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Metodología de Modelización

METODOLOGIAS DE MODELIZACION Rodolfo Fernández González

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MODELIZACIÓN - La construcción de hipótesis teóricas o modelos computacionales es un “arte” sometido a reglas - Modelizar: formalizar un fenómeno natural, organizacional o técnico para disponer de: - una descripción rigurosa - un punto de partida preciso para la contrastación de hipótesis - un núcleo para el desarrollo de una aplicación informática - Hay diversos estilos de formalización: - explícitamente matemático: - cuantitativo: Análisis matemático, Cálculo de Probabilidades - cualitativo: Algebra, Lógica - computacional: - es implícitamente matemático - puede suponer o no una previa formalización matemática - diversas estrategias: - OMT (Object Modelling Tool) Rumbaugh, J. et al. (1991) Object-oriented modeling and design. Prentice-Hall - KADS

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MODELOS - Un modelo es una abstracción o esquematización de algo para facilitar su comprensión. - Abstracción o esquematización: - omisión de detalles no esenciales del sistema real que reduce su complejidad y facilita su comprensión. - lo que se considera relevante viene dado por el objetivo del modelo - un mismo sistema puede ser objeto de distintas modelizaciones, cada una en virtud de un objetivo distinto - todas las abstracciones son incompletas. Se busca adecuación, no corrección.

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FASES DE LA MODELIZACION - Análisis - Diseño - Implementación

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FASE DE ANÁLISIS - Construcción de modelos de la situación real que identifique las propiedades relevantes - Lo que interesa es comprender el problema - Modelos de análisis: abstracciones concisas y precisas de lo que debe hacer el sistema, no de cómo lo hará - Los objetos de los modelos son conceptos del dominio del problema, independientes de la implementación.

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FASE DE DISEÑO 2.1. Diseño del sistema - Decisiones de alto nivel sobre la arquitectura global - Identificación de subsistemas - Decisiones de optimización del rendimiento - Estrategias de resolución - Asignación inicial de recursos 2.2. Diseño de los objetos - Construcción de los modelos de diseño a partir de los modelos de análisis - Detalles de implementación impuestos por las estrategias de resolución - Identificación de las estructuras de datos y de los algoritmos necesarios para: - implementar cada clase - optimizar el rendimiento

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FASE DE IMPLEMENTACIÓN - Codificación de los modelos de diseño en un lenguaje de programación - Ingeniería del software: - ajuste al diseño - flexibilidad - extensibilidad

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TIPOLOGÍA DE MODELOS - En cada fase, la modelización implica la construcción o refinamiento de tres modelos distintos: - Modelo de objetos - Modelo dinámico - Modelo funcional

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MODELO DE OBJETOS -Describe la estructura estática de los objetos de un sistema, sus relaciones mutuas, sus atributos y sus operaciones - Se formula utilizando un diagrama de objetos: - Diagrama de objetos: grafos cuyos nodos son clases de objetos, y cuyos arcos son relaciones entre clases - Las clases se ordenan jerárquicamente. Esa ordenación hace que puedan compartir estructuras y comportamientos. - Es el modelo fundamental, porque describe qué es lo que cambia o se transforma, antes de describir cuándo o cómo lo hace. - Proporciona la estructura básica en la que se integran los demás modelos - Descripción de los datos - Es importante para cualquier problema que manipule estructuras de datos no triviales

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MODELO DINÁMICO - Describe los aspectos del sistema que cambian en el tiempo, las interacciones entre los objetos del sistema - Secuenciación de operaciones: - sucesos que inician o terminan cambios, - secuencias de sucesos, - estados que definen el contexto de los sucesos, - organización de sucesos y estados - Se formula mediante un diagrama de estados: - Un diagrama de estados es un grafo cuyos nodos son estados, y cuyos arcos son transiciones entre estados causadas por sucesos. - Describe la secuencia de sucesos y estados admisibles en una clase de objetos - Descripción de los aspectos de “control”

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MODELO FUNCIONAL - Describe las transformaciones de datos que tienen lugar en el sistema - Funciones, restricciones, dependencias funcionales - “Lo que el sistema hace” - Se formula mediante diagramas de flujo: - Un diagrama de flujo es un grafo cuyos nodos son procesos y cuyos arcos son flujos de datos. - Representa las dependencias entre valores, y la computación de los valores de salida a partir de los valores de entrada - Descripción de la “función” del sistema

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RELACIONES ENTRE LOS MODELOS - Los tres tipos de modelos son ortogonales entre sí: describen tres aspectos distintos del sistema, pero estrechamente relacionados entre sí: - El modelo de objetos describe las estructuras de datos sobre las que operan los modelos dinámico y funcional. - Distintas modalidades descriptivas de los componentes dinámicos del sistema: M. de objetos

M. dinámico

M. funcional

operaciones

sucesos acciones

funciones

- Los tres modelos evolucionan juntos durante las distintas fases del proceso de modelización - A veces, los límites no están claros entre los tres modelos - A veces, los modelos no pueden captar todo lo que es relevante. En esos casos se puede recurrir: - al lenguaje natural - a notaciones específicas, adecuadas al dominio del problema

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Modelización de objetos (Rumbaugh, 87, 91; Loomis, 87) Objetos - Un objeto (o instancia -de objeto-) es un concepto o entidad, que constituye un elemento bien definido del dominio del problema - La identificación de los objetos depende del problema: puede haber más de una representación en el mismo dominio - Los objetos se distinguen entre sí no por sus atributos, sino por su identidad Clases - Una clase (de objetos) es un grupo de objetos que comparten: - propiedades (atributos) - comportamiento (operaciones) - relaciones con otros objetos - significado (p. ej., un cuadro y un caballo pueden ser considerados como bienes económicos, pero ...) - cada objeto “conoce” su clase. Esta es una propiedad implícita del objeto - la agrupación de objetos en clase es una abstracción que nos permite: - generalizar el conocimiento de lo individual - simplificar la complejidad - utilizar menos recursos (descriptivos, de almacenamiento de información)

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Diagramas para objetos: - Clases

- Objetos o instancias

Rumbaugh

Coad/Yourdon

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Atributos - Características poseídas por los objetos de la misma clase - Cada instancia tiene un valor por cada atributo - Diferentes instancias pueden tener el mismo o distinto valor - Los valores de los atributos no son objetos, no tienen identidad - Si un valor de un atributo de un objeto1 exige a su vez ser modelizado como objeto2, se modelizará como tal, y se asociará con objeto1 mediante una relación entre objetos - Se representan en las clases bajo una línea horizontal - Cada atributo puede tener asociado - su tipo (precedido por :) - su valor por defecto (precedido por =) Persona nombre :cadena edad :entero

En el caso de las clases, sólo se representan los valores:

(Persona)

(Persona)

Juan Pérez 27 años

Juan Pérez 27 años

Rumbaugh

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Coad/Yourdon

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OPERACIONES - Operación: Función o transformación que puede aplicarse a - o que puede ser aplicada por- objetos de una clase - Cada operación tiene como argumento implícito un objeto. - La conducta de la operación depende de la clase de su objeto - el objeto “sabe” la especificación adecuada de su operación - polimorfismo: la misma operación: - puede aplicarse a muchas clases distintas - adopta en cada clase una forma distinta

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MÉTODOS Un Método es la especificación (implementación) de una operación para una clase dada - Si una operación tiene métodos para varias clases, es importante que todos ellos tengan la misma signatura: - lista de argumentos (entre paréntesis) - tipo de cada argumento (precedido de :) - tipo del valor resultante (precedido de :) - Representación: Persona nombre :cadena edad :entero comprar - Resulta útil durante la modelización distinguir las operaciones que tienen efectos colaterales de aquellas que se limitan a calcular un valor sin modificar otros objetos (queries) - Las queries que no tienen más argumentos que los de su objeto pueden considerarse como atributos derivados - Esto lleva a distinguir entre: - atributos básicos o primitivos, y - atributos derivados - Al conjunto de las operaciones y de los métodos se les denomina “servicios”

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ENLACES Y ASOCIACIONES - Un enlace es una conexión física o conceptual entre dos instancias de objetos - Formalmente es una relación, es decir, una lista ordenada de objetos - Un enlace es una instancia de una asociación - Una asociación es un grupo de enlaces que comparten: - la misma estructura - la misma semántica - Todos los enlaces de una asociación conectan objetos de las mismas clases - Suelen identificarse con los verbos del enunciado del problema - Las asociaciones suelen ser bidireccionales: - el nombre de la asociación binaria suele identificar una dirección dada, la dirección “hacia delante” - a esa asociación le corresponde otra asociación “inversa” - las dos direcciones tienen el mismo significado, hacen referencia a la misma asociación subyacente - la implementación no tiene por qué ser bidireccional - No deben representarse como “punteros” (atributos de un objeto que tienen como valor otro objeto): la asociación no es parte de ningún objeto, sino que depende de los dos - Todas las conexiones entre clases deben modelizarse como asociaciones - Por su naturaleza, las asociaciones violan el encapsulamiento de la información en clases

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REPRESENTACION DE ASOCIACIONES - Diagrama de una clase de asociaciones

País

capital

nombre

Ciudad nombre

Diagrama de instancias: (País) España

(País)

capital

capital

Francia

(Ciudad) Madrid

(Ciudad) París

- cada enlace puede etiquetarse con el nombre de la asociación - Normalmente, las clases se ordenan para su lectura de izquierda a derecha

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N-ARIEDAD DE LAS ASOCIACIONES - Las asociaciones pueden ser binarias, ternarias o de orden superior - La mayoría son binarias - Las ternarias también pueden diagramarse:

Proyecto

Lenguaje

Persona

- El nombre de la asociación puede escribirse como etiqueta junto a la correspondiente salida del rombo de conexión

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MULTIPLICIDAD DE LAS RELACIONES - Sólo la consideraremos para las asociaciones binarias - Podemos especificar cuántas instancias de una clase pueden relacionarse con cada instancia de otra clase: - Relaciones uno-a-uno (país-capital) - Relaciones uno-a-muchos - Relaciones muchos-a-muchos - ... - Es un aspecto de la modelización cuyo estudio puede dejarse para las últimas fases - Su consideración suele ayudar a elicitar supuestos ocultos

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REPRESENTACIÓN DE LA CARDINALIDAD DE LAS RELACIONES - Se utilizan terminadores sobre el conector para especificar valores habituales de la multiplicidad: - uno-a-uno: sin marca - muchos (cero o más): Ejemplo: una persona puede tener 0 o más coches: Persona

Coche posee

- opcionalidad (cero o uno): Ejemplo: una persona puede tener o no un marcapasos: Persona

Marcap.. posee

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REPRESENTACIÓN DE LA CARDINALIDAD DE LAS RELACIONES (2) - Cuando es necesario, se utilizan etiquetas numéricas: - “1+” : uno o más - “3-5” : de 3 a 5 - “2, 4, 18” : 2, 4 o 18 - Si los objetos del extremo con multiplicidad “muchos” de una asociación deben tener un orden explícito, se indicará añadiendo la etiqueta “{ordenado}” - Cualificador: atributo especial que reduce la multiplicidad efectiva de una asociación - es una forma de asociación ternaria - se expresa como una etiqueta dentro de un pequeño recuadro adosado al extremo del multiplicidad “muchos”

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ATRIBUTOS DE LOS ENLACES - Son propiedades de los enlaces de una asociación - Cada atributo de enlace tiene un valor para cada enlace accesible-por Fichero

Usuario tipo de permiso (leer/escribir/ejecutar)

Persona nombre DNI dirección

trabaja para

Empresa nombre CIF dirección

puesto salario - Los atributos “puesto” y “salario” podrían asociarse a la clase “Persona” (la clase con multiplicidad “muchos”), lo que no sería posible en relaciones “muchos-a-muchos”

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ATRIBUTOS DE LOS ENLACES (2) - Si se incluyen estos atributos en una clase de objetos, la flexibilidad se reduce si, posteriormente, la multiplicidad de la asociación cambia

equipo

portero

año

tiros parados goles encajados

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CLASES DE ASOCIACIONES - Cada enlace puede considerarse como una instancia de una clase de asociaciones - El diagrama de los atributos de los enlaces puede tener, además, nombre y operaciones - Resulta útil modelizar una asociación como una clase si los enlaces: - pueden participar en asociaciones con otros objetos y/o - están sujetos a operaciones

equipo usuario

máquina autorización prioridad privilegios abrir sesión

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ROLES - Cada extremo de una asociación es un rol - Cada rol tiene un nombre que identifica el objeto o conjunto de objetos asociado con el objeto o conjunto de objetos del otro extremo empleado compañía persona

contratante trabaja-para

- Su uso es opcional, y puede utilizarse además de, o en vez de, el nombre de la asociación - Es obligatorio utilizarlos si la asociación se da entre dos objetos de la misma clase - Es aconsejable para distinguir dos asociaciones entre el mismo par de clases

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AGREGACIÓN - forma especial de asociación - relación “parte-todo” o “es-parte-de” - los objetos que representan los componentes se asocian con un objeto que representa todo el compuesto - propiedades: - transitividad - antisimetría - propagación a algunas partes de algunas propiedades del compuesto - Representación:

documento

•párrafo

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•oración

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GENERALIZACIÓN Y HERENCIA - Recursos para compartir semejanzas entre clases, manteniendo las diferencias - Generalización: Relación entre una clase y una versión menos refinada de ella - Es una relación “is-a” - la relación inversa es la de especialización - la clase más general es la superclase y la menos general la subclase - Asignamos a la superclase los atributos y operaciones comunes al grupo de sus subclases - Decimos que cada subclase hereda las características de su superclase - Generalización, especialización y herencia son relaciones y procesos transitivos - una clase es antecesora de otra si es una de sus superclases - una clase es sucesora de otra si es una de sus subclases - Las subclases añaden sus propios atributos y operaciones a los heredados de sus antecesoras - Los nodos terminales del arbol jerárquico son las instancias (objetos) de las subclases más bajas del árbol. Estas instancias heredan todos los atributos y operaciones de sus clases antecesoras. - En ocasiones, una subclase puede especificar un valor de un atributo o una operación, aunque le vengan suministrados por sus superclases: - los valores por defecto de los atributos - los métodos de las operaciones - Normalmente, nunca se modifican las signaturas.

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REPRESENTACIÓN DE LA GENERALIZACIÓN - triángulo que conecta una superclase con sus subclases: Motor tipo de energía

Eléctrico

Combustión

Vapor

tipo de combustible Gasolina

Gasoil

- la etiqueta junto a cada triángulo es un discriminador que indica qué propiedad de un objeto está siendo abstraída por la relación de generalización

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MÓDULOS - Un módulo es un agrupamiento de clases, asociaciones y generalizaciones - Se especifican o definen en función del problema a modelizar - Cada modelo de objetos puede dividirse en módulos para facilitar su manipulación y comprensión - Los nombres de clases y de asociaciones deben ser únicos dentro de cada módulo y, en la medida de lo posible, también dentro del modelo de objetos completo - Los módulos se interconectan haciendo referencias a la misma clase - Es conveniente que haya menos enlaces intermódulo que intramódulo - Cada módulo tiene un nombre asignado

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HOJAS - Cada módulo se representa en una hoja separada - Si el módulo es complejo, puede dividirse en una serie de hojas, cada una de las cuales se numera, indicando el módulo al que pertenece. - Cada asociación o generalización aparece en una sola hoja - Las clases pueden aparecer en varias hojas - Para conectar las hojas entre sí se utilizan copias de las mismas clases. Las hojas hacen referencia a otras mediante un código encerrado en un círculo, y situado junto al símbolo de una clase: A

A Hoja 1

Módulo 3

Hoja 2

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Módulo 3

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Modelización Dinámica Referencias: Rumbaugh, 91 D. Harel(1987) Statecharts: a visual formalism for complex systems, Sc. of Comp. Prog. 8, 321-274 D. Harel (1988) On visual formalisms, Comm. ACM, 31, 5, 514530 Hopcroft, J. E., Ullman, J. D. (1979): Introduction to Automata Theory, Languages and Computation, Addison-Wesley Reisig, W. (1985), Petri Nets: An Introduction, Springer

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MODELIZACIÓN DINÁMICA - Cambios de los objetos y sus relaciones en el tiempo - Control: aspecto de un sistema que describe la secuencia de operaciones que tiene lugar en respuesta a estímulos externos, sin tener en cuenta qué hacen las operaciones, sobre qué operan, y cómo están implementadas - Conceptos dinámicos fundamentales: - sucesos (events): estímulos externos - estados (conjunto de valores de objetos) - Los programas no interactivos tienen un modelo dinámico trivial, ya que su objetivo consiste en computar una función - Diagrama de estados: - red de estados y eventos que representa transiciones de estados a lo largo del tiempo - representación gráfica de las máquinas de estado finito - Hay un diagrama de estados por cada clase que tenga un comportamiento dinámico relevante. No todas las clases lo necesitan - Cada máquina de estados se ejecuta concurrentemente, y puede cambiar de estado de forma independiente - Los diversos diagramas de estado de cada clase se combinan mediante sucesos compartidos. Hay que comprobar la consistencia

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SUCESOS - Algo que tiene lugar en un instante temporal determinado - Cada suceso es único y no tiene duración - Pueden estar causalmente relacionados entre sí, o no (sucesos concurrentes) - Si no están causalmente relacionados entre sí, su ordenación es irrelevante - Constituyen una transmisión de información unidireccional de un objeto a otro - El envío de un suceso desde un objeto a otro no incluye necesariamente una réplica - La réplica sería otro suceso - No es como la llamada a una subrutina - La granularidad de los sucesos depende del problema - Clases de sucesos que indican que existe una estructura y una conducta común - Esta estructura es jerárquica, igual que la de las clases de objetos - Casi todas las clases de sucesos tienen atributos que indican la información que transportan (se representan entre paréntesis a continuación de la etiqueta del suceso) - Pueden representarse como operaciones sobre el modelo de objetos

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ESCENARIOS - Un escenario es una secuencia de sucesos que tiene lugar durante una ejecución dada - Su alcance puede variar: - Todos los sucesos del sistema - Sólo los sucesos generados por determinados objetos del sistema - Puede ser un registro de una ejecución o un experimento mental sobre un modelo propuesto - Después de describir un escenario, hay que identificar al emisor y receptor de cada suceso - La construcción de diagramas de estado comienza por la identificación de escenarios

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EJEMPLO DE ESCENARIO Ej. de diagrama de seguimiento (traza) de eventos: Llamada telefónica Persona que llama

Línea telefónica

Persona llamada

levanta el receptor comienza el tono de marcar marca el 1er número termina el tono de marcar marca el 2º número ... marca el último número suena el tono de llamada el timbre de llamada suena leva el rec el tono de llamada se para el timbre de llamada se para telefonos conectados teléf con ... ... cuelga cuelga el teléfono fin de la conexión fin - El tiempo avanza de arriba abajo - Sólo se representa la secuencia, no los intervalos reales - Se pueden enviar sucesos concurrentes - Se pueden enviar más de un suceso seguido

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ESTADOS - Un estado es una abstracción de los valores de los atributos y de los enlaces de un objeto - En un estado se agrupa un conjunto de valores de acuerdo con propiedades que afectan al comportamiento de alto nivel del objeto - No tienen que especificarse todos los atributos del objeto, sólo los relevantes - La granularidad de los estados depende del problema - El estado especifica cuál será la respuesta del objeto a los sucesos de entrada - La respuesta de un objeto a un suceso puede variar cuantitativamente en función de los valores de sus atributos, pero es cualitativamente la misma para todos los valores dentro del mismo estado, y puede ser cualitativamente diferente para valores en diferentes estados - La respuesta de un objeto a un suceso puede incluir una acción o un cambio de estado del objeto - El estado representa el intervalo entre dos sucesos recibidos por un objeto - El estado depende de la secuencia de sucesos que ha recibido anteriormente, aunque en muchos casos los sucesos anteriores están escondidos por los sucesivos - El estado tiene una duración, y a veces se asocia con una actividad continua

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ESTADOS (2) - Mientras que un suceso separa dos estados, un estado separa dos sucesos - A veces se asocia un estado con el valor de un objeto que satisface una condición determinada - En el caso más simple, cada valor de un atributo define un estado distinto - Al definir estados, ignoramos los atributos que no afectan al comportamiento del objeto, y colocamos en un solo estado todas las combinaciones de valores de atributos y enlaces que responden de la misma forma a los sucesos - Especificación del estado: - nombre - descripción - secuencia de sucesos que produce el estado - condiciones que caracterizan el estado - sucesos aceptados por el estado: - suceso - acción - estado siguiente - En la medida en que un enlace puede ser considerado como un objeto, puede tener un estado.

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DIAGRAMAS DE ESTADO - Describe el comportamiento de una clase de objetos - Puesto que todas las instancias de una clase comparten el mismo comportamiento, todas comparten el mismo diagrama de estado - Relacionan estados y sucesos - El estado siguiente depende del suceso y del estado actual - Transición: cambio de estado causado por un suceso - Grafo dirigido cuyos nodos son estados y los arcos están etiquetados con los sucesos que causan la transición, sus (atributos), las [condiciones], y las /acciones - Camino: secuencia de sucesos (o estados) - Cada estado no explicita totalmente todos los valores del objeto - Cada instancia estará en un estado, en función de cuáles sean los valores de sus atributos - Cada objeto es independiente de los demás, y procede a su propio ritmo - El modelo dinámico es un conjunto de diagramas de estado que interactúan entre sí mediante sucesos compartidos

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DIAGRAMAS DE ESTADO (2) - los diagramas pueden representar: - ciclos de vida abiertos: - puede ser considerado como una diagrama de estado “subrutina”, que puede ser referenciado en varios lugares de un diagrama de de nivel superior - tiene estado inicial (•) y estado final (~), que pueden estar etiquetados - el estado inicial se establece cuando el objeto se crea - cuando se entra en el estado final, el objeto se destruye - bucles cerrados - Forma general: suceso1(atributos)[condición]/acción

Estado1

Estado 2

hacer: Actividad1

hacer:Actividad2

- Ejemplo simple: Ajedrez Init •

Juegan blancas mueven negras

mueven blancas

Juegan negras

jaque-mate ahogo ahogo jaque-mate

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~ Blancas ganan ~ Tablas ~ Negras ganan

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CONDICIONES - Son funciones booleanas de valores de objetos - Una condición es válida durante un intervalo - Un estado es definible en términos de una condición - Las condiciones pueden utilizarse como “guardas” sobre transiciones - Una transición guardada dispara si su suceso ocurre - Una condición guardada sobre una transición se expresa como una expresión booleana encerrada entre corchetes detrás del nombre del suceso - Ejemplo: tiempo [coches en izq N/S] abrir recto N/S

abrir giro izq. N/S tiempo[no hay coches izq. E/W] tiempo

tiempo

tiempo[no hay coches izq. E/W]

abrir giro izq. E/W

abrir recto E/W tiempo [coches en E/W]

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OPERACIONES - No basta con describir patrones de sucesos - Una descripción conductual de un objeto debe incluir lo que el objeto hace para responder a los sucesos (operaciones asociadas a los estados o a las transiciones) - Actividades: - operaciones con duración - asociadas a un estado - operaciones continuas (visualizar algo) o secuenciales - la actividad comienza cuando se entra en un estado, y termina cuando un suceso hace salir de él - Representación: “hacer:” - Acciones: - operaciones instantáneas - asociadas con un suceso - su estructura interna no es relevante a efectos de la modelización del control - también pueden representar operaciones internas de control: - establecer atributos - generar otros sucesos (p.ej., incrementar un contador) - diagramación: - precedido de / - a continuación de la condición de guarda

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DIAGRAMAS DE ESTADO ANIDADOS - Las máquinas de estados se estructuran igual que los objetos: - Generalización: - expansión de las actividades anidadas - se añaden detalles a las actividades que antes se describieron a alto nivel - los estados y los sucesos se colocan en jerarquías de generalización, con herencia de estructura y comportamiento (igual que la herencia de atributos y operaciones en clases) - Agregación: - un estado se puede partir en componentes ortogonales, con interacción limitada entre ellos - equivale a la concurrencia de estados - Con problemas complejos, la única forma práctica de trabajar consiste en anidar diagramas - Las actividades anidadas son diagramas de estado con transiciones de entrada y salida, igual que las subrutinas - Se usan estados anidados si la misma transacción se aplica a muchos estados

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EJEMPLO DE DIAGRAMA DE ESTADO - Máquina expendedora: introd. monedas/contar Inactivo

Recoger monedas introd. monedas/sumar

a contador cancelar/devolver monedas [agotado]

seleccionar prod.

[cambio < 0] hacer: comprobar exist. y calcular cambio [cambio=0] hacer: dispensar producto

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[cambio > 0] hacer: dar cambio

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EJEMPLO DE DIAGRAMA DE ESTADO (2) - La actividad “dispensar producto” puede expandirse en el siguiente subdiagrama: z

liberada liberado hacer: liberar columna hacer: liberar paquete ~

- Los sucesos, como “seleccionar producto” también pueden expandirse:

z

introd. dígito hacer: borrar producto

selecc. producto hacer: añadir ~ dígito confirmar borrar

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GENERALIZACIÓN DE ESTADOS - Los estados pueden tener subestados que heredan las transiciones de sus superestados - Cualquier transición o acción que se aplica a un estado, se aplica a todos sus subestados, a menos que éstos tengan una transición específica - Los superestados se diagraman mediante una caja redondeada grande, que contiene todos sus subestados (Harel: contornos) - Puede haber transiciones de un subestado a otro que esté fuera del contorno GENERALIZACIÓN DE SUCESOS - Los sucesos pueden estar organizados en una jerarquía de generalización, con herencia de los atributos de los sucesos

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ACCIONES DE ENTRADA Y SALIDA - En vez de mostrar acciones sobre las transiciones, podemos asociar las acciones con la entrada o la salida de un estado - Si todas las transiciones en un estado realizan la misma acción, no se utiliza - Siempre que se entra en un estado, mediante una transición de entrada, se ejecuta antes la acción de entrada - Siempre que se sale de un estado, mediante una transición de salida, se ejecuta antes la acción de salida - Si hay varias operaciones sobre un estado, se ejecutan en el siguiente orden: - acciones sobre la transición de entrada - acciones de entrada - actividades “hacer” (pueden ser interrumpidas por sucesos que causen transiciones a otro estado) - acciones de salida (también se ejecuta si se interrumpe una actividad “hacer”) - acciones sobre la transición de salida - Se utilizan si un estado tiene varias transiciones de entrada/salida , y todas causan la misma acción

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ACCIONES INTERNAS - Un suceso puede hacer que se ejecute una acción sin que cambie el estado - Si se produce el suceso, su acción se ejecuta, pero no las acciones de entrad y salida para el estado - Diferencia con las autotransiciones: éstas hacen que se ejecuten las acciones de entrada y salida TRANSICIÓN AUTOMÁTICA - Transiciones lambda: transiciones que se disparan cuando se completa una actividad secuencial - Se representan mediante una flecha sin etiqueta de suceso - Cada transición está condicionada ENVÍO DE SUCESOS - Un objeto puede realizar la acción de enviar un suceso (con sus atributos) a otro objeto - Se representa mediante una línea de puntos desde una flecha de transición a otro objeto o clase de objetos (o a una transición del diagrama de estados de ese objeto) - Si un estado puede aceptar sucesos de más de un objeto, el orden en que se reciben puede afectar al estado resultante (la “condición de carrera”)

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CONCURRENCIA - Cada objeto tiene su propio estado, y su propio diagrama de estados - La concurrencia por agregación de estados es la combinación de los estados de todos los diagramas componentes - Una transición condicionada de un objeto puede depender de que otro esté en un estado determinado - Puede darse concurrencia dentro del estado de un objeto si éste puede dividirse en subconjuntos de atributos o enlaces, cada uno con su propio subdiagrama - En este caso, el estado del objeto será la combinación de los estados de cada subdiagrama SINCRONIZACIÓN DE ACTIVIDADES CONCURRENTES - A veces un objeto debe realizar varias actividades a la vez, y todas ellas deben acabar antes de que el objeto pueda pasar a otro estado - Representación: se subdivide el estado con líneas de puntos, en cada una de las cuales se coloca una actividad “hacer” concurrentes. Las flechas se bifurcan para mostrar la concurrencia

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Modelización Funcional Rumbaugh, 91; Yourdon, E. (1989), Modern Structured Analysis, Yourdon Press De Marco (1979), Structured Analysis and Systems Specification, Prentice Hall - Descripción de la computación: Qué hace el sistema (Mod. dinámica: cuándo hace el sistema lo que hace) (Mod. de objetos: a quién hace el sistema lo que hace) - Describe cómo se derivan los valores de salida de los de entrada, sin tener el cuenta el orden de la computación - Conjunto de diagramas de flujo de datos (DFDs), cuyos elementos son: -entradas extenas - operaciones - almacenes internos - salidas externas - Incluye restricciones entre valores - Especifica el significado de: - las operaciones del modelo de objetos - las acciones del modelo dinámico - las restricciones del modelo de objetos - Este modelo funcional es el principal modelo de los programas no interactivos - Las BDs tienen un modelo funcional trivial

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DFDs - Conjunto de DFDs que especifican el significado de operaciones y restricciones - El DFD muestra las relaciones funcionales entre los valores computados - muestra el flujo origen-proceso-destino - ignora la información de control (tiempo, decisiones entre caminos alternativos) - Contiene: - procesos: que transforman datos: - flujos de datos, que mueven datos - actores: objetos que producen y/o consumen datos

- almacenes de datos: guardan datos pasivamente

- Cada elemento lleva una etiqueta descriptiva

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DFDS ANIDADOS - Visión de la descomposición funcional del sistema en unidades funcionales - La estructura de anidamiento forma un árbol - El nivel más bajo es el de las funciones primitivas

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PROCESOS - Los procesos de nivel más bajo son funciones puras sin efectos colaterales - Un DFD entero es un proceso de alto nivel - Puede tener efectos colaterales si incluye componentes no funcionales (almacenes de datos u objetos externos) - El modelo funcional sólo indica los posibles caminos funcionales, no los que tienen lugar realmente en función de la dinámica del sistema (esto aparece en el modelo dinámico) - Tienen una o más entradas y una o más salidas - sus entradas y salidas están etiquetadas con su papel en la computación o el tipo de dato - Sólo muestra el patrón de entradas y salidas. La computación hay que especificarla - Un proceso de alto nivel puede expandirse en todo un DFD de nivel más bajo - Los procesos se implementan como métodos de operaciones sobre clases de objetos

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FLUJOS DE DATOS - Conectan la salida de un objeto o proceso con la entrada de otro objeto o proceso - Representa un valor en un punto del proceso - Los de entrada/salida pueden estar conectados a objetos o no (si el diagrama es un fragmento del diagrama total) - El mismo valor puede dirigirse a componentes distintos - A veces, un valor agregado se descompone en sus componentes, y cada uno se dirige a un lugar distinto. En este caso, cada flecha componente se etiqueta

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ACTORES - Objeto activo que produce o consume valores - Están asociados a las entradas o salidas de un DFD (terminadores) - Ej.: el usuario de un programa - Las acciones de los actores no se representan en el DFD, sino en el modelo dinámico ALMACENES DE DATOS - Objeto pasivo que almacena datos - Responde a peticiones de almacenamiento y recuperación de datos - Incluye añadir, modificar o borrar elementos

FLUJOS DE CONTROL - A veces se incluyen en el modelo funcional - Se representa como una línea de puntos desde un proceso que controla a otro controlado - Puede etiquetarse con el valor de control

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Metodología de Modelización

ESPECIFICACIÓN DE OPERACIONES - Los procesos se implementarán como operaciones sobre objetos - Cada operación puede especificarse de distintas formas: - función matemática - tabla de valores de entrada/salida para conjuntos finitos pequeños (enumeración) - ecuaciones que especifican el output en términos del input - precondiciones y postcondiciones (definición axiomática) - tablas de decisión - cálculo de predicados - pseudocódigo - lenguaje natural - La especificación incluye: - nombre de la función - una signatura: la interfase a la operación - los argumentos que exige, su número, orden y tipos (entrada) - los valores que devuelve (número, orden y tipos) (salida) La signatura de todos los métodos que implementan una operación debe coincidir - una transformación que define el efecto de una operación: - valores de salida como funciones de los valores de entrada - efectos colaterales en los objetos sobre los que opera - restricciones

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ESPECIFICACIÓN DE OPERACIONES (2) Tipos de transformaciones: - Operaciones de acceso (triviales): - leen o escriben atributos o enlaces de un objeto - se derivan de los atributos y asociaciones de una clase del modelo de objetos - no se especifican en la fase de análisis - en el diseño se distinguen las públicas de las privadas - Operaciones no triviales: - queries: - no tiene efectos colaterales sobre el estado externamente visible de un objeto - instantáneas - son atributos derivados - acciones: - tienen efectos colaterales en los objetos - no tienen duración - actualizan los atributos básicos y de los enlaces - definibles en términos de estados anterior y posterior - se derivan de los procesos en el modelo funcional - actividades - operaciones con duración - sólo tienen sentido para los actores - suelen corresponder a un diagrama de estado en el modelo dinámico

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ESPECIFICACIÓN DE OPERACIONES (3) - Puede haber valores internos no visibles desde fuera, que son privados de la operación y quizás de la clase de objetos - El estado del objeto puede dividirse entre información externamente visible e información interna privada

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RESTRICCIONES - Una restricción expresa la relación entre: - dos objetos al mismo tiempo - diferentes valores del mismo objeto en tiempos distintos - Puede expresarse como: - una función total (un valor viene definido completamente por otro) - una función parcial (un valor está restringido por otro, pero no está completamente definido por él) - Hay restricciones en los tres tipos de modelos - Invariantes: restricciones entre valores de un objeto independientes del tiempo

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Modelo funcional

Modelo de objetos

- lo que el sistema tiene que hacer - procesos

-quién hace: los objetos - operaciones

- actores - almacenes - flujos de datos

- objetos - objetos - valores

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Modelo dinámico

- secuencia de ejecución

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Análisis -------------------------------------------------------------------------------Bibliografía Shlaer, S. (1988), Object-Oriented Systems Analysis, Yourdon Press -------------------------------------------------------------------------------- Primer paso: Formulación del problema - Requerimientos obligatorios - Requerimientos opcionales - Alcance del problema - Contexto - Supuestos - Requerimientos de eficiencia - Previsión de extensiones futuras - Protocolos de interacción con sistemas externos - Modelización de objetos: - identificar objetos y clases - entidades físicas - conceptos - denotados por nombres - depurar los objetos y clases - eliminar las clases redundantes, manteniendo la descripción más rica - eliminar las clases irrelevantes - precisar o eliminar las clases vagas, confusas o demasiado amplias - la modelización de un elemento como clase o atributo depende de cada caso Unidad Docente de Lógica y Filosofía de la Ciencia

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Metodología de Modelización

- la modelización de un elemento como clase o como operación depende de cada caso - el nombre de una clase debe reflejar su naturaleza, y no su papel - preparar diccionario de datos - cada entrada corresponde a la definición de una clase u objeto - alcance dentro del problema - supuestos o restricciones de su uso - descripción de asociaciones, atributos y operaciones - identificar asociaciones entre objetos (incluyendo agregaciones) - en vez de referir atributos a clases, utilizar asociaciones - asociaciones se expresan como verbos de posicionamiento físico, comunicación, acciones dirigidas, propiedad, satisfacción de condiciones, ... - la distinción entre asociaciones y agregaciones no es muy importante ahora - depurar las asociaciones incorrectas: - normalmente las asociaciones son binarias - - redundancias: algunas asociaciones pueden ser definidas a partir de otras (asociaciones dependientes) - - pueden mantenerse para mayor facilidad del diseño, pero se marcan con líneas de puntos - - en la medida de lo posible, clases, atributos y asociaciones deberían representar información independiente - nombres claros y descriptivos (qué, y no cómo o por qué) - papel que una clase en una asociación desempeña desde el punto de vista de la otra clase - cualificador: nombre más contexto de uso - multiplicidad: menos importante durante el análisis Unidad Docente de Lógica y Filosofía de la Ciencia

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- identificar atributos y enlaces - propiedades de objetos individuales - no son objetos - nombres seguidos de frases posesivas (“el color de mi coche”) - adjetivos - no llevar demasiado lejos la búsqueda de atributos - omitir o identificar los atributos derivados (edad, de fecha de nacimiento y fecha actual) - depurar los atributos - si la existencia independiente de una entidad es más importante que su valor, entonces es un objeto - si el valor de un atributo depende de un contexto determinado, entonces el atributo es un cualificador - a veces los nombres se modelizan mejor como cualificadores que como atributos de los objetos. - Si no dependen del contexto, y pueden no ser únicos, son atributos - si una propiedad depende de la presencia de un enlace, entonces la propiedad es un atributo del enlace, y no del objeto relacionado - si un atributo describe el estado interno de un objeto que es invisible desde fuera de ese objeto, entonces eliminarlo - eliminar los atributos menos importantes - organizar y simplificar clases de objetos utilizando la herencia - bottom up: generalizar aspectos comunes de las clases, formando superclases - si aparece repetidamente el mismo nombre de asociación con el mismo significado, intentar generalizar las clases asociadas - top-down: refinar las clases formando subclases especializadas: adjetivos del nombre de la clase

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Metodología de Modelización

- verificar la existencia de caminos de acceso para las queries - iterar y refinar el modelo - objetos que faltan - clases innecesarias - asociaciones que faltan - asociaciones innecesarias - asociaciones incorrectas - atributos incorrectos - agrupar las clases en módulos - dividir los diagramas en hojas - módulo: conjunto de clases (una o más hojas) que contiene un subconjunto lógico del modelo total - organización de módulos: - organización en estrella - módulo central que contiene la estructura global de las clases de alto nivel - otros módulos expanden cada clase de alto nivel en una jerarquía de generalización, y añaden asoociaciones a clases adicionales de bajo nivel - Modelización dinámica - Preparación de escenarios - escenario: secuencia de sucesos - cada suceso tiene un actor (sistema, experimentador) y unos parámetros - parámetros del suceso: la información intercambiada (puede ser simplemente el hecho de que el suceso ha ocurrido) - diálogos típicos entre: - experimentador y modelo - usuario y sistema - primero diálogos “normales”, y después los “especiales” (entradas sin valor, con máximos o mínimos, incompletas, etc.) y las condiciones de error (valores no válidos, etc.) - abortar operaciones o retornar a puntos anteriores - Frecuente distinción entre: Unidad Docente de Lógica y Filosofía de la Ciencia

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- lógica de la aplicación (lo que interesa en el modelo dinámico) - interfase de usuario - Identificar los sucesos entre objetos - agrupar bajo el mismo nombre los sucesos que tengan el mismo efecto en el flujo de control. - asignar cada tipo de suceso a las clases de objetos que lo envían y lo reciben (como suceso de entrada y de salida) - Preparar una traza de sucesos para cada escenario - cada columna (objeto) de la traza identifica los sucesos que afectan a un objeto determinado - un diagrama de flujo de sucesos muestra los sucesos entre clases, sin tener en cuenta su secuencia: - Construir un diagrama de estados - para cada clase de objetos con comportamiento dinámico no trivial - cada escenario o traza de sucesos corresponde a un camino en el diagrama de estados - Operativa de construcción: - Tomamos los diagramas de traza de sucesos que afectan a la clase que estamos modelizando. - Tomamos una traza que corresponde a una interacción típica, y sólo tenemos en cuenta los sucesos que afectan a un solo objeto. - Colocamos los sucesos en un camino cuyos arcos están etiquetados con los sucesos de entrada y salida que encontramos en una columna de la traza. - El intervalo entre dos sucesos es un estado. - Dar un nombre (significativo, si es posible) a cada estado. - El diagrama inicial será una secuencia de sucesos y estados. - Si el escenario puede repetirse indefinidamente, cerrar el camino en el diagrama de estados

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- Revisar los bucles. Favorecerlos, y revisar sus salidas - insertar otros escenarios en el diagrama de estados - Después de los sucesos normales, los límites o especiales, y los de error - Si hay interacciones complejas con entradas independientes, podemos construir el modelo dinámico utilizando diagramas de estado anidados. - Comprobar los sucesos entre objetos para verificar la consistencia - Modelización funcional - Identificar los valores de entrada y salida - son los parámetros de los sucesos entre el sistema y el mundo externo - Construir DFDs que muestren las dependencias funcionales - normalmente se construye por capas o niveles - recoger valores - computar valores - generar salida - proceder de atrás hacia delante: normalmente es más difícil identificar todos los usos de una entrada que identificar todas las fuentes de una salida - expandir los procesos no triviales en DFDs de bajo nivel - Describir las funciones en el lenguaje adecuado - preferible la descripción declarativa: especificación de las relaciones entre entrada y salida y entre los valores de salida: no implica una implementación - si es más fácil que la declarativa, descripción procedural: especificación de un algoritmo - identificar las restricciones - dependencias funcionales entre objetos no relacionados mediante una dependencia de entradasalida

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- restricciones entre dos objetos al mismo tiempo, entre instancias del mismo objeto en tiempos distintos (un invariante) o entre instancias de objetos distintos en tiempos distintos - las precondiciones sobre las funciones son restricciones que deben satisfacer los valores de entrada, y las postcondiciones son restricciones que deben satisfacer los valores de salida - hay que especificar los tiempo o condiciones en los que valen las restricciones - Especificar los criterios de optimización - valores que hay que maximizar, minimizar, u optimizar - si hay criterios de optimización en conflicto, indicar los criterios de decisión. - Especificación de operaciones - del modelo de objetos - lectura y escritura de valores de los atributos y enlaces de asociación - de los sucesos - cada suceso enviado a un objeto corresponde a una operación sobre él - de las acciones de estado y de las actividades - de las funciones - cada función corresponde a una operación sobre uno o más objetos - las funciones (excepto las de acceso) se organizan en operaciones sobre objetos - genéricas - operaciones que no dependen de un sistema concreto ni están sujetas a un orden de ejecución determinado, pero que son significativas por sí mismas - simplificación de operaciones: eliminar redundancias y variaciones. Utilizar la herencia para reducir el número de operaciones distintas. Introducir nuevas superclases. - Iteración del Análisis Unidad Docente de Lógica y Filosofía de la Ciencia

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Diseño del sistema -------------------------------------------------------------------------------Bibliografía: Yourdon, E., Constantine, L. (1989): Structured Design, Prentice Hall Page-Jones, M. (1988): The Practical Guide to Structured Systems Design, Prentice Hall -------------------------------------------------------------------------------- arquitectura del sistema: - organización global del sistema en componentes llamados subsistemas - Organización del sistema en subsistemas - Cada subsistema contiene aspectos del sistema que comparten alguna propiedad común o funcionalidad semejante - Un subsistema no es un objeto ni una función, sino un empaquetamiento de clases, asociaciones, operaciones, sucesos y restricciones que están interrelacionados y que tienen un interfase bien definido con otros subsistemas - normalmente un subsistema se identifica con los “servicios” que proporciona - un “servicio” es un grupo de funciones relacionadas que comparten algún objetivo común, p. ej., cálculo aritmético, procesamiento de entrada/salida, etc. - las operaciones internas de cada subsistema pueden ser diseñadas independientemente de las de los demás - El diseño del sistema debe ser tal que la mayor parte de las interacciones se produzcan dentro de cada subsistema. - cada subsistema puede descomponerse en subsistemas más pequeños. Los subsistemas de nivel más bajo se llaman “módulos” - La relación entre subsistemas puede ser: - cliente-servidor

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- el cliente llama al servidor, que realiza algún servicio y devuelve el resultado. El cliente conoce el interfase del servidor, pero no a la inversa - entre iguales (peer-to-peer) - cada subsistema puede llamar a los demás. A cada comunicación no le sigue necesariamente una respuesta inmediata. Cada subsistema debe conocer el interfase de los demás. Dada la posible existencia de bucles, su dificultad es mayor. - La descomposición de sistemas en subsistemas puede organizarse como una secuencia de capas horizontales o de particiones verticales. También pueden adoptarse enfoques híbridos - Capas - Un sistema de capas (layered system) es un conjunto de niveles tal que cada uno de ellos está construido en términos de los que se encuentran por debajo de él, y constituye la base para la construcción de los que se encuentran por encima de él - El nivel superior es el sistema deseado y viene especificado en la formulación del problema. El nivel inferior son los recursos disponibles. Los niveles intermedios se introducen: - para eliminar el salto conceptual entre los niveles - para aumentar la portabilidad del sistema - filosofía cliente-servidor: cada capa conoce los servicios proporcionados por capas inferiores, pero no a la inversa - dos arquitecturas alternativas: - cerrada: cada nivel está construido exclusivamente en términos del nivel inmediatamente inferior. Reduce las dependencias entre niveles y los cambios son

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más fáciles, puesto que el interfase sólo afecta al nivel siguiente. - abierta: cada nivel puede utilizar cualquier otro nivel inferior. Reduce la necesidad de redefinir operaciones en cada nivel, pero no respeta el principio del ocultamiento de información. Los cambios de un subsistema pueden afectar a cualquier otro sistema superior. Menos robustez. - Particiones - Divisiones del sistema en subsistemas independientes y débilmente acoplados, cada uno de los cuales proporciona un servicio específico - el conocimiento de los demás es superficial, y las dependencias son mínimas - Topologías del sistema - tras la identificación de los subsistemas del nivel superior, se construye un DFD que muestra el flujo de información entre los subsistemas - secuencia, estrella, ... - Identificar las concurrencias inherentes - una hebra de control es un camino a través de un conjunto de diagramas de estado sólo está activo un objeto a la vez. - Una hebra permanece en un diagrama de estado hasta que un objeto envía un suceso a otro objeto y queda a la espera de otro suceso. La hebra pasa al receptor del suceso hasta que, en su caso, ésta vuelve al objeto original. La hebra se parte si el objeto envía un evento y continúa la ejecución - En cada hebra de control, sólo está activo un objeto a la vez. Se implementan como tareas. - dos objetos son inherentemente concurrentes si pueden recibir sucesos al mismo tiempo sin interactuar - hay que identificar qué objetos deben estar activos de forma concurrente, y cuáles tienen una actividad que es mutuamente excluyente

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- si los sucesos no están sincronizados, no pueden colocarse en la misma hebra (thread) de control (“tarea”). Si su actividad es mutuamente excluyente, pueden colocarse en la misma tarea. - los sistemas operativos multitarea pueden manejar subsistemas inherentemente concurrentes. No es necesario asignarlos a diferentes unidades hardware - aunque todos los objetos son conceptualmente concurrentes, muchos son interdependientes - muchos objetos pueden colocarse en la misma hebra de control, examinando los diagramas de estado de cada objeto y el intercambio de información entre ellos - Asignar subsistemas a los procesadores y las tareas - Para cada subsistema, se evalúan los requerimientos de rendimiento y los recursos necesarios - Se escoge la implementación hard o soft para cada subsistema - Se asignan subsistemas soft a los procesadores para satisfacer los requerimientos y minimizar la comunicación interprocesadores - Se establece la conectividad de las unidades físicas que implementan los subsistemas - Se asignan tareas a los procesadores, teniendo en cuenta localización física, tiempo de respuesta o carga de computación - Se determina la conectividad física: topología de conexión física, topología de las unidades repetidas, teniendo en cuenta las pautas de entrada de datos y el algoritmo paralelo para procesarlos (secuencia lineal, matriz, árbol, estrella) - Se decide la forma y tipo de los canales de conexión (ancho de banda, latencia), y los mecanismos de interacción (síncronos, asíncronos o de bloqueo) y protocolos de conexión - Elegir un enfoque para la gestión de los almacenes de datos

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- los almacenes de datos internos y externos constituyen líneas de separación entre subsistemas con interfases bien definidos - el uso de bases de datos tiene ventajas e inconvenientes - Manejar el acceso a los recursos globales - dispositivos, espacio de almacenamiento o visualización, nombres lógicos, bases de datos compartidas, etc. - cada recurso debe ser poseído por un objeto guardíán que controla su uso, total o parcial, mediante el uso de bloqueos (locks) - Escoger la implementación de control en el software - en el análisis, las interacciones aparecen como sucesos entre objetos - dos tipos de control: - externo: flujo de sucesos externamente visibles entre los objetos - tipos de control de sucesos externos: - secuencial - guiado por procedimientos (sist. ...) - el procedimiento pide una entrada y queda a la espera de recibirla - fácil implementación si hay alternancia regular de sucesos de entrada/salida - malo para las entradas asíncronas, sistemas de control, interfases de usuario flexibles - C++ - guiados por sucesos (sist. ...) - el lenguaje dispone de un dispatcher o monitor que proporciona el control - los procedimientos estás asignados a sucesos, y el dispatcher los llama cuando ocurre el suceso (callback) - los procedimientos devuelven control al dispatcher

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- más difícil de implementar, pero más flexible - X-Windows - concurrente (sist....) - ejecución concurrente de tareas - sucesos almacenados en una cola - resolución de conflictos de planificación entre tareas - Ada - Control interno - flujo de control dentro de un proceso - sólo existe en la implementación. Tipos: - llamadas a procedimientos - llamadas cuasi-concurrentes entre tareas (corutinas, procesos lighweight ). Tiene varios espacios de direccionamiento y múltiples pilas de llamada, pero sólo puede estar activa una hebra de control a la vez - llamadas concurrentes entre tareas - Otros: - programación basada en reglas, programación lógica... - no control explícito, sino especificación declarativa con reglas de evaluación implícitas, quizás no declarativas - Manejar las condiciones límite - inicialización: constantes, parámetros, variables globales, tareas, objetos guardianes, jerarquía de clases - terminación: liberación de recursos - fallo: errores del programa (bugs), errores de entrada, agotamiento de recursos, fallo externo - Establecer las prioridades - elegir entre objetivos deseables pero incompatibles - prototipaje rápido - Estructuras arquitectónicas habituales - Transformación batch

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- la transformación de datos de todo un conjuntode entrada se ejecuta una sola vez - transformación secuencial desde la entrada hasta la salida - ej.: compilación cód. fuente An. léxico

list. tokens árbol gr. An. gramatical

An. semántico (parsing) arbol gr. ampliado cód. objeto

cód. optimiz. código Form. c. obj . Optimización

Generac. cód . - su modelo de estados es trivial - lo más importante es el modelo funcional, que especifica cómo los valores de entrada se transforman en los de salida - metodologías de DFD y descomposición funcional - etapas: - partir la transformación en fases - diagrama del sistema: DFD - definir clases intermedias para los flujos entre cada para de fases sucesivas. Cada conjunto de clases forma un modelo de objetos, acoplado débilmente con los de las fases contigüas - expandir cada fase hasta que las operaciones sean fácilmente implementables - optimizar el diagrama final - Transformación continua - la transformación de datos se ejecuta de forma continuada a medida que las entradas van cambiando Unidad Docente de Lógica y Filosofía de la Ciencia

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- etapas : - diseñar el DFD - definir objetos intermedios - propagar los efectos intermedios de cada cambio como actualizaciones incrementales a lo largo de toda la secuencia - optimizar la secuencia - Interfase interactivo - sistema dominado por interacciones externas - ergonomía del diálogo con el usuario - etapas: - separar los objetos del interfase de los que definen la semántica de la aplicación - si es posible, utilizar objetos predefinidos para interactuar con agentes externos - utilizar el modelo dinámico como estructura del programa. Mejor, control guiado por sucesos. - separar los sucesos físicos de los lógicos (múltiples sucesos físicos) - especificar completamente las funciones de la aplicación que son invocadas por el interfase - Simulación dinámica - sistema que simula objetos cambiantes del mundo real - muchos objetos distintos que se actualizan continuamente - etapas:

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- identificar actores, objetos activos del mundo real, en el modelo de objetos. Los actores tienen atributos que se actualizan periódicamente - identificar sucesos discretos: interacciones discretas con el objeto. Pueden implementarse como operaciones sobre el objeto - identificar dependencias continuas. Los atributos del mundo real pueden depender de otros o variar continuamente respecto al tiempo u otros parámetros. Estos atributos hay que actualizarlos periódicamente utilizando técnicas de aproximación numérica para minimizar los errores de cálculo - normalmente, la simulación se ejecuta sobre un escalamiento temporal dado. Los procesos continuos se aproximan mediante pasos discretos - Sistema de Tiempo real - sistema dominado por restricciones temporales estrictas - determinar el escenario del peor caso - Gestor de Transacciones - sistema que almacena y actualiza datos, incluyendo normalmente acceso concurrente desde distintos lugares - etapas: - establecer las correspondencias entre el modelo de objetos y la base de datos - determinar los recursos que no pueden compartirse (unidades de concurrencia) - determinar los recursos a los que debe accederse a la vez durante la transacción (unidades de transacción) - diseñar el control de la concurrencia para las transacciones --------------------------------------------------------------------------------

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Diseño de objetos -------------------------------------------------------------------------------Aho, A., Hopcroft, J., Ullman, J. (1975), The Design and Analysis of Computer Algorithms, Addison-Wesley Sedgewick, R. (1983), Algorithms, Addison-Wesley Gonnet, G. H. (1984), Handbook of Algorithms and Data Structures, Addison-Wesley Ullman, J. (1988) Principles of Database and Knowledge-Based Systems, Comp. Sc. Press Meyer, B. (1988), Object-Oriented Software Construction, Prentice Hall Int. -------------------------------------------------------------------------------- Transformación de la estructura lógica del modelo de análisis en una organización física de un programa - Papel central del modelo de objetos en el diseño - Combinar los tres modelos para obtener las operaciones sobre clases - el modelo de objetos puede no mostrar las operaciones - las acciones y actividades del modelo dinámico y los procesos del modelo funcional se convierten en operaciones asociadas a las clase del modelo de objetos - Si asociamos una operación con los sucesos que un objeto recibe, el algoritmo que implementa la operación depende del estado del objeto - el código que implementa el algoritmo debe contener una sentencia CASE que especifique el estado - Si tenemos un par de sucesos que representan una acción sobre otro objeto y la devolución del resultado de la acción, podemos representarlos como una operación - una acción o actividad puede expandirse en un DFD completo del modelo funcional - los procesos en el cuerpo del DFD representan el cuerpo de una operación - los flujos son los valores intermedios

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- hay que convertir la estructura del grafo en una secuencia lineal de pasos de un algoritmo - los procesos del DFD constituyen suboperaciones. Algunas pueden ser operaciones sobre el objeto original o sobre otros. Para saber a qué objeto se dirige una operación: - si el proceso extrae un valor de un flujo de entrada, entonces el objetivo es el flujo de entrada - si tiene flujos de entrad y salida del mismo tipo, y el de salida es una versión actualizada del de entrada, entonces el objetivo es el flujo de entrada/salida - si el proceso construye un valor de salida a partir de varios de entrada, entonces tenemos una operación de clase (constructor) sobre la clase de salida - si el proceso tiene una entrada de o una salida a un almacén o un actor, entonces éstos son los objetivos - Diseñar algoritmos para implementar las operaciones - Elegir algoritmos que minimicen el coste de implementación de las operaciones - en muchos casos, la especificación del modelo funcional ya constituye un algoritmo suficiente - Se necesitan algoritmos: - para implementar funciones para las que no se ha dado una especificación procedural (sólo restricciones declarativas) - para optimizar funciones definidas mediante un algoritmo sencillo pero poco eficiente - Criterios de elección: - Complejidad computacional: ¿cómo crece la demanda de tiempo o de espacio de memoria respecto al número de valores de entrada? - Facilidad de implementación y de comprensibilidad Unidad Docente de Lógica y Filosofía de la Ciencia

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- Flexibilidad - Ajuste al modelo de objetos - Seleccionar estructuras de datos apropiadas a los algoritmos - instancias de clases contenedoras - estructuras de datos genéricas dadas como librerías: matrices, listas, colas, pilas, conjuntos, bags, diccionarios, asociaciones, árboles, colas de prioridad, árboles, binarios, ... - Si es necesario, definir nuevas clases y operaciones internas - Asignar la responsabilidad de las operaciones a las clases adecuadas - mejor a la clase objetivo que a la iniciadora - el objetivo de la operación es el objeto cambiado, no el meramente preguntado - el objetivo de la operación es el objeto alrededor del cual se agrupan en estrella las clases y asociaciones que intervienen en la operación - por defecto, si es sólo un objeto el que interviene, decidir qué objeto realiza la operación en el mundo real - Optimizar los caminos de acceso a los datos - Añadir asociaciones redundantes para minimizar los costes de acceso y maximizar la conveniencia - reordenar más eficientemente la computación - Almacenamiento de atributos derivados para evitar la recomputación de expresiones complicadas. Su valor se puede actualizar de tres formas: - actualización explícita - recomputación periódica - valores activos - Implementar el control de las interacciones externas - Para implementar el modelo dinámico de acuerdo con la estrategia básica decidida durante el diseño del sistema se puede:

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- Definir implícitamente el estado del programa mediante la asignación de control dentro de él (Sistema guiado por procedimientos: enfoque tradicional): Transferencia de control a una sentencia o rutina en función de la entrada recibida: Técnica de conversión: - identificar el camino de control principal o normal. Construir una secuencia lineal de sentencias que corresponden a los estados de ese camino - Identificar los caminos alternativos y convertirlos en sentencias condicionales - Identificar caminos hacia atrás que salgan del camino principal y que se junten después con él. Se convertirán en bucles en el programa. Si hay varios caminos hacia atrás que no se cruzan, se convierten en bucles anidados en el programa. Los que se cruzan no se anidan, pueden implementarse excepcionalmente con gotos. - los estados y transiciones que queden corresponden a condiciones de excepción. Se convertirán en subrutinas de error, manejo de excepciones soportado por el lenguaje, o definiciones o comprobaciones de los flags de estado - Implementar directamente un mecanismo de máquina de estados (sistema guiado por sucesos) - Motor de transiciones que permite ejecutar una máquina de estados representada por una tabla de transiciones y acciones - YACC o LEX (parsers) proporcionan máquinas de estado explícitas - Implementar los objetos como tareas concurrentes - Ajustar la estructura de clases para aumentar la herencia - Reordenar las clases y operaciones - ligeras modificaciones de las operaciones y de las clases pueden permitirnos aumentar la herencia mediante una sola operación heredada - número de argumentos de las operaciones - nombres de los atributos Unidad Docente de Lógica y Filosofía de la Ciencia

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- Abstraer la conducta común de grupos de clases - crear superclases con los rasgos compartidos - Utilizar la delegación para compartir la conducta cuando la herencia es semánticamente inválida - un objeto puede invocar selectivamente funciones de otra clase - Diseñar las asociaciones - estrategia para implementar las asociaciones - global o para cada asociación - si algunas asociaciones se atraviesan en una sola dirección, su implementación se puede simplificar, como puntero (atributo que contiene la referencia de un objeto) o conjunto de punteros (dependiendo de su multiplicidad). Si la asociación apunta a “muchos” ordenados, podemos utilizar una lista en vez de un conjunto. Una asociación cualificada con multiplidad “uno” puede implementarse como un objeto diccionario (conjunto de pares de valores que hacen corresponder valores de selección con valores objetivo). Los diccionarios se pueden implementar mediante hashing. Con multiplicidad “muchos”, diccionarios de conjuntos de objetos - las asociaciones bidireccionales: como atributos en una dirección, en ambas, o como un objeto asociación distinto de las dos clases (conjunto de pares de objetos asociados, o triplas para las asociaciones cualificadas, que se implementan mediante dos objetos diccionario, uno para cada dirección), dependiendo de la frecuencia de uso de las asociaciones, de si los accesos superan a las actualizaciones - Si una asociación tiene enlaces, se implementa como una clase distinta, en la que cada instancia representa un enlace y sus atributos - Determinar la representación de objetos: fácil. Tipos primitivos o combinaciones de grupos relacionados. - Empaquetar las clases y asociaciones en Módulos - Ocultar la información interna Unidad Docente de Lógica y Filosofía de la Ciencia

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Metodología de Modelización

- definición del interfase público de cada clase al mayor nivel de abstracción posible - decidir qué atributos de la clase serán accesibles desde fuera o no (private) - limitar el alcance de los métodos y operaciones - evitar el acceso mediante asociaciones no conectadas a la clase actual - evitar aplicar un método al resultado de otro método - asegurar la coherencia de las entidades - una entidad, operación o módulo es coherente si está organizado sobre un plan consistente y todas sus partes se ordenan a un fin común. Separar los métodos estratégicos (policy) de los métodos que implementan algoritmos (implementation meth.) - construir los módulos físicos - Documentar las decisiones de diseño: documento de diseño -------------------------------------------------------------------------------Implementación - Dijkstra, E. W. (1976): A Discipline of Programming, Prentice Hall - Kernighan, B. W., Plauger, P. J. (1978), The Elements of Programming Style, McGraw-Hill -------------------------------------------------------------------------------- Reusabilidad - métodos coherentes: una sola función o un solo grupo de funciones relacionadas - métodos pequeños - métodos consistentes: los métodos semejantes deben utilizar los mismos nombres, condiciones, orden de los argumentos, tipos de datos, valores devueltos y condiciones de error. Deben tener una estructura paralela Unidad Docente de Lógica y Filosofía de la Ciencia

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Metodología de Modelización

- separar la estrategia de la computación básica - uniformidad: escribir métodos para todas las combinaciones de entrada, y no sólo para las previstas - generalizar el método lo más posible - evitar las dependencias contextuales - subrutinas - factorización de las diferencias - delegación - encapsulamiento de código externo dentro de una operación o clase - extensibilidad - encapsular las clases - ocultar las estructuras de datos - evitar el acceso remoto a enlaces o métodos - evitar sentencias case sobre el tipo de objeto, sino métodos. Las case se utilizan para comprobar atributos internos de un objeto - distinguir las operaciones públicas de las privadas - robustez - optimizar el programa sólo después de que funcione - validar los argumentos - evitar límites predefinidos - incluir en el programa instrumentos de depuración y monitorización del rendimiento - programación en equipo - no comenzar prematuramente la programación - mantener los métodos inteligibles - hacer los métodos legibles - utilizar exactamente los mismos nombres que en el modelo de objetos - escoger cuidadosamente los nombres, siguiendo una pauta uniforme - usar metodologías de programación, o crearlas - documentar las clases y métodos - empaquetar en módulos.

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