автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Организация интерактивной интерпретирующей обучающей среды

; о о л

КИЕВСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени ТАРАСА 1ЕВЧЕНК0

На правах рукописи ВАКЕЕЛ АБДШАДИ ЛйТИФ

НДК 681.3.06

ОРГАНИЗАЦИЯ ИНТЕРАКТИВНОЙ ИНТЕРПРЕТИРЩЕИ □Б9ЧПС1ЕЯ СРЕДИ

Специальности: 05.13.16 - применение вычислительной техники математического моделирования и математических методов в научных исследованиях; 05.13.13 - вычислительные мамины, комплексы, системы и сети.

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Киев - 1993

- г -

Работа выполнена на кафедре моделирования сложных систем Киевского государственного университета имени Тараса 1евченко

Научные руководители: доктор технических наук.

доцент Бейко И.В.; кандидат технических наук, доцент Салапатов В.И.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор * Кузьмук В.В.

кандидат технических наук, стараий научный сотрудник Кнхайлвк A.D.

Ведущая организация: институт кибернетики им. В.М.Глумкова АН Украины

зацита состоится ___91____1994 г. в^-7часов на заседании

специализированного ученого совета Д 068.14.09 при Киевском политехническом институте по адресу: 252056 Киев-56. просп. Победы 37, корп. И 1В.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Киевского политехнического института. Киев, пр. Победы, 37.

2-7 /г

Автореферат разослан " __1993 г.

Ученый секретарь специализированного ученого совета д.т.н., профессор

О.В.Бузовский

/

пннотация

Цельи диссертационной работы является создание обучавшей программной среди на базе специализированного интерпретатора, которая обеспечит высокий уровень поникания типов и структур данных различных языков программирования, операторов для их обработки и их взаимосвязь при организации учебного процесса по программистским курсам.

Для достивения поставленной цели ренаштся следущие задачи:

1) исследование суцествувдих методов обучения для изучения типов данных и операторов языков высокого дровня;

2) разработка диалоговой интерпретирупцей среди, обеспечи-вапцей обобщенный уровень понимания основных структур языков программирования и возможность частичной настройки синтаксиса языка;

3) табличная настройка семантики операторов интерактивной интерпретирующей обучашцей среды и раснирение списка допустимых операторов;

4) разработка структуры внутреннего представления программы, в виде кодов абстрактной ЭВМ, позволявией эффективно ее интерпретировать в процессе отладки.

На защиту выносятся следувчне результаты:

1. Обобщение типов и структур данных языков высокого уровня (9ВЗ) и типовых операторов их обработки.

2. Структура интерпретирующей среды с диалоговыми средствами от-, ладки, обеспечивавшая частичнуа настройку синтаксиса операторов и высокий уровень понимания основных структур ЯВИ при организации учебного процесса по программистским курсам.

3. Модель абстрактной ЭВМ и структура внутреннего представления пользовательских программ, которая позволяет эффективно интерпретировать их после синтаксической обработки как последовательность кодов команд абстрактной ЭВМ.

4. Возмомность настройки и кодирование команд программной модели интерпретатора, обеспечиващей расширение списка операторов за счет добавления новых операторов.

- 4 -

ОБЦЙЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теми. В условиях «ирокого использования средств вычислительной техники в различных сферах человеческой деятельности совершенствование методов обучения по использовании ЯВУ становится одной из важнейших задач в системе образования. Эти методы долвны охватывать изучение типов данных и операторов для их обработки. Известные интепретиравцие системы (BASIC, turbo-системы ) имеют четко определенный синтаксис и фиксированный набор типов данных и операторов для их обработки, что вызывает затруднения в обеспечении процесса обучения ЯВУ от простейвих структур к слоеным. Использование ке чисто текстовых обучаввих программ (1388 и др.) дает чисто теоретические сведения и слабо связано с практической работой. Внедрение в учебный процесс гибко настраиваемой интерактивной интерпретирувцей среды для изучения структур данных, и операторов для их обработки позволит повысить эффективность обучения при проведении практических занятий.

В связи с этим задача создания методов и средств гибко комп-лексируемых интерактивных программных систем, обеспечиваниях достаточную простоту и наглядность в обучении операторов и типов данных различных языков программирования высокого уровня, является актуальной.

Методы исследования. Для ревення поставленной задачи использовались методы мавинного обучения, теории информационного поиска, цифровых вычислительных мании, методы теории структур данных и алгоритмов, формальных грамматик, синтаксического анализа и перевода.

Научная новизна работы определяется тем, что в ней предложен оригинальный аппарат для изучения структур данник к операторов различных языков программирования, позволявший интенсифицировать процесс обучения и обеспечить практическое применение ЯВИ.

Конкретные научные результаты состоят в следующем:

1) проведен анализ и выполнено методическое обобщение структур данных различных ЯВУ. что позволяет комплексировать требуемую структуру обучающей среди;

2) предловена структура интерактивной интерпретирувцей среды с диалоговыми средствами отладки, которая обеспечивает настройку синтаксиса и семантики операторов н высокий уровень организации

учебного процесса при изучении структур данных и операторов ЯВУ;

3) разработана и программно реализована модель абстрактной ЭВМ и структура внутреннего представления программ пользователя в виде последовательности специальных кодов команд этой ЭВМ, получаемых после синтаксического разбора исходной программы;

4) предложен табличный способ настройки и кодирование команд программной модели, обеспечивавший включение в интерпретатор новых операторов языка.

Практическая ценность работы. Предложенная и разработанная интерактивная среда в виде гибко настраиваемого специализированного интерпретатора позволяют повысить эффективность изучения типов данных и операторов различных ЯВУ. а также и дают возможность реализовать полученные практические навыки на ранних стадиях обучения.

Реализация результатов работы. Разработанная автором интерактивная интерпретирующая обучаемая среда обеспечивает эффективность процесса обучения в приобретении теоретических знаний и практических навыков по использовании конструкций ЯВУ. Полученные результаты используется в учебном процессе по программистким курсам.

Апробация работы. По результатам диссертационной работы был сделан доклад на конференции: "The second international Baghdad conference for coiputer's technology and applications". 1990.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения. списка литературы и приложения. Основное содержание работы изложено на 85 страницах ма-жинописного текста.

Во вступлении обоснована актуальность темы, указана цель и задачи исследования, сформулированы положения, которые выносятся на зачиту, показана научная новизна и практическая ценность работы.

В первом разделе приведен обзор известных технологий программирования существующих систем мажинного обучения, анализируются преимущества и недостатки каждого из них. Завержается раздел постановкой задачи исследования, которая заключается в разработке диалоговой синтаксически настраиваемой расаиряемой интерпретирующей среды, эффективно обеспечивающей процесс обучения и практического применения конструкций ЯВУ при создании прикладных прог-

pan*.

Во втором разделе представлена разработанная стриктура ин-терпретирупцей программной среды, используемой в системе обучения типов данных и операторов. Предлагаемая структура среды позволяет частично изменять синтаксис операторов и настраивать интерпрети-руюцув систему на заданный набор типов данных и операторов. Это обеспечивает эффективность изучения синтаксических конструкций ЯВУ. Предложен табличный способ кодирования операторов интерпретатора ЯВУ и его расжирение новыми конструкциями языка.

В третьем разделе представлен аппарат реализации структуры интерактивной интерпретирующей обучающей среды. Подробно представлена структура системы и методы ее реализации. В качестве инструментального средства выбран язык PASCAL, который обеспечивает мобильность разработанной системы для различных ПЗВИ.

В четвертом разделе, представляющем практическое использование интерпретирущей средн. показана последовательность этапов настройки среды в системе изучения структур данных и операторов ЯВУ по принципу "от простого к сложному". Представлено применение разработанной программной среды для изучения ЯВУ.

В заключении сформулированы основные результаты диссертации.

В приложении приведены листинги основных разработанных программ обучающей среды и примеры работы программ при использовании специализированного интерлретатора.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

о современных условиях при жироком внедрении средств вычислительной техники в различные сферы деятельности возникает задача эффективного применения ЯВУ, которая неразрывно связана с использованием типов данных и операторов. Поэтому разработка систем машинного обучения в направлении изучения типов данных и операторов является своевременной и актуальной. Особенно четко что ощущается при появлении новых конструкций в ЯВУ. Создание же интерп-ретирувщей программной среды, обеспечивавшей комплекснув настройку ЯВУ на используемые типы данных и операторы для их обработки, сделапт возможным применение ЭВМ для иирокого круга пользователей. Нкепщиеся известные средства обучения в виде специальных программ-вопросников (1306 и др.) не давт практических навыков по

составлению программ и использовании типов данных, а иироко известные технологии программирования (структурное, модульное и пр.). а также интерпретирующие системы (BASIC, турбо-системы) не обеспечивашт возможности достаточно гибкой настройки и комплекси-рования обучающей среды как на типы операторов, так и на структуры данных. Первые' в конечном счете ориентированы на системы программирования, а вторые имеют строго определенную структуру. В силу этого процесс обучения по практическому применению ЯВУ требует дальнейиего соверженствования. Поэтому целью настоящей диссертационной работы является создание такой обучающей среды, которая, с одной стороны, обеспечивала бы получение теоретических основ программирования, а с другой - позволяла бы практически закрепить полученные знания путем настройки ее интерпретирующей компоненты на требуемые типы данных и операторы для их обработки.

Для достижения поставленной цели был проведен анализ известных программных систем с точки зрения обучения. Выделены основные типы данных и операторы для их обработки. Определены множества операторов, предназначенных для выполнения определенных действий над каждым из известных типов данных, а также возможности использования разных типов данных одними операторами. Предложена структура интерактивной интерпретирующей среды, допускающей.частичную настройку на синтаксис операторов и на заданное множество типов данных. Оболочка среды позволяет выбирать один из заданных режимов работы и обеспечиоает ее настройку, подготовку текста программы и последующуп ее отладку. Выбор режима осуществляется при помощи меню, а подготовка исходного текста программы - при помощи встроенного текстового редактора. Интерактивный характер системы обеспечивает получение теоретических основ по составлению программ и практическое их закрепление в интерпретирующей обучающей среде.

Для включения необходимых типов операторов и структур данных при конфигурировании среды предложена табличная настройка соответствующих данных, обеспечивающая обработку данных строго определенного типа. С этой целью была выбрана модель абстрактной ЗВН со стековой организацией размещения данных. Эта абстрактная ЭВМ имеет строго фиксированный формат команды с одним операндом и состоит из иода команды и параметра, т.е. HC=f(C,P), где КС - полный код мавинной команды абстрактной ЭВИ, С - собственно код ко-

Структура представления и прохождения информации в интерпретирующей среде

манды и Р - параметр. Множество С ограничено и включает команду выполнения подчиненных команд, команды работы со стеком и команды ветвлеиия. Подчиненные команды, с помощью которых представляются линейные участки программ, могут пополняться новыми с учетом специально принятого кодирования. Способ кодирования операторов обработки данных включает собственный код типа, состоящий из кода оператора и кода приоритета, а также код типа допустимых данннх. Такой метод кодирования устанавливает четкое соответствие кода К= КО.Р.Т). Здесь 0 определяет кодировку подчиненной команды, Р - приоритет выполнения этой команды, а Т - задает тип данных. При одинаковых значениях 0 и Р оператор допускает обработку различных типов данных. Для разрешения такой ситуации код каждого типа данных состоит из двух частей, включазщих собственно код типа и код преобразования для преобразования одного типа данных в другой. Код типа данных и код преобразования позволяют определить процедуру преобразования при интерпретации. В отличии от классической стековой подели ЭВН операторы ветвления типа условный и безусловный переход выделены отдельно и реализованы как в обычной фон-неймановской модели. Такая гибридная структура ЭВМ позволяет объединить преимущества стековой и фон-неймановской моделей ЭВН и позволяет упростить работу процессора. Такая ЭВМ становится нуль-одноадресной и простой в реализации. Однако для обеспечения ее работы необходимо корректно разместить данные в стековой памяти.

Таким образом, анализ и последующее обобщение типов данных и операторов для их обработки позволили предложить новый способ их кодирования в интерпретирувцей среде. Это обеспечивает обобщенный алгоритм обработки операторов и данных в абстрактной ЭВН, а также ее табличную настройку и расвиряемость. При вклвчекии новых операторов в обучающую среду необходимо добавить соответствующие подпрограммы для их реализации. Такой подход настройки среды при использовании его в системе ыавинного обучения помимо приобретаемых навыков программирования заставляет обучаемого вникать в алгоритм работы интерпретатора и дополнительно приобретать знания в области системного программирования.

Для размещения данных в области стека и представления пользовательской программы в виде кодов команд предложенной абстрактной ЭВМ был реализован алгоритм лексического и синтаксического анализаторов. Синтаксический анализатор представляет собой прог-

раммнув реализацию алгоритма рекурсивного спуска.

Реализация интерактивной интепретирувдей среды, предназначенной для обучения по использованию конструкций ЯВУ, выполнена на языке PASCAL для ПЭВМ IBM PC/AT под управлением операционной системы MS DOS версии 3.30.

Результаты работы в настоячее время реально используются в лабораторных практикумах по программистам курсам для студентов дневного обучения факультета кибернетики Киевского госуниверситета.

1. Выполнено обобщение и проведена классификация структур данных ЯВУ и операторов для их обработки с целью последующего комплен-сирования в интерактивной обучавшей среде.

2. Предложена структура программной среды с диалоговыми средствами отладки, которая обеспечивает высокий уровень организации учебного процесса при изучении типов данных и операторов ЯВУ.

3. Разработана структура внутреннего представления пользовательских программ и модель абстрактной ЭВМ. позволяющие эффективно выполнить их отладку в процессе интерпретации в виде последовательности специальных кодов.

4. Предловен метод кодирования операторов, обеспечивавший их структуризацию и возможность добавления новых операторов.

5. Обеспечена возмокность частичной настройки на синтаксис операторов ЯВУ в диалоговом режиме.

По теме диссертации опубликована работа:

1. Hakeel A.L. Interactive netuork design on graphics syste«.

Coaputers. No: 17. Year: il 1Э91. P: 5P-80. Baghdad.

ОСНОВННЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ