качества программного обеспечения в общем задании и выявить
определяющие параметры для успешного обучения студентов в заданиях по
вариантам.
Приведем последовательность выполнения лабораторной работы.
Количество параметров равно n. В ранжировке указанных параметров
принимали участие m специалистов. Для сбора мнений специалистов составляется
анкета.
Специалистам предлагается проранжировать параметры в порядке убывания их
значения. В столбце «Ранг» анкет проставляются цифры, соответствующие месту,
отведенному специалистом данному параметру в ранжировочном ряду. В случае, если
специалист затрудняется отдать предпочтение одному из двух или нескольких
параметров, им присваивается одно и то же значение, которое затем
преобразовывается при вычислении.
Для учета компетентности опрашиваемых специалистов проводится ранжировка
самих специалистов. Для этого выбирают наиболее опытных и компетентных
специалистов (их количество - l) ранжируют всех специалистов. При этой
ранжировке учитывается квалификация, стаж и опыт работы.
Результаты ранжировки специалистов по их компетентности представляются на
рисунке 4.6
|
Ранжирующие специалисты
|
Ранжируемые специалисты
|
|
1
|
2
|
…
|
J
|
...
|
m
|
|
1
|
|
|
|
|
|
|
|
2
|
|
|
|
|
|
|
|
…
|
|
|
|
|
|
|
|
i
|
|
|
|
|
|
|
|
…
|
|
|
|
|
|
|
|
l
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 4.6 - Матрица рангов специалистов
При преобразовании, ранжируемым специалистам, имеющим одинаковые ранги,
приписываются ранги, равные среднему арифметическому значению мест, которые они
поделили между собой. Преобразованная матрица рангов специалистов представлена
на рисунке 4.7.
|
Ранжирующие специалисты
|
Ранжируемые специалисты
|
|
1
|
2
|
..
|
j
|
…
|
m
|
|
|
1
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2
|
|
|
|
|
|
|
|
|
…
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I
|
|
|
|
|
|
|
|
|
…
|
|
|
|
|
|
|
|
|
l
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 4.7 - Преобразованная матрица рангов специалистов
В
столбце приводится число повторений каждого ранга в каждой
строке.
Средняя
сумма рангов вычисляется по формуле:
(4.1)
где
l - число ранжирующих специалистов, i - число ранжируемых специалистов.
В
строке приводится сумма рангов.
Строка
d - это разность между суммой рангов и средней суммой рангов, которая
вычисляется по формуле:
(4.2)
В
том случае, когда имеются одинаковые ранги, необходимо выполнить расчет Tl
- средней суммы ранжирования, где имелись одинаковые ранги. Вычисление
производится по формуле:
(4.3)
где
tl - число повторений каждого ранга в l-ом ряду.
Если
в одном ряду повторений несколько для разных рангов, тогда вычисляется для
каждого повторяющегося ранга Tl , а после считается сумма Tl для
всего ряда.
Коэффициент
конкордации, определяющий степень согласия мнений ранжирующих специалистов,
рассчитывается по формуле:
(4.4)
При
W=0 связи между мнениями специалистов нет, а если W=1, то мнения всех
специалистов совпали.
Следующим
шагом оценивается значимость коэффициента конкордации по критерию
. Расчет
производится по формуле:
(4.5)
Существует
согласованность ранжирующих специалистов относительно компетентности
ранжируемых специалистов при выполнении условия
.
Строится
гистограмма ранжировки специалистов.
Специалисты,
имеющие равные или близкие суммы рангов, объединяются в группы. Каждой группе
приписывается вес β
в зависимости от места в ранжировочном
ряду, который определяется пропорционально рангу группы специалистов.
Вес
β
равен двум для самых опытных специалистов
и равен единице для наименее опытных.
Преобразованная
матрица рангов параметров представлена на рисунке 4.8.
|
Специалисты
|
Параметры
|
Ранг специалиста
|
Вес специалиста,b
|
|
|
1
|
2
|
…
|
J
|
…
|
n
|
|
|
|
|
1
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
…
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
…
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 4.8 - Преобразованная матрица рангов параметров.
Средняя сумма рангов определяется по формуле:
(4.6)
Итоговый
коэффициент конкордации вычислялся по формуле:
(4.7)
где
l - число ранжирующих специалистов; n - число ранжируемых факторов.
Итоговая
значимость коэффициента конкордации по критерию . Расчет
производится по формуле:
(4.8)
В
конце метода строится итоговая гистограмма ранжировки параметров, которая
наглядно демонстрирует, какой параметр является определяющим.
Разработанные
задания по вариантам представлены в таблице 4.7.
Таблица
4.7 - Варианты к первой лабораторной работе
|
№ варианта
|
Содержание задания
|
|
1
|
2
|
|
1
|
Выявить определяющие
параметры для успешного обучения студентов. Параметры для ранжирования: база
знаний, полученная в школе; опыт исследовательской деятельности в школе;
работа по специальности; умение планировать свою работу; организация
подготовки к экзамену. Для сбора мнений студентов составлялась анкета. В
ранжировке указанных параметров принимали участие 5 студентов.
|
|
2
|
Выявить определяющие
параметры для успешного обучения студентов. Параметры для ранжирования:
работа с учебной литературой; оценки за первую сессию; адаптация к вузовской
(лекционной) форме обучения; Организация работы над курсовым проектом;
организация времени, отведенного на изучение материала. Для сбора мнений
студентов составлялась анкета. В ранжировке указанных параметров принимали
участие 4 студентов.
|
|
3
|
Выявить определяющие
параметры для успешного обучения студентов. Параметры для ранжирования:
общеобразовательный или профильный класс в школе; оценки в аттестате; работа
с учебной литературой; умение планировать свою работу; работа по
специальности. Для сбора мнений студентов составлялась анкета. В ранжировке
указанных параметров принимали участие 6 студентов.
|
|
4
|
Выявить определяющие
параметры для успешного обучения студентов. Параметры для ранжирования:
участие в научных конференциях в школе; организация своего времени в
институте; организация подготовки к экзаменам; опыт исследовательской
деятельности в школе. Для сбора мнений студентов составлялась анкета. В
ранжировке указанных параметров принимали участие 4 студентов.
|
|
5
|
Выявить определяющие
параметры для успешного обучения студентов. Параметры для ранжирования:
соответствие профиля школьного исследования выбранной специальности; опыт
исследовательской деятельности в школе; работа со справочной литературой;
умение планировать свою работу; адаптация к вузовской (лекционной) форме обучения;
балл по единому государственному экзамену. Для сбора мнений студентов
составлялась анкета. В ранжировке указанных параметров принимали участие 6
студентов.
|
|
6
|
Выявить определяющие
параметры для успешного обучения студентов. Параметры для ранжирования:
работа с учебной литературой; опыт исследовательской деятельности в школе;
база знаний, полученная в школе; умение распределять свое время; организация
подготовки к экзамену. Для сбора мнений студентов составлялась анкета. В
ранжировке указанных параметров принимали участие 4 студентов.
|
|
7
|
Выявить определяющие
параметры для успешного обучения студентов. Параметры для ранжирования: база
знаний, полученная в школе; оценки за четвертую сессию; работа по
специальности; организация подготовки к экзаменам; работа с учебной
литературой. Для сбора мнений студентов составлялась анкета. В ранжировке
указанных параметров принимали участие 5 студентов.
|
|
8
|
Выявить определяющие
параметры для успешного обучения студентов. Параметры для ранжирования:
умение планировать свою работу; умение распределять свое время; оценки в
аттестате; участие в научных конференциях в школе; работа по специальности.
Для сбора мнений студентов составлялась анкета. В ранжировке указанных
параметров принимали участие 4 студентов.
|
|
9
|
Выявить определяющие
параметры для успешного обучения студентов. Параметры для ранжирования:
знание психологических, физиологических и интеллектуальных особенностей;
организация работы над курсовыми проектами; организация подготовки к
экзаменам; база знаний, полученная в школе; опыт исследовательской
деятельности в школе; умение работать в коллективе. Для сбора мнений
студентов составлялась анкета. В ранжировке указанных параметров принимали
участие 6 студентов.
|
|
10
|
Выявить определяющие
параметры для успешного обучения студентов. Параметры для ранжирования:
работа с учебной литературой; работа со справочной литературой; опыт
исследовательской деятельности в школе; объем реализуемых запланированных
дел; соответствие профиля школьного исследования выбранной специальности. Для
сбора мнений студентов составлялась анкета. В ранжировке указанных параметров
принимали участие 6 студентов.
|
Во второй лабораторной работе «Основные методы обработки экспертной
информации» изучаются метод парных сравнений, метод предпочтений, метод ранга.
Основные этапы выполнения лабораторной работы 2 представлены на рисунке 4.9. Во
второй лабораторной работе студенту необходимо ознакомиться с примерами
выполнения метод парного сравнения, метода предпочтения.
Сначала лабораторной работы разбирается метод парных сравнений. Каждый из
m экспертов производит оценку влияния на результат всех пар из n объектов,
давая числовую оценку.
Рисунок 4.9 - Основные этапы выполнения второй лабораторной работы
Эксперты осуществляют попарное сравнение объектов, оценивая их важность в
долях единицы.
Находятся оценки, характеризующие предпочтение одного из объектов над
всеми остальными. Находится сумма всех предпочтений по формуле:
программный комплекс экспертный лабораторный
(4.9)
Далее
вычисляются итоговые веса A для всех объектов:
(4.10)
Полученные
веса объектов позволяют ранжировать объекты по их важности. В конце метода
строится диаграмма парного сравнения объектов.
В
методе предпочтений каждый из m экспертов производит оценку факторов, пользуясь
числами натурального ряда от единицы до числа, равного количеству факторов, то
есть n. Строится исходная матрица предпочтений, которая представлена на рисунке
4.10
|
Эксперты
|
Факторы
|
|
X1
|
X2
|
X3
|
...
|
Xn
|
|
Э1
|
|
|
|
|
|
|
Э2
|
|
|
|
|
|
|
…
|
|
|
|
|
|
|
Эj
|
|
|
|
|
|
|
…
|
|
|
|
|
|
|
Эm
|
|
|
|
|
|
Рисунок 4.10 - Исходная матрица предпочтений
Далее исходная матрица преобразуется. Новые значения ячеек вычисляются по
формуле:
(4.11)
где
Ks - старое значение ячейки. Вычисляются итоговые оценки
предпочтения каждого фактора по формуле:
(4.12)
Вычисляется
сумма итоговых оценок предпочтения по формуле:
(4.13)
Расчет
искомых весов всех факторов производится по формуле:
(4.14)
Полученные
веса факторов позволяют ранжировать факторы по их важности. В конце метода
строится диаграмма предпочтений факторов.
Метод
рангов основан на балльных оценках факторов, которые поставили несколько
экспертов. Каждый из экспертов оценивает факторы по десятибальной шкале. Чем
более предпочтительной, по мнению эксперта, является альтернатива, тем более высокий
балл для нее указывается.
Каждый
из m экспертов производит оценку факторов, пользуясь числами натурального ряда
от единицы до десяти. Строится исходная матрица рангов, которая представлена в
таблице 4.11.
|
Эксперты
|
Факторы
|
|
X1
|
X2
|
…
|
Xi
|
...
|
Xn
|
|
Э1
|
|
|
|
|
|
|
|
Э2
|
|
|
|
|
|
|
|
…
|
|
|
|
|
|
|
|
Эj
|
|
|
|
|
|
|
|
...
|
|
|
|
|
|
|
|
Эm
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 4.11 - Исходная матрица рангов
Вычисляется сумма каждой строки по формуле:
(4.15)
где
Ks - старое значение ячейки.
Исходная
матрица рангов преобразуется в матрицу нормированных оценок, где значение
каждой ячейки вычисляется по формуле:
(4.16)
Вычисляется
сумма каждого столбца:
(4.17)
Вычисляются
искомые веса всех факторов по формуле:
(4.18)
Полученные
веса факторов позволяют ранжировать факторы по их важности. В конце метода
строится диаграмма рангов.
Разработанные
задания по вариантам представлены в таблице 4.8.
Таблица 4.8 - Варианты к лабораторной работе 2
|
№ варианта
|
Содержание задания
|
|
1
|
2
|
|
1
|
Выявить определяющие
параметры для успешного обучения студентов. Параметры для ранжирования:
работа с учебной литературой; опыт исследовательской деятельности в школе;
база знаний, полученная в школе; умение распределять свое время; организация
подготовки к экзамену. Для сбора мнений студентов составлялась анкета. В
ранжировке указанных параметров принимали участие 4 студента.
|
|
2
|
Выявить определяющие
параметры для успешного обучения студентов. Параметры для ранжирования: база
знаний, полученная в школе; оценки за четвертую сессию; работа по
специальности; организация подготовки к экзаменам; работа с учебной
литературой. Для сбора мнений студентов составлялась анкета. В ранжировке
указанных параметров принимали участие 5 студентов.
|
|
3
|
Выявить определяющие
параметры для успешного обучения студентов. Параметры для ранжирования:
работа с учебной литературой; работа со справочной литературой; опыт
исследовательской деятельности в школе; объем реализуемых запланированных
дел; соответствие профиля школьного исследования выбранной специальности. Для
сбора мнений студентов составлялась анкета. В ранжировке указанных параметров
принимали участие 6 студентов.
|
|
4
|
Выявить определяющие
параметры для успешного обучения студентов. Параметры для ранжирования:
общеобразовательный или профильный класс в школе; оценки в аттестате; работа
с учебной литературой; умение планировать свою работу; работа по
специальности. Для сбора мнений студентов составлялась анкета. В ранжировке указанных
параметров принимали участие 6 студентов.
|
|
5
|
Выявить определяющие
параметры для успешного обучения студентов. Параметры для ранжирования:
участие в научных конференциях в школе; организация своего времени в
институте; организация подготовки к экзаменам; опыт исследовательской
деятельности в школе. Для сбора мнений студентов составлялась анкета. В
ранжировке указанных параметров принимали участие 4 студента.
|
|
6
|
Выявить определяющие
параметры для успешного обучения студентов. Параметры для ранжирования:
соответствие профиля школьного исследования выбранной специальности; опыт
исследовательской деятельности в школе; работа со справочной литературой;
умение планировать свою работу; Для сбора мнений студентов составлялась
анкета. В ранжировке указанных параметров принимали участие 6 студентов.
|
|
7
|
Выявить определяющие
параметры для успешного обучения студентов. Параметры для ранжирования:
работа с учебной литературой; оценки за первую сессию; адаптация к вузовской
(лекционной) форме обучения; Организация работы над курсовым проектом;
организация времени, отведенного на изучение материала. Для сбора мнений
студентов составлялась анкета. В ранжировке указанных параметров принимали
участие 4 студентов.
|
|
8
|
Выявить определяющие
параметры для успешного обучения студентов. Параметры для ранжирования: база
знаний, полученная в школе; опыт исследовательской деятельности в школе;
работа по специальности; умение планировать свою работу; организация
подготовки к экзамену. Для сбора мнений студентов составлялась анкета. В
ранжировке указанных параметров принимали участие 5 студентов.
|
|
9
|
Выявить определяющие
параметры для успешного обучения студентов. Параметры для ранжирования:
умение планировать свою работу; умение распределять свое время; оценки в
аттестате; участие в научных конференциях в школе; работа по специальности.
Для сбора мнений студентов составлялась анкета. В ранжировке указанных
параметров принимали участие 4 студентов.
|
|
10
|
Выявить определяющие
параметры для успешного обучения студентов. Параметры для ранжирования:
знание психологических, физиологических и интеллектуальных особенностей;
организация работы над курсовыми проектами; организация подготовки к
экзаменам; база знаний, полученная в школе. Для сбора мнений студентов
составлялась анкета. В ранжировке указанных параметров принимали участие 6
студентов.
|
Программный комплекс включает в себя тест по методам обработки экспертной
информации. Тестовые задания представлены в таблице 4.9.
Таблица 4.9 - Тестовые задания
|
Тестовые задания
|
Правильный ответ
|
|
Лабораторная работа 1
|
|
В ходе ранжирование
наиболее компетентным специалистом был признан…
|
…специалист с наименьшим
рангом.
|
|
Наиболее предпочтительным
параметром был выбран…
|
…параметр, стоящий на
первом месте в диаграмме предпочтений рангом.
|
|
Значение коэффициента
конкордации W=0 говорит о том, что…
|
согласованность между
специалистами относительно значимости параметров не была достигнута.
|
|
Согласованность между
специалистами существует если…
|
 .
|
|
Лабораторная работа 2
|
|
Наиболее предпочтительным
параметром при реализации метода парных сравнений был выбран…
|
…параметр, стоящий на
первом месте в диаграмме предпочтений рангов.
|
|
Наиболее предпочтительным
параметром при реализации метода предпочтений был выбран…
|
…параметр, имеющий
наивысший ранг.
|
|
Наибольший ранг
присваивается…
|
…наиболее предпочтительному
параметру.
|
5. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ КОМПЛЕКСА
.1 Алгоритм решения задачи
В ходе проектирования рассматриваемого комплекса была разработана
структурная схема программного обеспечения комплекса лабораторных работ по
методам обработки экспертной информации. Схема представлена на рисунке 5.1.
Рисунок 5.1 - Структурная схема программного обеспечения комплекса
Схема состоит из 7 модулей, модуля формирования отчетов и базы данных.
Для разграничения доступа используется модуль авторизации. После прохождения
авторизации студент получает доступ к комплексу. Функции предоставляемы для
студента и для преподавателя различны.
Модуль студента имеет следующие подмодули: модуль лабораторных работ и
информационный модуль. Из модуля выполнения лабораторных работ студент может
получить доступ к модулю формирования отчетов.
Преподаватель имеет доступ к модулю оценивания и администрирования, а
также к информационному модулю. Из информационного модуля преподаватель может
получить доступ к модулю генерации отчетов.
При разработке лабораторных работ, входящих в состав комплекса, использовались
следующие алгоритмы обработки экспертной информации: методом априорного
ранжирования, методом парного сравнения и метод предпочтений.
Во второй лабораторной работе студент знакомиться с методом парного
сравнения и методом предпочтений. Алгоритмы, реализуемые во второй лабораторной
работе, представлены на рисунке 5.2
Рисунок 5.2 - Алгоритм обработки экспертной информации а) методом парного
сравнения и б) методом предпочтений
Алгоритм выполнения обработки экспертной информации методом априорного
ранжирования представлен на рисунке 5.3.
Рисунок 5.3 - Алгоритм обработки экспертной информации методом
ранжирования
5.2.1 Структурное тестирование
При структурном тестировании программы воспользуемся способом
тестирования базового пути [17]. Для этого возьмем одну процедур, разработанной
в комплексе. Данная процедура реализует нормирование - один из первых этапов
методик ранжирования. Процедура представлена в таблице 5.1.
Таблица 5.1 - Процедура, используемая в структурном тестировании.
|
№ п.п.
|
Текст процедуры
|
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34
|
procedure Tl_1_4.BitBtn2Click(Sender:
TObject); var i,j,jj,n1,n,j1,count,pp: integer; nn,sum,sum_p:real;
p,p1:array[1..20]of integer; sort,sort1:array[1..20]of real;
povt:array[0..1,0..10] of integer; begin for jj := 0 to task_4.rowCount-1 do
begin for i := 1 to task_4.ColCount do begin if
task_4.Cells[i-1,jj]<>'' then try
sort[i]:=strtofloat(task_4.Cells[i-1,jj]) except sort[i]:=-1; p[i]:=i; end;
for i := 1 to task_4.ColCount-1 do ///cортировка for j := 1 to
task_4.ColCount-i do begin if sort[j] > sort[j+1] then begin pp:=p[j];
p[j]:=p[j+1]; p[j+1]:=pp; nn := sort[j]; sort[j] := sort[j+1]; sort[j+1] :=
nn end; end; n:=1; n1:=0; sum:=0; sum_p:=0; for i := 1 to task_4.ColCount do
begin if sort[i]=sort[i+1] then n:=n+1 else begin for j:=i+1 to
task_4.ColCount do /////сдвиг при повторе sort[j]:=sort[j]+n-1; if n>1
then begin sum:=0; for j :=i downto i-n+1 do begin ////перерасчет повторов
sum:=sum+(j); end; sum_p:=sum/n; for j :=i downto i-n+1 do begin ////замена
повторов sort[j]:=sum_p; end; end; n:=1; n1:=n1+1; end; end;
|
Рисунок 5.4 - Потоковый граф программы
Цикломатическая сложность рассчитывается тремя способами.
(G)=R=12,(G)=E-N+2=44-34+2=12,(G)=p+1=11+1=12,
где R=10 -количество регионов графа, E=40 - количество дуг, N=32 -
количество узлов графа, p=9 -количество предикатных узлов.
Перечислим некоторые независимые маршруты:
)1-2-33-34
)1-2-3-9-14-16-31-32-2-33
)1-2-3-4-5-7-8-3-9-14-16-31-32-2-33
) 1-2-3-4-6-7-8-3-9-14-16-31-32-2-33
) 1-2-3-4-6-7-8-3-9-10-11-10-13-10-14-16-31-32-2-33
) 1-2-3-4-6-7-8-3-9-10-11-12-10-13-10-14-16-31-32-2-33
)
1-2-3-4-6-7-8-3-9-10-11-12-10-13-10-14-16-17-19-20-21-22-24-25-24-26-27-28-29-28-30-16-31-32-2-33-34
Приведем основные тестовые варианты:
ТВ1:
ИД: task_4=(1; 2; 3; 4; 5);
ОЖ.РЕЗ.: st1=(1; 2; 3; 4; 5).
ТВ2:
ИД: task_4=((1; 2; 3),(2; 1; 2),(1; 1; 1));
ОЖ.РЕЗ.: st1=((1; 2; 3),(2.5; 1; 2.5),(2; 2; 2));
ТВ3:
ИД: task_4=((1; 2; 3),(2; 1;2),(1; 1; 1));
ОЖ.РЕЗ.: st1=((1; 2; 3),(2.5; 1; 2.5),(2; 2; 2));
ТВ4: ИД: task_4=((1; 2; 3; 1),(2; 1; 2; 1));
ОЖ.РЕЗ.: st1=((1.5; 3; 4; 1.5),(3.5;1.5; 3.5; 1.5));
5.2.2 Функциональное тестирование
Опишем функциональное тестирование с помощью метода эквивалентных
разбиений. Представим классы эквивалентности в таблице 5.2.
Таблица 5.2 - Классы эквивалентности
|
Показатель
|
Правильный класс
Эквивалентности
|
Неправильный класс
эквивалентности
|
|
Значения, вносимые в
таблицы рангов, при выполнении заданий
|
Действительные числа
|
Знаки, не использующиеся
для записи действительных чисел: A…Z, #, $, %, и т.д.
|
|
Строковый тип данных
используемый для записи фамилии, имени и т.д.
|
Строка длиной не более 256
знаков
|
Строка длиной более 256
знаков
|
|
Оценка
|
Целое число, от 2 до 5
|
Целое число, меньше 2,
больше 5
|
Определим тестовые наборы, соответствующие каждому классу эквивалентности
и проведем программное тестирование, с целью выяснить наши предположения о
поведении программы при столкновении с данным классом. Тестовые наборы включают
в себя название показателя, которому соответствуют классы эквивалентности,
входные данные для тестирования, предполагаемый результат и результат,
полученные в ходе непосредственного тестирования программы. Результат
тестирования считается положительным, если получен предполагаемый результат.
Тестовые наборы представлены в таблице 5.3, на следующей странице.
Таблица 5.3 - Классы эквивалентности
|
Показатель
|
Входные данные для
тестирования
|
Предполагаемый результат
|
Результат тестирования
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
|
Значения, вносимые в
таблицы рангов, при выполнении заданий
|
2
|
2
|
+
|
|
Значения, вносимые в
таблицы рангов, при выполнении заданий
|
2hjv
|
«При заполнении были
допущены ошибки»
|
+
|
|
Строковый тип данных
используемый для записи фамилии, имени и т.д.
|
Иванов
|
Иванов
|
+
|
|
Оценка
|
3
|
3
|
+
|
|
Оценка
|
-6
|
«Введённая оценка неверна»
|
+
|
|
Оценка
|
115
|
«Введённая оценка неверна»
|
+
|
Таким образом, можно утверждать, что программа надежна, т.к.
функциональное тестирование пройдено успешно.
5.2.3 Оценка надежности комплекса
Для оценки надежности комплекса воспользуемся методом Миллса.
Использование этой модели предполагает необходимость перед началом тестирования
искусственно вносить в программу некоторое количество известных ошибок. Ошибки
вносятся случайным образом и фиксируются в протоколе искусственных ошибок.
Специалист, проводящий тестирование, не знает ни количества, ни характера
внесенных ошибок. Предполагается, что все ошибки (как естественные, так и
искусственные) имеют равную вероятность быть найденными в процессе
тестирования.
Программа тестируется в течение некоторого времени, и собирается
статистика об обнаруженных ошибках [18].
Пусть после тестирования обнаружено n собственных ошибок программы и v
искусственно внесенных ошибок. Тогда первоначальное число ошибок в программе N
можно оценить по формуле Миллса:
(5.1)
где
S - количество искусственно внесенных ошибок, n - число найденных ошибок, V -
число обнаруженных внесенных ошибок к моменту оценки.
Модель
можно использовать для получения оценок безошибочности программы. Пусть
тестирование выполняется до тех пор, пока не будут найдены все внесенные ошибки
S=v. Тогда, достоверность утверждения, что в программе k ошибок, имеет
следующий вид:
(5.2)
Формулу
(8.2) можно использовать только в случае, если обнаружены все S искусственно
внесенных ошибок.
В
случае, если в процессе испытаний выявлены не все внесенные тестовые ошибки,
следует использовать следующую формулу:
(5.3)
где
- число
обнаруженных тестовых ошибок.
Предположим,
что количество ошибок в программе равно 2.
В
данном случае количество внесенных ошибок 96, обнаружено 99, причем 3 ошибки
были в программе изначально. Воспользуюсь формулой (5.1) рассчитаем
= 
.
Получаем,
что в системе до внесения ошибок было 3 ошибки.
Так
как среди найденных ошибок были все искусственно внесенные, можно рассчитать
возможность того, что в программе 3 ошибки с помощью формулы 5.1.
В
данном случае n>k, т.е. число предполагаемых ошибок совпало с числом
найденных, значит воспользуемся формулой 5.2.
.
На
основании приведенных предположений и расчетов можем считать, что
разрабатываемый программный комплекс надежен с вероятностью 0,96.
6. Компьютерная реализация комплекса
Разрабатываемый
в рамках данного проекта комплекс лабораторных работ предоставляет возможность
работы с ним как студента, так и преподавателя. В данном пункте представлена
компьютерная реализация для студента и для преподавателя.
6.1 Описание компьютерной реализации для студента
Первым шагом в работе с комплексом является авторизация. Для доступа к
выполнению лабораторных работ необходимо выбрать на форме, представленной на
рисунке 6.1 пункт «Студент» и перейти на следующую форму.
Рисунок 6.1 - Выбор пользователя
На следующем рисунке 6.2 показан ввод пароля студентом. Если у студента
нет логина и пароля следует зарегистрироваться, нажав на соответствующую
кнопку.
Рисунок 6.2 - Ввод логина и пароля
Форма регистрации представлена на рисунке 6.3. используя данную форму
студент заполняет поля с личной информацией, придумывает логин и пароль,
выбирает учебную группу. При нажатии кнопки «Регистрация» студент возвращается
на предыдущую форму и нажав кнопку «Далее» получает доступ к основной форме
студента.
Рисунок 6.3 - Регистрация студента.
На рисунке 6.4 представлена основная форма студента. Разберем ее
составляющие отдельно.
Рисунок 6.4 - Форма студента
Форма студента содержит главное меню и кнопки, которые показаны на
рисунке 6.5. Главное меню позволяет закрыть программу, получить доступ к
личному профилю, запустить выполнение лабораторных работ, получить справочные и
теоретические сведения. Описанные функции дублируются рядом кнопок,
расположенным ниже главного меню.
Рисунок 6.5 - Меню
Выполнение работ доступно после нажатия первой пиктограммы, после нажатия
на нее появляется диалог, представленный на рисунке 6.6, позволяющий выбрать
лабораторную работу.
Рисунок 6.6 - Выбор лабораторной работы
После подтверждения выбора лабораторной студент приступает к выполнению
лабораторной работы. Задания в работе подразделяются на несколько видов, в
зависимости от того, заполняется ли таблица или поле. Заполнение таблиц зависит
от того, выполняется ли индивидуальное задание или общее. На рисунке 6.7
представлено задание, в ходе которого происходит заполнение таблицы общего
задания.
Рисунок 6.7 - Заполнение задания, подразумевающего заполнение таблицы
При выполнении общего задания неверные задания подсвечиваются цветом,
соответствующим пустым клеткам таблицы, верно заполненные клетки заполняются
более светлым цветом.
При выполнении задания, направленного на заполнение полей, как например
задание представленное на рисунке 6.8, проверка осуществляется посредством
нажатия на кнопку проверки.
Рисунок 6.8 - Заполнение задания, подразумевающего заполнение поля.
При завершении выполнения общего задания студент переходит к выполнению
заданий по вариантам, сообщение, оповещающее студента об успешном выполнении
задания, представлено на рисунке 6.9.
Рисунок 6.9 - Заполнение задания, подразумевающего заполнение поля.
При окончательном выполнении лабораторной работы студент получает
возможность получить отчет по лабораторной работе, которым он воспользуется при
выполнении теста. Сообщение о возможности получения отчета представлено на
рисунке 6.10.
Рисунок 6.10 - Получение отчета
При получении отчета вызывается диалог сохранения отчета в формате xls,
он представлен на рисунке 6.11. студенту предлагается выбрать директорию
сохранения и сохранить отчет.
Пример отчета, полученного при выполнении лабораторной работы,
представлен на рисунке 6.12. Отчет открывается сразу после сохранения отчета
автоматически
Отчет предоставляет краткое описание заданий, входные данные и данные,
полученные в отчете.
После получения отчета студент приступает к ответам на вопросы по
Рисунок 6.11 - Сохранение отчета
лабораторной работе, пример которых приведен на рисунке 6.13. каждый
вопрос имеет только один ответ. Ответы на вопросы фиксируются, и от них зависит
оценка по лабораторной работе.
Рисунок 6.12 - Отчет по лабораторной работе
Рисунок 6.13 - Контрольные вопросы по лабораторной работе
После ответов на вопросы студент завершает лабораторную работу и
возвращается в главную форму комплекса.
Ниже, на рисунке 6.14, описан личный кабинет студента, где он можно
получить доступ к личной информации и просмотреть свои достижения.
Рисунок 6.14 - Личный профиль студента
6.2 Описание компьютерной реализации для преподавателя
Компьютерная реализация для преподавателя не включает в себя выполнение
практикума, а лишь позволяет преподавателю манипулировать данными о студентах и
их успеваемости.
На рисунке 6.15 представлена форма преподавателя, на которой он выбрал
администрирование. Функция администрирования включает в себя: добавление
студенческих групп и просмотр уже существующих. Также к функциям
администрирования относится присваивание студентам вариантов.
Назначение вариантов происходит следующим образом.
Преподаватель формирует список студентов с помощью кнопок «Присвоить
варианты» и «Удалить студента». Кнопка «Присвоить варианты» позволяет выводить
всю группу для присвоения вариантов, кнопка «Удалить студента» позволяет
удалить из сформированного списка отдельного студента. Присвоение вариантов
происходит вручную, или с помощью кнопки «Случайный порядок вариантов».
Нажатием кнопки «Изменить данные» соотношения вариантов и пользователей
вносятся в базу данных.
Рисунок 6.15 - Форма администрирования
На следующем рисунке 6.16 представлена форма оценивания, функции,
выполняемые ею довольно просты: преподаватель проверяет правильность данных
студента и ставит дату выполнения работы. После нажатия кнопки оценить
лабораторные работы считаются оценёнными.
Рисунок 6.16 - Форма оценивания.
На рисунке 6.17 представлена форма, на которой формируются отчеты по
выполненным работам.
Рисунок 6.17 - Форма формирования отчетов.
Здесь преподавателю предоставляется возможность просматривать отчеты по
выполняемости лабораторных работ. Можно воспользоваться отбором по группам и
оценкам, а также произвести сортировку по алфавиту, вариантам, номеру
лабораторной работы, дате и группе.
Заключение
В выпускной квалификационной работе был разработан программный комплекс
лабораторных работ по методам обработки экспертной информации. В работе
рассмотрены особенности и классификация обучающих программных средств обучения,
существующие методы обучения методам обработки экспертной информации.
При анализе предметной области автоматизации определено назначение
комплекса, его функции и требования к нему. Разработана функциональная
структура системы, включающая следующие модули: модуль авторизации, модуль
студента, модуль преподавателя, модули выполнения лабораторных работ,
информационные модули для студента и для преподавателя, модуль оценивания и
административный модуль.
В ходе проектирования системы были разработаны функциональные модели с
использованием методологии IDEF0 и IDEF3. Объектно-ориентированное
проектирование производилось с помощью диаграммы вариантов использования и
диаграммы деятельности. Была произведена оценка трудоемкости проекта. При
разработке информационного обеспечения выделены информационные объекты,
построены информационно-логическая модель данных и физическая модель базы
данных. Разработано содержание программного комплекса, включающее в себя: лабораторную
работу, содержащую задания по методу ранжирования, лабораторную работу,
содержащую задания по методам предпочтения и парных сравнений. При
проектировании программного обеспечения построена структурная схема
программного обеспечения комплекса, разработан алгоритм работы системы.
Проведено тестирование программного продукта и оценка надежности системы.
Компьютерный практикум разработан в интегрированной среде
программирования DelphiXE4, в качестве СУБД использовалась InterBase.
Список использованных источников
1. Башмаков,
А. И. Разработка компьютерных учебников и обучающих систем / А. И. Башмаков, И.
А. Башмаков. - Москва: Информационно-издательский дом «Филинъ», 2003. - 616 с.
. Электронная
таблица Microsoft Excel [Электронный ресурс] // Интернет-знания: сайт. - Режим
доступа: http://www.lеssons-tva.info/еdu/е-inf2/m2-t2_1.html
.MATLAB и
Simulink - центр компетенций компании MathWorks [Электронный ресурс] //
MathWorks: сайт. - Режим доступа: http://mat-lab.ru/products/matlab
. Кирьянов,
Б.Ф. Программный комплекс для лабораторных исследований с оценкой знаний и
качества выполнения заданий / Кирьянов Б.Ф. // Научный журнал «Фундаментальные
исследования». - Режим доступа:
http://www.fundamеntal-rеsеarch.ru/ru/articlе/viеw?id=1688
5. Программный комплекс
проведения лабораторных работ для средней школы [Электронный ресурс] /
РусПромСофт: сайт - Режим доступа:
<http://www.ruspromsoft.ru/portfolio/training>
. Автоматизированная система
обработки экспертных оценок при принятии технологических решений/ Курицына
В.В., Косов Д.Е., Курицын Д.Н. // Научная электронная библиотека «Киберленинка»
- Режим доступа:
http://cybеrlеninka.ru/articlе/n/avtomatizirovannaya-sistеma-obrabotki-еkspеrtnyh-otsеnok-pri-prinyatii-tеhnologichеskih-rеshеniy
. Система экспертных оценок
для экономического прогнозирования бизнеса / Михайлов К.В.
<http://old.creativeconomy.ru/authors/13208/> // Креативная экономика -
http://old.crеativеcono-my.ru/articlеs/14295
. Литвак, Б.Г. Экспертные
технологии в управлении / Б.Г Литвак. - Москва: Дело, 2004. - 400 с.
. Прохоров, Ю.К.
Управленческие решения / Ю.К. Прохоров, В.В. Фролов. - Санкт-Петербург: СПбГУ
ИТМО, 2011. - 138 с.
. Методы прогнозирования
социально-экономических процессов / Антохонова И.В.// Электронная библиотека:
сайт - Режим доступа:
http://tеxtbook.nеws/upravlеniya-sotsiologiya/mеtodyi-prognozirovaniya-sotsial-no.html
. Живицкая, Е. Н. Системный
анализ и проектирование [Электронный ресурс]: учеб. пособие / Е. Н Живицкая //
Персональные страницы: сайт. - Режим доступа: <http://victor-safronov.ru/systems-analysis/lectures/zhivicka-ya/26.html>
. Лисецкий, Ю.М. Об
автоматизации экспертных оценок / Лисецкий Ю.М., Каревина Н.П. // Научная
электронная библиотека «Киберленинка»: сайт. - Режим доступа:
<http://cybеrlеninka.ru/articlе/n/ob-avtomatizatsii-еkspеrtnyh-otsеnok>
. Методология проектирование
предметной области [Электронный ресурс] // НОУ «ИНТУИТ»: сайт. - Режим доступа:
<http://www.intuit.ru/stu-dies/courses/2195/55/lecture/1628?page=3>
. Методология IDEF3
[Электронный ресурс] // Бизнес-инжиниринговые технологии: сайт. - Режим
доступа: <http://www.betec.ru/in-dex.php?id=6&sid=30>
. Маклаков, С.В. BPWin и
ERWin. Case-средства разработки информационных систем/ С.В. Маклаков. - Москва:
ДИАЛОГ-МИФИ, 1999.-256с.
. Теория нормальных форм
[Электронный ресурс] // МГТУ - официальный сайт. - Режим доступа:
<http://www.mstu.edu.ru/study/materials/zelen-kov/ch_4_2.html>
17. Дейт, К.
Дж. Надежность программного обеспечения / К.Дж.Дейт. - Москва: Издательский дом
"Вильямс", 2008. - 848 с.
. Калянов,
Г.Н. Надежность программных средств / Г.Н.Калянов. - Москва: Диалог-МИФИ, 2008.
- 320 с