Платформа .NET

Рис. 2. Схема развития познаний об экологической системе

Рис. 1. Схема модели объекта

Главными принципами моделирования экологических объектов являются принципы системности, состоящие из принципов: прин­ципы интегратизма, неопределенности, инвариантности, главных ви­дов деятельности.

Принцип интегратизма заключается в том, что взаимо­отношения части и целого характеризуются совокупностью трех эле­ментов:

• первый — возникновение взаимодействующих систем — связей между частями целого;

• второй — утрата некоторых свойств части при вхождении в целое;

• третий — появление новых свойств у целого, обусловленных свойствами составных частей.

При этом обязательна упорядоченность частей, детерминиро­ванность их пространственного и функционального взаимоотноше­ний, часть становится компонентом интегрального целого, внутрен­не объединенного.

Строя модель системы, необходимо исходить из простых усло­вий и шаг за шагом подниматься по восходящим ступеням иерар­хической градации, переходя к всевозрастающим ступеням услож­нения модели. Этот принцип пересекается с известным положени­ем У. Эшби, который рассматривает общую теорию систем как общую теорию упрощения.

Принцип неопределенности предполагает, что «по краям» экологические процессы расплывчаты и неопределенны. Протекая во времени, они постоянно изменяются и, если нам даже удастся установить какое-либо свойство или качество про­цесса, то оно действительно только в рассматриваемый момент времени и в данной ситуации. Иначе говоря, на микроуровне экологические процессы необходимо изучать с учетом случайно­го изменения факторов.

Принцип неопределенности позволяет также утверждать, что существует уровень факторов, когда их малые отклонения не влекут изменений в состоянии системы. Однако чем сложнее модель системы, чем глубже мы пытаемся анализировать ее, тем неопре­деленнее становится решение задачи, а ее результаты дальше от практического смысла.

Принцип инвариантности заключается в том, что модель системы должна быть инвариантна для любых регионов, организационных форм производства и изменение каких-либо условий не должно менять существа модели.

Принцип главных видов деятельности состоит в том, что у разных экологических систем существуют «похожие» виды деятельности (управление, регулирование, рас­пределение и т.п.), которые можно выделить как стандартные. Они бывают неизменными на некотором промежутке времени и могут быть описаны некоторыми похожими моделями.

При моделировании объектов и представлении в виде систем необходимо учитывать их общие свойства, например такие, как:

• целостность — устойчивые отношения между элементами системы, при этом состояние любого элемента зависит от состояния всей системы, и наоборот;

• делимость — целостный объект может быть изображен как расчлененный на элементы;

• изолированность — комплекс объектов, образующих систему, связи между ними можно выделить и рассматривать изолированно; изолированность системы относительна, поскольку комплекс объектов, образующих систему, связан с наблюдателем и со средой через некоторые элементы, являющиеся входами и выходами;

• устойчивость — система должна нормально функционировать и быть нечувствительной к неизбежным посторонним возмущающим воздействиям;

• разнообразие — каждый элемент системы обладает собственным поведением и состоянием, отличным от поведения и состояния других составляющих;

• идентифицируемость — каждый элемент системы может быть отделен от других составляющих;

• стабилизация — система осуществляет восстановление своих элементов за счет их регулирования;

• наблюдаемость — все без исключения входы и выходы системы либо контролируемы наблюдателем, либо, по крайней мере, наблюдаемы;

• неопределенность — наблюдатель одновременно не может фиксировать свойства и отношения элементов системы; именно с целью их выявления он осуществляет системное исследование;

• нетождественность отображения — знаковая система наблюдателя отлична от знаковой системы проявления свойств объектов и их отношений; потеря информации при этом определяет нетождественность системы исследуемому объекту;

• адаптация — система сохраняет состояние подвижного равновесия и устойчивость к возмущающим воздействиям, которым она постоянно подвергается путем перестройки внутренней структуры и функций отдельных элементов. Она меняет свои рабочие характеристики в соответствии с изменяющимися внешними условиями или входным сигналом таким образом, чтобы постоянно улучшать показатель качества. Система обеспечивает длительное и устойчивое функционирование и развитие путем эволюции своих элементов, своей структуры и организации.

Экологические системы, как правило, можно рассматривать как иерархические, для которых характерны три важных свойства:

1)каждый уровень иерархии имеет свой собственный язык, свою систему концепций или принципов. К примеру, понятия «озоновая дыра», «мировая атмосфера» и другие лишены смысла на уровне исследования небольшого участка леса;

2)на каждом уровне иерархии происходит обобщение свойств объектов более низкого уровня;

3)взаимосвязи между уровнями не симметричны.

Для нормального функционирования объектов высшего уровня необходимо, чтобы успешно действовали объекты более низкого уровня, но не наоборот.

Обычно решающим оказывается то обстоятельство, что среди отдельных элементов рассматриваемой системы лишь немногие бы­вают плохо изученными. Если элементы определены плохо, то при исследовании реакций системы в целом трудно установить, какие из элементов приводят к изменению значений искомых функций. Чем больше модель, тем осторожнее следует к ней относиться. В особенности это свойственно оценке сообщения между уровнями знаний и теми результатами, которые предполагается получить с помощью моделирования. Модель, которая была бы просто большой, построить легко. Однако при весьма высокой стоимости ценность ее может оказаться сомнительной. Построить эффективную модель — значит найти такое ее описание, дающее ответ на конкретно поставленный вопрос. Это требует определенных навыков и даже искусства, которое называют искусством разрешимого. Его главная цель — не искать решения, если для этого не достигнут определенный уровень знаний и нет соответствующей технической оснащенности.

При построении моделей можно выделить эмпирические и функ­циональные.

Главная задача эмпирических моделей — описать исследуемый объект, тогда как функциональное моделирование свя­зано с попыткой дать объяснение описанному. Разработка эмпири­ческой модели остается на одном уровне системы.

Разработка функциональной модели опирается на описание поведения системы в зависимости от подсистем более низ­кого уровня и тогда смежные уровни оказываются связанными по­средством аналитико-синтетического процесса, опирающегося на со­ответствующие гипотезы или допущения. Любая функ­циональная модель, в конечном счете, уходит корнями в эмпиризм.

Всегда можно построить такую эмпирическую модель, которая была бы согласована с опытными данными лучше, чем функцио­нальная. Это следует из того факта, что эмпирическая модель прак­тически свободна от ограничений, в то время как возможности фун­кциональной модели ограничиваются положенными в ее основу до­пущениями, даже если она содержит хорошо регулируемые пара­метры.

Модели систем можно также разделить на статические, динами­ческие и стохастические:

• статическая модель — это математическая конструкция, в которую не включена переменная времени, используется тогда, когда система достаточно близка к равновесию;

• динамическая модель учитывает изменение состояния системы в зависимости от времени. В нее часто включаются элементы из статических моделей (статические и динамические модели относятся к классу детерминистских, главная особенность которых заключается в том, что любой прогноз они формируют в виде числа, а не в виде распределения вероятностей);

• стохастическая модель отличается тем, что в ней непременно присутствует одна или несколько случайных переменных, заданных соответствующими законами распределения. Это дает возможность не только оценивать среднее значение прогнозируемого параметра, но и его дисперсию. Чем больше неопределенности в поведении системы, тем эффективнее оказывается стохастическая модель.

Модели систем играют значительную роль в понимании их функ­ционирования и физической сущности, что заключается в следующем:

1.Гипотезы, выраженные математически, могут служить количественным описанием экологической проблемы и тем самым способствовать более углубленному ее пониманию.

2.Требования, предъявляемые моделью к математической завершенности описания, позволяют построить определенную концептуальную основу и с ее помощью четко ограничить те области, где знание проблемы еще недостаточно, т.е. стимулирует возникновение новых идей и проведение экспериментальных исследований.

3.Математическая модель части подсказывает способ представления результатов научных исследований в форме, удобной для исследования на практике.

4.Благодаря модели может быть оценена количественно экономическая эффективность результатов научных исследований, что стимулирует оперативное их внедрение в производство.

5.Математическое моделирование, с помощью которого можно получить ответ на тот или иной специальный вопрос, а также сделать обоснованный выбор из ряда альтернативных стратегий, даетвозможность сократить объем продолжительных и дорогостоящих экспериментальных работ, выполнение которых было бы необходимым при отсутствии соответствующих моделей.

6.При исследовании сложных многокомпонентных объектов модель позволяет объединить разрозненные знания, касающиеся отдельных частей такой системы, и выработать концепцию ее поведения как единого целого.

7.С помощью модели можно выбрать наиболее рациональную стратегию и тактику реализации исследовательских программ, обеспечивая необходимую детальность изучения специальных вопросов и кооперацию отдельных направлений исследования.

8.Математическая модель — мощное средство обобщения разнородных данных об объекте, позволяющее осуществлять как интерполяцию (восстановление недостающей информации о прошлом), так и экстраполяцию (прогнозирование будущего поведения объекта).

9. Хорошо сконструированная модель позволяет наиболее полно использовать данные, получение которых, учитывая растущие требования к точности, обходится дорого.

10. Прогнозирующая способность модели может быть направлена на достижение самых разнообразных целей — планирования, оценки эффективности, прогнозирования и т.д.

Платформа.NET (произносится «дотнет») включает не только среду разработки для нескольких языков программирования, называемую Visual Studio.NET, но и множество других средств, например, механизмы поддержки баз данных, электронной почты и др.

Важнейшими задачами при создании программ являются:

-переносимость – возможность выполнения на различных типах компьютеров;

-безопасность – невозможность несанкционированных действий;

-надёжность – способность выполнять необходимые функции в определённых условиях;

-использование готовых компонентов – для ускорения разработки;

-межъязыковое взаимодействие – возможность применять одновременно несколько языков программирования.

В состав платформы .NET для обеспечения переносимости входят компиляторы, переводящие программу не в машинные коды, а в промежуточный язык (Microsoft Intermediate Language, MSIL, или просто IL), который не содержит команд, зависящих от языка, операционной системы и типа компьютера. Программа на этом языке выполняется не самостоятельно, а под управлением системы, которая называется общеязыковой средой выполнения (Common Language Runtime, CLR).

Среда CLR может быть реализована для любой операционной системы. При выполнении программы CLR вызывает так называемый JIT-компилятор, переводящий код с языка IL в машинные команды конкретного процессора, которые немедленно выполняются. JIT означает «just in time», что можно перевести так «вовремя», то есть компилируются только те части программы, которые требуется выполнить в данный момент. Каждая часть программы компилируется один раз и сохраняется в кэше (область ОП для временного хранения информации) для дальнейшего использования.

Схема выполнения программы при использовании платформы .NET приведена на рисунке 1.1.

Сборка (.exe или .dll)

Рисунок 1.1 - Схема выполнения программы в .NET

Компилятор в качестве результата своего выполнения создаёт так называемую сборку– файл с расширением exe или dll, который содержит код на языке IL и метаданные. Метаданные представляют собой сведения об объектах, используемых в программе, а также сведения о самой сборке. Они позволяют организовать межъязыковое взаимодействие, обеспечивают безопасность и облегчают развёртывание приложений, то есть установку программ на компьютеры пользователей.

ПРИМЕЧАНИЕ———————————————————————————————

Сборка может состоять из нескольких модулей. В любом случае она представляет собой программу, готовую для установки и не требующую для этого ни дополнительной информации, ни сложной последовательности действий. Каждая сборка имеет уникальное имя.

______________________________________________________________________

Платформа .NET содержит огромную библиотеку классов, которые можно использовать при программировании на любом языке .NET. Общая структура библиотеки приведена на рисунке 1.2. Библиотека имеет несколько уровней. На самом нижнем находятся базовые классы среды, которые используются при создании любой программы: классы ввода-вывода, обработки строк, управления безопасностью, графического интерфейса, хранения данных и пр.

Над этим слоем находится набор классов, позволяющий работать с базами данных и XML. Классы самого верхнего уровня поддерживают разработку распределенных приложений, а также веб- и Windows-приложений. Программа может использовать классы любого уровня. Библиотека классов вместе с CLR образуют каркас(framework), то есть основу платформы.

Рисунок 1.2 - Структура платформы .NET