Пакеты прикладных программ.

Остановимся несколько подробнее на этом[3] важном направлении современного програм­мирования. Чтобы лучше ощутить существующие здесь проблемы и понять пути их решения, об­ратимся к истории вопроса, благо история эта ещё весьма коротка.

Первые программисты писали “вручную”, в командах. Однако уже тогда, зарождавшийся вычислительный эксперимент характеризовался многомодельностью. Это означало, что в процес­се расчётов математическая модель, или вычислительный алгоритм, постоянно модифицирова­лась, видоизменялась. Всё это в первую очередь сказывалось на программе, в которую необходи­мо было вносить соответствующие изменения. Программист - автор программы, конечно же, не переписывал её каждый раз заново, просто в соответствующее место делалась нужная вставка, в программе появлялась очередная “заплата”. Помимо основного задания на программирование, заводилась специальная “тетрадь изменений”, куда, чтобы не запутаться, заносились все исправ­ления и переделки.

Если математическая модель претерпевала заметные изменения (например, в уравнениях магнитной гидродинамики требовалось учесть не одну, а две компоненты вектора напряжённости магнитного поля или дополнительно учесть излучение), то также естественно было не создавать новую программу, а “надстраивать” старую, уже хорошо зарекомендовавшую себя в расчётах.

Программа разрасталась, разветвлялась, её возможности повышались. С помощью такого комбайна можно было решать и прежние простые задачи. Чем сложнее становился программный комбайн, чем большими возможностями он обладал, тем обширнее становилась таблица ключе­вых параметров.

Постепенно программа превращалась в эдакого монстра, нашпигованного ключевыми па­раметрами. Новые “заплаты” ставились на старые, и в этих дебрях начинал путаться сам автор программы. В конце концов принималось решение переписать программу заново, а это означало, что придётся повторно тратить немалое время и силы на большую трудоёмкую работу.

Одним из средств борьбы с такими непроизводительными потерями являются пакеты при­кладных программ.

Пакет прикладных программ (ППП) состоит из функционального наполнения и систем­ной части. Функциональное наполнение представляет собой, грубо говоря, набор отдельных про­грамм, решающих конкретные задачи. Эти задачи объединены одной направленностью, или, как говорят, предметной областью. Дело в том, что ППП не является универсальным, он проблемно-ориентирован, т.е. предназначен для решения определённого класса задач.

Если это задачи механики сплошной среды, то в функциональное наполнение могут вхо­дить, например, программы для расчёта уравнений газовой динамики, уравнения теплопроводно­сти, уравнений для электромагнитного поля, уравнений для излучения, фазовых переходов и т.д.

Содержание каждой такой индивидуальной программы, или “модуля”, специфично, однако требования к оформлению входной и выходной информации унифицированы. Эти модули пред­ставляют собой своеобразные “чёрные ящики”, которые можно соединять в цепочки, ветви, так, чтобы в конце концов получить заданную программу.

Системная часть выполняет функции сервисного характера. Основные задачи здесь состоят в следующем. Прежде всего необходимо организовать хранение функционального наполнения. Но хранить в данном случае не значит ограничиться записью информации на каких-либо носите­лях. В этом архиве должен быть порядок: по первому требованию указанный модуль должен быть направлен “в работу”.

Главное назначение системной части ППП - обеспечивать возможность сборки из отдель­ных модулей полной программы, способной решать заданную задачу. Для этого вычислитель, создающий программу, должен общаться с пакетом - давать приказы, воспринимать ответную информацию.

Конечно же это очень упрощённая схема работы с пакетом, но она отражает характерные этапы такой деятельности.

Кроме того, для того чтобы пользоваться пакетом и, значит, грамотно вести расчёты, сов­сем не обязательно самому обладать высокой квалификацией программиста или математика-вы­числителя (ведь именно они должны создавать эти пакеты). Поэтому пакеты программ должны быть такими, чтобы к их помощи могли прибегнуть не только математики, но и специалисты дру­гих сфер научной деятельности, прошедшие сравнительно небольшой курс математического обу­чения.

ППП - это активное концентрированное выражение опыта, приобретённого в вычисли­тельном эксперименте.

Заключение.

Вычислительный эксперимент начинается тогда, когда в результате натурного эксперимен­та получено достаточно данных для построения математической модели исследуемого объекта. Обычно построенная математическая модель оказывается настолько сложной, что требуется соз­давать не только уникальное программное обеспечение для воспроизведения ее на вычислитель­ной машине, но и новые численные методы, чтобы найти решение в приемлемые сроки и с необ­ходимой точностью. Сложность первоначальных моделей обусловлена прежде всего тем, что на ранних этапах исследования нет данных, позволяющих провести ее упрощение. На практике все­гда исследуется иерархия моделей различной сложности, определяются границы их применимо­сти и допустимость тех или иных упрощений. Построенная программная реализация математиче­ской модели используется для изучения законов поведения объектов, испытаний различных ре­жимов работы, построения управляющих воздействий, поиска оптимальных характеристик. На основании изучения поведения модели либо делается вывод о возможности ее применения для практических нужд, либо принимается решение о проведении дополнительной серии натурных экспериментов и корректировки модели, и тогда весь цикл исследований приходится повторять с начала.

Сложность и своеобразие этого вида научных исследований позволяет ставить вопрос о появлении новых наук: вычислительной информатики, вычислительной физики...

8. Список использованной литературы:

1. Н.М. Охлопков, Г.Н. Охлопков. “Введение в специальность “Прикладная Математика””. Часть первая. Якутск 1997.

2. Авт. Пред. - А.А. Самарский. “Компьютеры, модели, вычислительный эксперимент”. Москва “Наука” 1988.

3. Ю. Сениченков. “Три урока по теме “Математическое моделирование и вычислительный эксперимент” с помощью Model Vision”.

4. Н.А. Пахомова. “Методика формирования понятия “Вычислительный эксперимент””.

5. Под общей редакцией Д.А. Поспелова. “Информатика - энциклопедический словарь для начинающих”. Москва 1994.

[1] Численный эксперимент потребовал создания специфических методов вычислений. В ча­стности возникла необходимость в решении таких систем, где коэффициенты членов уравнений различаются на десятки порядков.

[2] Программное обеспечение, позволяющее автоматизировать основные операции вычислительного эксперимента, называют пакетами прикладных программ или программными комплексами для автоматизации вычислительного эксперимента.

[3] Имеется в виду используемые при вычислительном эксперименте - Пакеты Прикладных Программ. Которые ранее упоминались в пункте 3.(Основные этапы вычислительного эксперимента).