автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.11, диссертация на тему:Программно-алгоритмическое и информационное обеспечение построения интеллектуальных программных систем интеграрованной обработки временных рядов

РГ6 од

- 7 Г"*)'! Акаде^л наук Укра;ни

1нститут юбернетики ¡мен! В. М. Глушкова

На правах рукопнсу

КАЛИТА Олександр Шкторович

УДК 681.3 + 519.24

ПРОГРАМНО-АЛГОРИТМ1ЧНЕ ТА 1НФОРМАЦ1ИНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ПОБУДОВИ ШТЕЛЕКТУАЛЬНИХ ПРОГРАМНИХ СИСТЕМ 1НТЕГРОВАНОГ ОБРОБКИ ЧАСОВИХ РЯД1В

05.13.11 — математнчне та програмне забезпечення обчислю-вальних машин, комплекс!в, систем та мереж

Автореферат дисертаци на здобуття ученого ступени кандидата техшчних наук

КнТв 1993

РоСоту вкконако в Iпетиту?! кЮсркеткхи ¡мок! В. М. Глуп кова АН УкраТни.

Науков! кер!вники: академик АН УкраТни, доктор ф1зико-математичних наук СЕРГ16НКО I. В., доктор техшчних наук ПАРАСЮК I. М.

Офщ1йн1 опоненти: доктор ф1зико-математичних наук КНОПОВ П. С.,

кандидат с|мзико-математичних наук 1ЛЫНА О. П.

Пров1дна оргашзащя: Кшвський ушверситет ¡м. Т. Г. Шев-ченка.

Захист вщбудеться 199 5 р. о ^

годиш на зaciдaннi спещал1зованоТ ради Д 016.45.01 при 1н-ститут1 к1бернетики 1меш В. М. Глушкова АН Украши за адресою:

252207 Кит 207, проспект Академ¡ка Глушкова, 40.

3 дисертащею можна ознайомитись у науково-техшчному арх1в1 шетитуту.

Автореферат розкланий «

,99Л р.

Учений секретар спещал1зованоГ ради

синявськии В. Ф.

эагАльна характеристика роботи 1

Актуальн1сть теми досл!джень. Питания комп'етериэапII задач статистичнох обробки та анал!зу даних на сьогоднглн1й час викликають все «Лльшкй хнтерес, а вхдпов1дне хм программе забезпеченпл користу-сться все б1льшим попитом. Це пов'язано □ тим, до так! задач1 часто виникаить в'р!зних галузях наукових дослхдженнь I потребують ефекта-вно! п1дтришси технологи 1'х р1шення, а тако« рхзнсманхпшх за сво!-Ш1 особливостями процес!в анал1зу даних та певш'х обчислювальнта процедур. До розробки ефективного статиститичного програмного забез-печення вге давно прикуто шдвищену увагу баптьох дослхдншав рхз-них орган1зацДй, зокрема, 1нституту мбернетикм 1м. В. М. Глушкоза АН Укра1ни, Кихвського университету, 1нституту математики АН Украхни, 1нституту програшгах систем АН Украхни, 1нституту математики Си.Мхнськ), Центрального еко:юм1ко-математичного ¡Институту С«. Москва) та багато 1ни;их.

Актуаяьними задачами обробки даних статистичнимя методами е задач! комп'ютеризацН досл1дження упорядкованих сукупностей спсстере-жень - часових ряд!в. Без широкого застосування та використаннл ефе-ктивного програшюго забезпечення вазжо уявити розв'яэування на су-часному р!вн1 важливих задач анал1зу часових ряд!в в таких найвахли-В1ших напрямках, як еколог!чний анал!з, анал1з даних науково-технхч-них спостереяень, соцхологхя тоао.

Теоретичним проблемам спектрального аналхзу часових ряд:в при-сзячено багато роб1т БрШнджера, Кашьяпа, Кендала 1 Стюарта, Хенна-на, Прхстл!, Бокса та Джешанса.

1снують два пхдходи до проведения спектрального анал!зу часових рядхв. Перший - непараметричнкй п1дх1д, що грунтуеться на використа-нн! швидкого перетворення Фур'е та традицдйних способIв комп'ютери-зацП. Другий - параметричний, бхльш ефективний пор!внянс з першим, оск!лъки спостереження використовуються для обчислення меншого числа параиетр1в, але в!н складн!ший в реалхзаци х вимагае значнох п1дт-римки прийняття р!шень. Перевага другого п!дходу полягае такох в по-ширенил класу процесгв, то анал1зуються, на нестац1онарнх процеси.

. Облаете сучасних та перспективна досл!джень в ц!Я галузI с мо-дел! .на баз! авторегресП та ковзного середнього. Отримання .таких моделей важливо не т1льки э обчислювально* точки зору (простота, м1-н!ыальна кхльк1сть параметр!в, адекватн1сть спостереженням), але э.'являеться 1 могливхсть розширити область 1х застосування. Модел! аатддепресМ- та ковзного середнього допоможуть зрозум!ти природу си-

стеми, яка генерус часов1 ряди; 1х можна використовувати для оптимального прогнозування эначень ряд1в за допомогов рекурентних обчис-лень 13 можлив1стс оц1нсвання дисперсН помилок прогнозу та границь, в яких 1з певною 1мов1рн1стю знаходитимуться майбутн! значения; для вироблення оптимального управлхння тоцо.

На сьогодн1 накопичена значна к!льк1сть прикладних програмних систем СППС) в1тчизняного та закордонного виробництва для обробки та аналхзу даних. Але б1льш!сть 1з них не задоволъняють вимоз1 техноло-г!чност1, що е принциповим. Cyчacнi розвинут! статистичнх програмн1 засоби повинн! грунтуватися на використаннх сучасних метод1в та ал-горитм!в статистичного анал1зу; можливостх манхпулювання даними; простотх I оручност! вх1дно! мови; 1нформативност1, ефективност! та над1йност!. Можна навести 1 бхльш складн1 вимоги, так1 як: гнучк!сть вх1дного формату даних; интерфейс з 1ншими системами; 1нтерактив-нхсть; р1зноман1тн1сть системно! структури. Тому розробка 1нструме-нтальних, алгоритм!чних та програмних засобхв, до забезпебечувати-муть п!дтримку складних та трудом1стких процесхв побудови, функц!о-нування та удосконалення ППС обробки та анал!зу даних - актуальна проблема, що становить теоретичниЯ та практичний 1нтерес.

Поява та широке впровадження персонально! комп'ютерно! техн!ки накладае якхсний в!дбиток на процеси розробки ППС обробки та анал!зу даних. Останнх потребувть нових п1дход1в до !х проектування та розробки на вхдм1ну в1д ЕОМ колективного допуску. Персоналы^ ЕОМ нада-ють ыожливхсть побудови програмних систем нового типу, що вхдрхзня-ються р1зноман1тн1ств засоб1в зображення хнформацП, мехашзмами 1н-теграцН, забезпечекням максимально! зручност! та простота роботи користувачхв, якх не с спец]алхстами в програмуваннх. Розв'язання цих питаннь грунтуегься на створеннх нових бхльш зручних моделей лс-дино-машино! взаоюдН та особливостях певних сфер застосування ав-томатизованих систем.

Розробка та широке використання Iнструментальних технолог1чних засосЦв для користувач!в-програм1стхв внрхшуе описану проблему для р!эних формалхзованих областей взагал1 та для областх обробки та •анал!зу даних, зокрема.

Однхоз з найважливхших в 1ндустрп програмування, в процесах формал!заци знань е проблема ун1ф1кацП та хнтелектуалхзацх! хнтер-фейсу розробник-користувач, цо значно впливае на ефективнхеть прикладних систем в ц1лсму. Один 1з ефективних п1дход1в вир1шення хиех . проблеми полягае у створеннх хнтегрованого середовнаа розробки та

фунюпонування прикладних програмних ¡систем обробки та аналгзу да-них, що грунтусться на принципах 1нтелектуал1эац11', !итеграцП та 1ндустриал1зац11.

Шдвщення продуктивна! робота розробник1в ППС в таких серэ-довидах в1дбувасться за рахунок наданих ун1ф1кованих ме>:ан1зыдв, неделей мов, методолог!й побудови ППС та !нтеграцП ¿нструментальних засоб1в п1дтримки р!зноыан1тних технолог!чних процес!в. Тим самим ц! засоби цожуть надати мсжлив!сть ефективно пхдтримувати технолог г>!н! процеси на вс1х етапах киттевого циклу систем - в1д проектування, наладки, документування та реал1заци до впровадкення, використапня, вдосконалення. Заувагамо, до сьогодн1 саме цей напрям побудови ППС !нтенсивно розвиваеться. В дисертацН в!н с оснозним напрямхом дос-л1дженнь з ор1€Нтац!е» на комп'ютерну технолог!» розв'язування задач обробки та анал!зу даних.

Основнг Ц1я1 дисертац!йно! роботи :

- розвинути принципи побудови та розробити ун!ф!ковану арх!текту-ру 1нтегрованого середовища для автоматизовано! побудови та функа1о-нування ППС анал!зу даних;

- розробити концепцП !нтелектуального !нтерфейсу користувача, як для середовица, так I для ППС, ш,о створсються, з урахуванням особли-ливостей комп'стерно! технологи' розв'язування задач обробки та ана-Л1зу даних;

- запропонувати способа ефективного подання процес!в 1нтегровано1 обробки та анал!эу даних;

- провести досл!дження та розробку програкно-алгоритмхчиих засо-б!в спектрального анал!зу часових ряд:в з урахуванням особливостей в!дпов1дноК комп'стерно* технологии та вимог операц^йних середовищ 1'х функц!онуваннл;

- розробити способи та засоби машинной реал1эацП !нтегровано!( обробки та анал1эу часових ряд!в в операц!йних середовищах;

- розробити граф^чну та д!алогову п!дтримку . прийняття ' р!шень в продео! !нтегрованого розв'язування задач обробки та анал!зу часо-вих ряд!в;

- эастосувати розроблен! методи та програино-алгоритм!чн1 засоби в проектуванн! та створенн! програшшх систем обре Зки та анал!зу даних методами теорП 1мов!рностей ! математично! статистики та !нтег-рованих середовищ проектування, побудови, вдосконалення ППС обробки даних на р1зних класах ЕОМ.

Наукова новизна яисертац!йноУ роботи полягае у тому, «о в н!й

роэвинут1 основыi принципа та розробленх унхф1кована арххтектура ефективного iHTerpoBaHoro середовища автоматизовано! побудови та функцхонування ППС обробки та аналхзу даних; базов! функцП та apxi-тектура редактора композиц1йних моделей прикладних проблем з ураху-ванням запропонованого способу ефективного зображення od' ocriB фор->.:ал1зовано1 предметно!' облаетi ; принципи генерацН мене користувача в iнтегрованому середовииЦ. Видiленi 'прикладн! öasoBi функцП та по-будована компоэицМна модель процесу 1нтегрованох багатокроково!' об-робки часових рядхв непараметричними та параметричними методами спектра чьного анал1зу з графхчною та д1алоговою п1дтримкою прийняття piüjeub з урахуванням особливостей комп'ютернох технолог:ï розз'язу-вання такого класу задач.

Методи досл1джень базуг)ться на досягненнях фундаментальных та прикладних дослхджень в!тчизняних i закордонних учених в облает! те-opiï iмоварностей i математично!' статистики, технологи' програмуван-ня, теорН проектування прикладних програмних систем та хнетрумента-льних засоб1в ïx розробки.

Практична цпшхеть дисертачдйнод роботи на баз: запропонованих принцип!в та арххтектури, реалхзованих системних функц1й побудован! iiiTerpoBaiii середовища розробки ППС сбробки та анал!зу даних для ЕОМ pi3Hiix к лас iß. На 6a3i розроблених алгоритм!в аналхзу часових рядхв непараметричними та параметричними методами та i нструментально-тех-нологхчних 3aco6iB реалхзовано програшю-алгоритмхчне забезпечення ц1лого ряду прикладних програмних систем.

Апробатя роботи. Основнх положения дисертац1йнох' роботи допо-вхдалися та обговорввались на заеданиях сем!нархв науково! ради АН Украхни з проблеми "К1бернетика" "Програмно-алгоритмхчне забезпечення статистичнох обробки даних" СКиïb, 1983-1992рр.), III Всесоюзна конференцП "Применение статистического анализа в экономике и оценке качества'продукции" (Тарту,' вересень, 1985 р.), III Всесоюзной шко-ni-ceMÎHapi "Программно-алгоритмическое обеспечение прикладного многомерного статистического анализа" С сел. Цахкадзор, Арм. PCP, хов-тень, 1987 р.), 1У Всесоюзнхй конференцхх "Применение статистическо-то анализа в экономике и оценке качества продукции" С Тарту, вересень, 1989р.), 1У Всесоюзнхй школ1-сем1нарх "Программно-алгоритми-мическое обеспечение прикладного многомерного статистического анализа" С сеч.'Цахкадзор, Арм. PCP, жовтень, 1987 р.), М1хнародн1й конференцП-ярмарку "Технология программирования 90-х" (Кихв, травень, 1991 р.).

Публ}кац!!. За результатами проведения досл1джень спублхкавано 16 роб!т, у яких воображено основний змхст дисертацх!.

Структура 1 обсяг дисертац!!. Робота склада сггься !о Еступу, трьох глав, висновку, списку л!тератури. Загальний обсяг -оботи -97 стор!нок, у тому чнсл! 8 ыалюик!в. Иблхографхя включая 85 назв.

ЭМ1СТ РОБОТИ '

У вступ! визначасться акту алый сть та вахливхсть дослхджень, як1 проведен! у днсзртацП. Подано огляд -результа-пв у дослхдз:уван!й 0(3ласт1, вшсладен! основн! ц!лх та результата роботи, охарактеризована П структура.

Перша глава присвячана принциповим питаниям загального характеру побудови та застосування прикладного програмного эабезпечення для розв'яэування статистичних задач обробки та анализу дзних.

У poздíлi 1.1 розглядаються основн! типа та модел! програмного забезпечения обробки даних; наведен! приклади прикладних систем, 1:< властивост! та умови застосування. Анал1эусться стан та перспэктиви розвитку сучасного прикладного програмного забезпечення обробки та аналхзу даних.

Принципов! питания побудови систем статистичного анал1зу. даних на ЕОМ колективного доступу подавться у роздШ 1.2 на приклад! сис-теми С1ГМАСТАТ, основою функцхонального наповнення яко! с спектраль-ний анал!з часових рядхв. Система розроо'лена за участи автора в 1нститут1 к!бернетики 1м. В. М. Глушкова АН УкраГни. Бона побудована за допомогои хнструментального комплексу С1ГМАДЕЛЫА по Б-А технолог!! 1 е розвитком систем ЛЕЛЬТАСТАТ.

У роздШ 1.2.1 описусться базова модель цхе! системи з враху-ваиням концепцП баз знань та принципу ыодульностх, ио зобраяасться у вигляд! багатср!внево! концептуально!" структурно-футшДонально!" модел!. Використания тако! модел! дозволило будувати системна та функц1ональне наповнення за одними й тими х принципами. При цьому використовусться загалыи модел! як для програмни*. так 1 для хнфор-мацЩних компонент.

Формально модель Д системи С1ГМАСТАТ зображасться виразом Л = С Р, I, Р, М, Я ), ' не Я - голоьна програма мон!тора системи; Ь - вх1дна мова системи; Р

- множима формалхзованих энань, то покладен! у програмн! модуле М -1н$ормац1йна модель, що описус об'екти предметно! област1 та В1д-иошення Mix ними; !р - мнокин? програм, то реалхзуе систешп функ-uii; В - модель, ш.о описус мформацхйну та лог1чну взаемод1Ю сис-темних програм.

Наводиться ochobiu принципи, за якими побудована система С1ГМА-СТАТ, анал1зусться ix вплив на арх!тектуру системи, способи реал1за-uii npcueciB планування обчислень i синтез загальних алгоритм!в та хкструментальну п!дтримку процесдв удосконалення системи.

У роздШ 1.2.2 розглядасться cnocid подания та реал!зац1! моделей обчислень у вигляд! гнучких обчислввальних схем. то дозволявть зображати процеси циклевания, розгалудхення, композицН обчислюваль-них схем та ix компонент1в. Реал1зуються u,i композит i" за допомогою спец1альних хменованих функц!й стандартно!' конструкцП, хменован1 виходи яках характеризуют певний вид композицП: Так! iменоваяi функцП псдаються модулями стандартно! конструкцП та звуться моду-лями-виршувачами. Реал1зац1я модул1в-вир1шувачхв в1дбуваегься засо-бами традицШюго програмування та припускав сум!сн1сть таких операций, як обчислення, дхалог, прийняття р1шень. Шкаво, цо нав1ть поодинокий модуль-вир1шувач мохе зада^ати ц!лу мнокину композицШ.

У роздШ 1.2.3 розглядаоться спец1ал1зованг 1нструментальн1 засоби п1дтрмш-ш програмування прикладних програмних компонент!в (спеииалып функкцШ, то складасть'функц1ональне наповнення системи CIГМАСТАТ.

Описуиться та наьодяться приклади створених спец1альних функц!й риа/изац! i конкретних сценарыв д!алогово! взаогодП корисгуг-ача з системой та ix эастосування.

Доугл глава присвячена питаниям розробки програмно-алгоритм1ч-ного забезпечення спектрального анал1зу часових ряд1в з урахуванняы 1птегрованох обробки даних та п1дтримки прийняття р1шень i tioro реа-л1зац:я в систем: CIГМАСТАТ.

У роздШ 2.1 розглянут! особливост! та принципи автоматиэова-ного розв'язування задач обробки даних. 3 урахуванням наведених осо-'бливостей формулюсться вимоги до сучасних прикладних програмних систем анал1эу часових ряд1в.

Вагомим фактором, ао визначае ефективнють використання мето-Д1в, е мхрй адекватност! вибранс! моделi та процесу, до аналхзусть-ся. Не менш важливими особливостями е ефективна оргашзац:я видач! результат!в та псв1домлень, питания корекци i функцюнального пере-

творения даних та збережеиия результат1в.

Програмне забезпечення повинно бути гнучким та доступикм у сп1лкуванн! Снадавати користувачам формулювати прикладн! заламI у терм1нах предметно! облает!; дозеоляти користувачу на баз: пром!жшк результат^ приймати р!шення у вибор! алгор:тив для наступмсго роз-в'язання задач! з застосуванням засоб!в машинного асистувг.ння; вра-ховути властивост! технолог!! розрахункхв для рхзних кате:ср!й коги-стувач1а; дозволяти користувачу д!яти не в запланован1й форм! та п;-ше); надавати шжлив!сть утечнювати та зшнььатн матеыатичн1 модел:, забеэпечувати !нтегроваие розв'язання задач; мати зассби оперативного керування данный Сзображення та редагусання ллних та резуяьта-т!в); забеэпечувати !нтерфейс з !ншими программист системами; дозволяти враховувати вимоги користувача на точн!сть стримуваних рззуль-тат!в, час розв'язання задач та ресурси ЕОМ.

Автоматична орган!зац!я обчислсвального прсцосу це е эабезпе-чинн!сть орган!зацН процес1в вводу-виводу !нформзц!!; синтез алго-рнтм!в розв'язання, задач; динам^чнхеть неперервного процесу оброокн даних.

Гнучк!сть програмного забезпечення дозволяе забевпечитя «дапгу-041сть, модиф!куаясть, роэширення та ефективие використання ЕОМ. Щ аспекта враховують так! питания, як розвиток засобхв оргашзацП обчислювального процесу, засоб!в сп!лкування з користувачем та пи1;е.

У розд!л! 2.2 розглядаються питания програьшо-алгоритм!чного забезпечення непараметричного спектрального анал!зу часових ряд!в в систем! С1ГМАСТАТ. Основна увага прид!лена задачам попередньо! обро-бки ряд!в, усп!шне розв'язання яких впливас на проведения якхеного спектрального анал1зу.

Значка частина класичного анал!зу часових ряд!в присвячена роз-кладу ряду хСп), п=0,1.....N-1 на суму складових

причому припускасться, що Ме(п) = 0, МеаСп) * оя. та остачх с(п) для р!зних п не корелеють.

Виб!р функц!онально! форми складово! ТСп), по сут!, не формал!-зусться та часто може бути показаний досл!днику граф1чним зображен-

С1ГМАСТАТ !нтерактинно! взашод!! при вибор! модел1.

В систем! анал!зусться форма складово! ТСп), но лШйно залегать в!д ксеф!ц1а!т:в

хСп) = ТСп) + еСп),

ьизначае важлив!сть реал!зовано! в систем!

к

ТСп3 - I ГЛмСп)

к=о

Виб1р степеня К полному ркмСп) в систем! може виконуватися двома способами:

а) користувач задае значения К виразом вх!днох ыови ! пот!м, по бажашш, на граф!ку може переглянути форму кривих, визначених рядами хСп), ТСп) та с(п);

б) користувач вказуе лише границ! можливих значень степеня.

На основ! отриманих даних система за допомогою критерПв вибору встановлюе порядок пол!ному.

Другое формою ТСп) е сума гармон!к к

ТСп) = ^ + [ /^созс^п + В^хпо^п ], К 2 1 к=1

К1лькхсть тригонометричних складових К задасться виразом вх!д-но1 мови. Для обчислення !нших коеф!ц!ент!в модел1 використовусться метод цикл!чного спуску, який е !терац!йним. Початков! нгближення для Дк, В^ та ы^ можуть бути задан! як через вх!дну мову, так ! виз-начен! по МНК. К!лыасть !терац!й, достатня для обчислення коефхц!е-НТ1В, може встановльватися при !нтерактивн!й взааюд!! п1сля перегляду отриманих результатов до зак!нчення задач!.

Крхм описаних вище вар!ант!в зображення складова ТСп) може бути знайдена у вигляд! суми пол!ном1ально1' та коливально! складових.

Кр1ы неформального акал!зу результат!в для оц!нки степеня при- • датност! вказаних моделей часового ряду може проводити.ь аналхз за-лишк!в: перевхрка хх незалекност!, нормальност! Спобудова графикхв стьвдентазованих залишк1в), анал!з екстремальних значень. Якщо цей аналхз дае незадов!льний результат, може бути проведена покрокова побудова. модель

Складова ТСп) використовусться також для заповнення пропуск!в в даних, що суттево при проведенн! анал1зу часових рядхв.

Подасться повний сценар!й д1алогово1 п1дтримки прийняття рх-_шень при проведены: !нтегрованого непараметричного акал!зу часових ряд!в. Весь х1д обчисловального процесу при цьому супроводжусться коментарями та п!дказками. будь-який крок обчислень може бути пропу-щений або повторений. Зауважимо, що такий шдххд до органхзацН обчислень при Б1дпов!дних оц!нках ефективност! алгоритм!в дозволяе оперативно зд1йснювати виб!р найб!лыа ефективного з них.

У роздШ 2.3 розглядаються питания програмно-алгориты!чного забезпечення параметричного анал!зу часових ряд1в та йогд реал1зац!я з урахуванням особливостей комп'ютерного розв'язування цих задач.

Стосовно проблематики моделювання спектральный анал1з мохна подати у вигляд! сл!дуючих етап1в: побудова модел!; обчислення оц!нок спектральних щ1льностей на баз! вибрано? модел!.

Розглядасться клас моделей, як1 иожуть описувати як стац!онар-н!, так 1 нестац1онарн! часов! ряди, до отримуються за допомогою процес1в авторегресН про!нтегрованого ковзного середнього САРПКС) порядку Cp.cl.q3:

¿СВЗо^ = вСВ^,

де ¿(В), 0СВ) - многочлени в!д В степеней р та я в!дпов!дно.; а4 -посл!довн!сть незалехних однаково разпод!лених випадкових величин з ск!нченою дисперс!аз Сб1лиЯ шум); 74 - оператор с1—У

р1эниц1.

Указаний клас е досить широким для безпосередньо!' п!дгснки до даних. Через те для виявлення п1дкласа моделей та побудови остаточной модел! часового ряду використовусться !теративна процедура, яка складасться !з..трьох крок!в: 1дентиф!кацН модел!; оц!нки И параметров; диагностично! перев!рки на адекватн!сть модел: даним.

1дентиф1кац1я модел! - неформал1зуомй, досить грубий процес, на результат якого впливае суб'ективне прийняття р!шення користува-чем. Тому засоби д!алоговох п!дтримки прийняття р!шень, виведення граф!чно* !нформац!!' на терм!нал, надання неформальних р.екомендац!Я та м!ркуваннь використовусться для эфективно1' побудови модел!.

У визначенн! в!дпов!дного П1дкласу моделей 1э загального класу вид1лясться два етапи:

- скГнчену р131исть в!д процесу брати ст!льки раз!в, скхльки необх!дно, щоб забезпечити стац1онарн!сть ! зЕести. процес до зм1шан-ного процесу авторегресП-ковзного середнього (АРКС);

- идентиф!кувати (АРКС).

Основним засобом для виконання цих етап!в слукать автокореля-ц1йна САКФ) и частинна автокореляц1йна функц!!' (ЧАКФ), як! викорис-товуються такох для обчислення наближених оц!нок пapaмefpiв.

В!зуал1зац!я граф1к!в АКФ на терм1нал! дозволяс користувачу оперативно эробити висновок про значения степеня р1зност!. Необх!дна алгебра!чне перетворення даних виконусться за допомогою наданого меню э використанням функц1Я системи. »

На другому етап1 анал1зуються АКФ та ЧАКФ в!дпсв!дного рхзност-

ного ряду для виэначення порядков р та ц авторегресП та ковзного середнього. Для цього необх!дно знати 1 пам'ятати характерна особли-воот! повед!нкн те^ретичних АКФ 1 ЧАКФ для вс1х процес1в. За зыогов, користувачу оперативно надасться таблиц! характеристик процес!в ав-торегрес.Ц САР), ковзного середнього С КС) та С АРКС) процес!ь та графой в!дп0в1дннх АКФ 1 ЧАКФ, якх в1добрааасться на термхнал!.

Внб1рков1 *автокореляц11, як: використо!/ються при !дентиф!ка-цП, мохуть мати досить велик1 дисперсН ! бути духе корельованимп одна з.другое) то веде до !х нев1дпов1дностх теоретичшш автокореля-ц1ян. Тому важливим'е оц!нювання стандартних помилок виб1ркових ав-токореляц!й-а|Ук ^ та часТкових автокореляцхй о^Р^] 3 зображен-пяц у виглг:1 л1н!й на граф1ках АКФ 1 ЧАКФ на рхвнях ±а ада ±2а для процес!в в!дпов1дного порядку.

Як правило, найкрааий порядок модел! наперед невхдошй. Тому використовурться к!лька порядк!в иодол!, для яких розраховуються де-як! кратер!I помилки та визначасться необх!дний порядок модел!. Зас-тосовусться критерИ Ака!ке та Парзена.

Крок 1дентифхкацП завершусться попереднхы оцптванняы парамет-р!в Еибранох модел!. Для р1зних моделей низького порядку,, коли : ла-чення р, я дор!внюють 1,2, при визначеин! початковнх оц1нок корнсту-вач коже застссувати таблиц! зв'язку значеннь автокореляц!й з параметрами ф та-б, ао зобратиться на терм!нал1.

У випадку отрицания незадов!льних результате при д!агностичн1й перев!рц! ыодел! процес 1дентиф1кац11 мохе бути повторений з вико-ристанням результат!в попереднього кроку.

Оц!нввадня параметров модел! АРКС грунтусться на метод! максимально! правдопод!бност! та на тому, но ц: оц!нхи дор1внг>»ть Сяк правило) оц!нкам МНК.

0стаин!м етапом оц1нювання модел! с крок д!агностично!' перев1р-ки, який визначае адекватн1сть моделI початковим даним. Використовуються два- п1дходи: перев!рка автокореляц1йно! функцП залишкових цомилок та кумулятивно! пер!одограми залишкових помилок, то базуоть-ся на певних критер!ях та граф!чн1й шдтримц! р!шень.

На баз! псбудовано! модел! в рамках системи розв'язусться та-кож-так! задач!: обчислення прогноз!в э мШмальною середньоквадра-. тичною помилков та !мов!рних границь для них; корекц!я прогноз!» при надходженн! нових МдлШв.

Зауважимо, а.о процес побудови модел! на всьому протяз! п!дтри-муегься дЬалогбаими: засобам», засобами асистування, граф!чним зобра-

- Н -

женням та наданням рекомендац!й при оцп!свальних ситуац!ях.

Третя главг. присвячена питаниям розробки,!нтегровауого програ-(дного середовиыа побудови та п1дтримкн функц1онування прикладник програмних систем на ПЕОМ.

У розд!л1 3.1 розглянуто стан проблем проектування прикладних програмних систем. ЕНдм1часться, що пол1пшити становивд, тобто зб!-. льшити продуктивнхсть розробник1в ППС. пол!пшити як1сть та над!'й-1исть цпх систем можна шляхом вироблення та використання унхфхкова-них механ1зм1в, моделей ыов, методолог^ побудоьи ППС та 1нтегрзцП 1нструментальних эасоб1в тдтримки р1зноман!тних технолопчних процесс. Саме ней напрям побудови ППС интенсивно роэвивасться сьогод- , !и. Засоби, по покликан! забеэпечити п!дтримку технолог1чних процо-с1 в на всIX етапах життевого циклу програм - В1Д проектування, на-лагодження, документування та реал1эац!1 до впровадження, використання та вдосконалення, - широко вхдом! як Сазе-1нструменталыи системи. Аналогами цього класу систем на ЕОМ колективного допуску мо-жуть служити такх вхдсмх системи, як ПРИЗ, Д1СУПП, САФРА, ¿нструмон-тально-технолог1чний комплекс С1ГМАДЕЛЫА та хн., но практично эабеэпечили пхдтримку основних технолог!чннх лрсцес1в .побудови ППС В1дпов1дного псизначення.

САйЕ-засоби виконують функцП !нтегрованого планування, проектування, розробки, обслуговування та супроводження программе! системи. Реалхзацхя СА£Е-засоб!в загального призначення- дозволяв забеэпечити керування життевим циклом системи, контроль за як1стг) програм-ного продукту, централ!зац1с бази знань та !н. Воки дозволясть також абстрагуватися в!д пошуку помилок кодування та зосередитися на головному питаши: наск1льки розроблена система в!дпов!дае висуну-тим до не! вимогам. Основное перевагою СА5Е-засоб1в с. також б1льш широка та глибока автоматизац!я життевого циклу роэроблсваних систем.

У розд1Л1 3.2 пропонувтъея та анал1зусться стратег!!' ! подходи розробки 1нтегрованого програмного середовища побудови та функцюну-вання прикладних програмних систем обробкн та анал!зу даних на ПЕОМ.

Грунтовними при розробц1 програмних систем анал!зу-даних вважа-ються стратег!!, що забезпечувть IX 1нтелектуальн!сть, технолог!ч-нхеть у процесс створення окремих пхдсистем, системи в излому 1, як наслхдок, вироблення таких систем на 1ндустр1альн!й основх, а також стратеги, цо забезпечусть !нтеграц1С, тобто сум!сн1сть з системами як за даними. так 1 за методами хх обробки.

' 1нтеяектуал1заа1я. прикладных програмних систеи грунтуегься на вид!ленн1 система понять предметно)! облает! та в1дношень Mis ними, а таког системи понять формально! модел! як початково! 1нформац!1 для роэв'язання прикладних задач.

Такий п1дх!д дае ыохлив!сть користувачу формулввати свое уяв-лення предметно! облает!, еид!ляти в н!й об'екти та взаоюзв'яэки.

Проблеми !нтол0ктуал1зац!! Ticno пов'яз^н! о розробков та створення« !нтелектуалыюго !нтерфейсу. Засоби хнтелектуального !нтер-фейсу иовинн! спиратися на розвинут! ыетоди роботи з знаниями: !х подання, збереження,' перетЕорэння та !н. Сам! ж знания повшш! вклв-чати 1нформац!в про систему понять предметно! облает!, про систему понять формальннх моделей, про ь1дпов1дн!сть ьказаних понять, про поточний стан предметно! облает!.

Правнльн!сть та ефектквн!сть органiaauii !нтелектуального iu-терфс-йсу в !нтегрова;гаму середовищ! досягасться шляхом створення ба-зових засоб1в, tuo opi елтеван! на розв'язання"широкого кола задач i адаптуються до спещфчних в и йог користувач!в, а такоа завдяки Единому п1дходу до органхзац!! интерфейсу користувача та' програшюго !нтерфейсу. .

Програыний !нтерфейс включав можливост! створення, збереження, выключения, редагуваяня, передач! та отрицания деяких об'ектхв ы1а програмами СпроцесашО у прикладн!й систем!. BiH допоыагае стЕорвва-ти cnopUneHi прикладн! програмн! систоыи (за принципами роботи э ними та 30BHii2Hb0»iy вигляду).

Описан! концептуалыи питания лягяи в основу побудови iHTerpo-ваного середовиаа. CASE.APS.

Прикладн! программ! системи, як1 иогна будувати в !нтегрованому соредовииа CASE APS, структурно бувають pi3Hoi складностх: в1д най-<5!льш простих (система складатиметься з одного програмного компонента для роэв'язання одHiе! задач1) до найскладн!ших, вклвчавчи 1нте-грован! системи, що грунтувться на знаниях.

Пот!к даних, яким керуегься програмна система, иохна розглядати з р1зних точок эору. Як складовнй компонент програино! системи - це модель предметно! облает!; як об! ост инструментально! системи - це проект ППС; як компонент хнтелектуальнох програыно! системи - це база лзнань про розв'язуваыня прикладних задач у певнхй предметней облас-т!; як об" асг системи врограыування - це програыа, написана в стил! • структур но-шдуяьного кошюзиЩЦюго програмураиия.

Основною «йежштариао йазаваю орограшюс ожшшце» у nift техно-

orii e програмний модуль.

В середовищ! !снують три класи технолотччних npoueciB, цо бслуговують ссновн1 об" ости предметно! облает 1: дан!, знания та за-a4i. Виходячи з цього базовими об'ектами, якими оперу с CASE APS при обудов1 систем, е об'ехти, з яких безпосередньо будуються прикладн! porpaMHi системи С модул! i !х специф!кац!1, 3MiHHi та i'x специф1ка-. ii) та об' ект - програма-проект в1дпов1дно! системи.

Обслуговування об'аст!в типу "задача" включав заключи! процеси ормування прикладних програмних систем: класиф1кац1я проблем пред-етно! облает! та !х декомпозиц1я на задач!, вхдобрагення задач на iflnosiflHi проекта моделей прикладних програмних систем, генерац!я еню для користувача ППС та реал1зац1я самого проекту прикладних рограмних систем. .

У розд!л1 3.3 розглянут! питания 1нформац!йно1 !нтеграц!1 прик-адних програм та систем.

Середовище CASE APS opi еитсвано на створення програмних засоб!в ляхом використання вже розроблених С в будь-якому мовному середови-i) прикладних програм. При !нтегрован!й обробц! та анал1з! даних гатистичн! прикладн! засоби потребують доступу до одних ! тих самих аних. Б1ль'л того, дан1 можуть бути п!дготовлен1 1 в рхзних СУБД, що еде до велико! р!зноман!тност! та Хнтерпретацп структур одних ! их самих даних. Tofxy пряма !нтеграц!я хоча би двох незалежних прог-ам для обробки даних, як правило, с проблематичною задачею.

Пропонусться роэв'язувати проблему доступу до даних у середови-! шляхом стандартизац!! семантики структур даних. Введения' тачо! гандартизацп дозволяе змшити саму структуру даних та операцп над ими (перегляд, редагування, вилучення та 1н.) без зм!ни саме прик- ' эдних програм. TaKi прикладн1 програми отримують доступ до даних, икористовуючи запити на них.

Зд!йснення запит!в на дан1 прикладними програмами, як1 входять э системи, базусться на вхртуальному поданн: даних стандартизсЕано-э файлу даних. В!ртуальний файл можна визначити ! на дек!лькох ба-эвих файлах даних. За запитом на доступ до запис1в в1ртуального айлу здМснюсться доступ до записав базових файл!в. Ц!• записи на-1ються прикладн1й програм: так, н1би здхйснювався доступ до одного 1йла.

Передача даних Mix програмами проводиться у три етапи: запов-?ння в!ртуального файла даними; i'x структуризац!я; надання дани^с Ш1й программ

- 1нтеграц1я прикладних програм та систем мохе здхйснсватися та кож 1 з використанням засоб!в д!алогу.

.У розд!л! 3.4 оозглянут! концептуальн1 питания розробки 1нтер-фейсу користувача в 1нтегрованих середовищах.

1нтерфейс користувача е одним з основних компонент!в як середо-вища CASE APS, так 1 самих побудованих в ньому прикладних програмниз систем. Принципы його орган!зацН tícho пов'~зан1 Mix собою та нак-ладаоть св!й в1дбиток на саму архитектуру середовивд вэагал! i нг npímnanHi системи анал!зу даних, зокрема.

0рган1зац1я та ун!ф!кац!я !нтерфейсу користувача базуегься на дотриманнх таких принцип!в: фокусування уваги користувача на даниа та досяхних я1ях; можливхсть альтернативнкх д!й; граф1чне зобрахення даних; одночасний вив!д на екран взааюпов'язано! ХнформацИ'; допо-мога в керуванн! д!ями користувача та зменшення к!лькост! !нформа-цП, яку необх1дно пам'ятати.

Практична проектування !нтерфеЯсу користувача повинно грунтува-тися такох на використанн! bíkoh для зобрахення конкретно! !нформа-цН та найкращому розм!ценн1 (в р!зних аспектах} bíkoh.у панелх для эобрахення !нформац!!.

Вахливим питаниям !нтелектуал!эацП !нтерфейсу користувача е терм!нолог!я. Це особливо актуально при створенн! прикладних прог-рамних систей, користувачами яких часто виступають не програм1сти. Тому в CASE APS використовуегься створення "порохнього" ун!ф!ковано-го !нтерфейсу. Беспосередньо формування та заповнення тако! !нтерфе-йсно!' оболонки зд1йснсе розробник прикладно! програмно!' системи у в!дпов!дност! з терм1нолог!аэ, яка прийнята у дан!й предметн!й облает! на основ! опис!в модел! предметно! облает!, що в!дбувасться на попередн!й стадií проектування прикладно! системи.

У розд!л! 3.5 описувться програмн! засоби гЦдтримки !нформац1й-ного забезпечення побудови ППС в !нтегрованому середовид1 CASE APS.

У CASE-APS весь спектр необх!дних onepaaifl для роботи з !нфор-мац!йними компонентами реал!зус редактор моделей.

Редактор моделей повн!стю побудований на описаних вице принципах орган!зацЦ !нтерфейсу користувача. В1н п!дтримуе вс! процеси для'редагування описаних базових об'ехт!в - модул!в та íx специф1ка-- ц!й, зм!нних та íx специф!кац!й, програм-проект!в, а такох !дентиф1-кац1ю предметних областей користувача. Як!сною Ыдм1ннхстс його в!д-стандартких редактор!в с виконання позиц!йного редагуваиня, висока технолог!чна ефективн!сть для роботи з iнформацiао такого типу, ка-

- IS -

>чн!сть зображення 1нформацП.

Обслуговування od'atTiB типу "задача"- зд1йсностьоя генератором ieHD та включае так! процеси: класиф!кац!я проблем предметно! облас-■! та i'x декомпозиц!я на задач!, в1дображення задач на в!дпов1дн! :роекти моделей прикладних систем, генерац1я менв для користувача рикладно! системи та реал!зац1Я самого проекта прикладно! системи.

Указан! процеси в noBHifl Mipi використовусть опио об' скт!в прё-. метно! облает! та багатов1конну систему меню.

У заклрченн! наведен: основн! результата дисертацхйно! роботи.

1. Розвинут! загальн! принципи пскЗудови та розр'облена ун!ф!ко-ана арх1тектура !нтегрованого середовища для автоматизацП побудо-и, функц!онування, вдосконалення !нтелектуальних прикладних прог-амних систем обробки та анал!эу даних.

2. Розроблена концепц!я !нтелектуального !нтерфейсу користувача !нтегрованому середовид! з урахуванням досв!ду i досягненнь проек-

ування !нтерфейс!в сучасних програмних систем та особливостеЯ ком-'втерно! технолог!! роэв'язування задач обробки та анал!зу даних.

3. Розроблен1 базов! функцП та арх!тектура редактора компози-!йних моделей прикладних проблем-проект!в програмних систем.

4. Запропонован! способи ефективного зображення об' ехт!в форма-!зованих предметних областей в !нтегрованих середовищах для рхэних лас iB ЕОМ.

5. Розроблене програмно-алгоритм!чне забезпечення непараметри-ного та параметричного спектрального анатпзу часових ряд1в з ураху-анням вимог операц!йного середовища, !нтегровано! технолог!Г оброб-■л даних та п!дтримки прийняття piiaeHb.

6. Побудована та реал!зована композиц!йна модель !нтегровано! Зробки часових ряд!в, ао ор1штована на д1алогову п1дтримку приЯ-?ття р1шень.

0триман1 результата теоретичного характеру та В1дпов!дне !м юграмно-алгоритм1чне 1 1нформац!йне забезпечення лягли в основу збудови ефективних систем ДЕЛЬТАСТАТ, С1ГМАСТАГ, комплексу С1ГМАЛЕ-зТА та !нтегрованого середовища CASE APS. Розроблен! • системи були 1роваджен1 у ряд1 opraHi3auifl, використання дало значний економ1ч-!й ефект.

За темов дисертац!! опубл1кован! так1 роботи.

1. Веревка 0.В., Калита А.В. Выбор модели временного ряда в па* >те ДЕЛЬТАСТАТ // Математическое обеспечение пакетов прикладных

программ и методов дискретной оптимизации. -Киев: Институт кибернети ки-им. В.М. Глушкова АН УССР, 1984. - С. 38-43.

2. Пакет прикладных программ для обработки данных методами тео рии вероятностей и математической статистики ДЕЛЬТАСТАТ/ И.В. Сер гиенко, И. Н. Парасюк, A.B. Кадита и др.. - Киев, 1985. - 50 с. СПрепр. / АН УССР. Ин-т кибернетики им.В.М.Глушкова, 85-22).

3. Пакет прикладных программ по обработке и анализу данных мето дами теории вероятностей и математической статистики ДЕЛЬТАСТАТ. И.В. Сергиенко, И.Н. Парасюк, О.В. Веревка и др.; Ин-т кибернетик! им.В.М. Глушкова АН. УССР.-Киев, 1985.-516 е. - Деп. в ГосФАП 17.11.85 N50850000670.

4. Парасюк И. Н., Веревка 0. В. , Калита А. В. Машинное ассистирова-низ при обработке временных рядов непараметрическими методами спектрального анализа в . пакете ДЕЛЬТАСТАТ//Применение статистической анализа в экономике к оценке качества продукции: - Тез. докл. IT. Всесоюз. конф. 17-18 сент. 1985г., Тарту, 1985, Ч. 2. - С. 170-173.

5. Калита A.B. Идентификация модели временного ряда в па кет« СИГМАСТАТ// Проектирование и разработка пакетов программ. - Киев: Ин-т кибернетики щ. В. М. Глушкова АН УССР, 1987. - С. 76-80.

6. Парасюк И. Н., Калита А. В., Провотар А. И. Программные средства поддержки одной технологии сборочного программирования для 'построения- интеллектуальных пакетов программ анализа данных// Программно-алгоритмическое обеспечение прикладного многомерного статистическогс анализа: Тез. докл.- III Всесоюзной школы-семинара, окт. 1987г., пос. Цахкадзор, Арм. ССР. - М. : ЦЭМИ АН СССР, 1987, Ч. I. - С. 87-89.

7. Пакет прикладных программ ДЕЛЬТАСТАТ/ И. В. Сергиенко, И.Н. Парасюк, О.В. Веревка и др. // Пакеты прикладных программ: Программное обеспечение вычислительного" эксперимента САлгоритмы и алгоритмические языки)-.-М. : Наука, 1987.- С. 3-24.

8. Программные средства поддержки инструментально-базовой технологии СИГМА-ДЕЛЬТА/ И.В. Сергиенко, И.Н. Парасюк, А.И. Провотар, A.B. Калита// УСиМ. - 1987, H 4. - С.58-62. '

9. Система СИГМАСТАТ функциональные и системные возможности/ И.Н. Парасюк, О.В. Веревка, А.В. Калита и др. //Применение статистического анализа в экономике и оценке'качества продукции: Тез.докл. 1У Всесоюз. конф. 5-7 сент. 1989г. - Тарту, -1989. - С. 43-44.

10. Калита A.B. „ Параспк И".ft , Провотар А.И., Принципы автоматизированного построения, программа их. сисхеш анализа» данный. Hai ГОШ- // Технология и методы решения задач прикладной математика. - Шавь

математики. — Киев : Пн т к;;Сер;;ст;:ки им. Б. М. Глушкова АН Украины, 1991. — С. 35—41.

11. CASE- система СИГМАДЕЛЬТА для построения программных систем анализа данных / И. Н. Парааок, А. В. Калита, Е. С. Карпинка,. А. И. Прозотар /,/ Программно-алгоритмическое обеспечение прикладного-многомерного статистического анализа: Тез. докл. IV Всесоюзной школы-семинара (окт. 1991 г., пос. Цахкадзор, Арм. ССР). — М. : ЦЭМИ АН СССР, 1991. — С. 61—62.

12. CASE- инструментальная система СИГМА-ДЕЛЬТА: принципы построения / И. В. Сергиенко,, И. Н. Парасюк, А. В. Калита, А. И. Прово-тар // Технология программирования 90-х: Тез. докл. междунар. конфе-пенции-ярмарки, Киев, 14—17 мая 1991 г. — Киев. — 1991. — С. 225— 226.

13. Система статистического анализа данных на ЕС ЭВМ (СИГМА-СТАТ) / И. В. Сергиенко, И. Н. Парасюк, Е. С. Карпинка и др. — Киевг 1991. — 36 с. — (Препр. / АН Украины. Ин-т кибернетики им. В. М. Глушкова; 91-22).

14. Сиггема СИГМАСТАТ: концепции и возможности / И. В. Сергиенко, И. Н. Парасюк, А. В. Калита, Е. С. Карпинка, А. И, Провотар // Кибернетика. — №4. — 1991. — С. 118—130.

15. CASE- интегрированная среда построения прикладных программных систем структурно-модульиыми методами / И. В. Сергиенко, И. Н. Парасюк, А. В. Калита, А. И. Провотар, А. Б. Барткиз // УСнМ. — 1993. — № 2. — С. 53—С4.

16. Парасюк И. Н., Калита А. В., Провотар А. И. CASE- система структурно-модульного композиционного программирования: концептуальные основы//Кибернетика и системный анализ.— 1993. — №2.— С. 140—144.

П1дп. до друку 21.04.93. Формат 60x81/16. Пашр друк. .V? 2. Офс. друк Ум. друк. арк! 0.93. Ум. фарбо-в1дб. 1,05. Обл.-внд. арк. 1,0. Тираж 100' прим. Замовл. 688.

Редакцпшо-вндавиичий ш'ддкт з пол!граф1чною дьтышцею !нституту юбернетики iMcni В. М. Глушкова АН Украши 252207 Ки1в 207, проспект Акаде:.пка Глушкова, 40