Журнал «Компьютерра» № 13 от 04 апреля 2006 года - Компьютерра (читать книги онлайн .txt) 📗
Тут-то и выходит на сцену новая технология – субъектное программирование. С ее помощью можно создать базу для развития более совершенной методологии разработки.
Итак, Субъектом называется приложение, способное в рамках системы самостоятельно реализовывать задачу, имеющую несколько путей решения. В отличие от «неразумного» Объекта, Субъект наделен возможностью выбирать этот путь, то есть он способен сам корректировать последовательности своих действий для достижения поставленной цели (как, например, делается при печати документа в спулере).
Стратегия управления такими приложениями должна основываться не на четких и конкретных командах операционной системы, а на «инструкциях». Управляя Объектом, мы используем отдельные его части (методы), а Субъекту достаточно указать «номер» инструкции, на основании которой он функционирует. И он уже сам будет управлять своими методами, чтобы достичь результата (рис. 1).
Слаженность и работоспособность работы системы, управляемой на основе такой стратегии, легко проиллюстрировать на примере отправки грузов железнодорожным транспортом. Допустим, существуют две фирмы, одна из которых занимается поставкой грузов на станцию, другая – формированием вагонов и отправкой грузов потребителям. В системе также есть диспетчер, контролирующий работу станции. Во время ремонта путей (обозначим это состояние системы – «Станция закрыта») диспетчер рассылает уведомление об этом обеим фирмам. Фирма, занимающаяся поставкой грузов, реагирует на ситуацию переходом в режим складирования грузов, а другая начинает заниматься ремонтом вагонов. Здесь важно то, что они не тратят силы на контакты друг с другом до тех пор, пока не изменится ситуация, а диспетчеру не требуется координировать их работу, так как каждый из компонентов системы действует по уже написанной инструкции.
То есть (возвращаясь к программированию) становится очевидным, что для эффективной разработки сложных интеллектуальных систем необходимо опираться на элементы, обладающие достаточной самостоятельностью. Как же должен быть устроен Субъект, чтобы реализовать все эти возможности? В первую очередь нужно формализовать на уровне системы существенные особенности такого элемента, а именно:
1. Субъект живет самостоятельной жизнью. Его сердцем является таймер, который как бы «питает» Субъект машинным временем операционной системы.
2. Субъект имеет органы осязания в виде сенсоров. Сенсоры следят за состоянием внешней и внутренней среды Субъекта. На основании анализа этих состояний Субъект выбирает ту или иную линию поведения.
3. Субъект содержит набор линий поведения. Каждая из них представляет собой роль, которая может быть выражена набором подпрограмм, преследующим определенную цель.
4. С роли на роль Субъект переключается самостоятельно исходя из анализа состояния системы.
На самом деле платформа для этого подхода в архитектуре систем подготавливалась на протяжении последних десяти-пятнадцати лет.
Некий прообраз описания Субъекта мы уже имеем, создавая AciveX (COM+) объекты; они могут загружаться в память системы и работать как вполне самостоятельные модули. Здесь в качестве связей с внешним миром используются интерфейсы, которые фактически являются сенсорами. С другой стороны, «магические» свойства операторов переключателей (case и switch) подвигли постановщиков задач для систем автоматического управления на разработку особой методологии программирования – switch-технологии, или автоматного программирования. Эта методология основывается на выделении состояний объекта, что позволяет приблизиться к формализации описания алгоритма программы. Дальше всех продвинулись в управлении объектами, которые по функциональному исполнению вполне подходят на роль Субъектов, разработчики анимационной графики и компьютерных игр.
Таким образом, на сегодняшний день имеется достаточно предпосылок, чтобы попытаться решить задачу формализации описания программного элемента – Субъекта.
Парадоксально, но факт: совершенствование самоорганизующихся приложений в мире информационных систем повторяет эволюцию живой природы – от простейших одноклеточных к более сложным организмам.
Не случайно первыми объектами, хорошо приспосабливающимися к среде обитания, были компьютерные вирусы, чье поведение очень похоже на поведение их «собратьев» из реальной жизни, а именно:
внедриться в тело программы и использовать для «питания» ее машинное время;
скрытно размножиться;
выполнять деструктивные действия в зараженных системах.
Такие «организмы» прекрасно себя чувствовали даже в однозадачной среде под DOS.
Современные многозадачные операционные системы уже сами собой представляют подобие многоклеточного организма, который пытается поддерживать работоспособность системы в целом, находясь в неком симбиозе с пользовательскими приложениями. Клетками этого организма являются службы ОС, выполняющие достаточно большое количество задач, таких как: контроль целостности данных в оперативной и дисковой памяти, контроль работы периферийных устройств, контроль сетевых устройств, управление правами доступа к данным и т. д. Понятие «оживление» напрашивается, а кое-где оно уже введено в индустрии компьютерных игр. Это относится как к процессу анимирования моделей игровых персонажей, так и к логике их поведения. Еще на этапе создания модели в нее могут включаться скрипты, имитирующие бег, ходьбу, повороты, мимику и другие способы анимации. В результате модель уже содержит набор линий поведения, которые могут использоваться разработчиками игр в соответствии с сюжетом. Создатели игровых сюжетов много внимания уделяют логической составляющей в поведении персонажей. До искусственного интеллекта им, конечно, еще очень далеко, но факт появления шахматных программ гроссмейстерского уровня говорит сам за себя.
Многим разработчикам приходилось создавать приложения, напоминающие поведением Субъекты. И каждый решал эту задачу по-своему.
Очевидно, что для стандартизации желательно применять такой способ решения задачи описания Субъектов, который был бы уже заложен в основу компилятора языка программирования. В качестве каркаса, на котором формируется структура Субъекта, можно использовать привычную структуру класса, просто введя в нее дополнительные понятия. Как известно, в описании класса в ООП обычно заложены следующие категории:
свойства – как описание характеристик объекта;
способности – как описание действий с объектом;
правила наследования свойств и способностей объекта.
Остается дополнить объект новыми элементами, относящимися к функциональности Субъекта:
активность – как описание частоты активизации объекта с помощью внешнего или внутреннего таймера;
контроль состояния – как описание сенсоров, которые ответственны за перевод Субъекта из одного состояния в другое;
линии поведения – как описания ролей, исполняемых Субъектом.
Обычно линии поведения уже присутствуют в программе, но они не всегда логически выделяются и структурируются разработчиком.
Таким образом, внешние отличия одного и того же приложения, написанного с помощью ООП и субъектно-ориентированного программирования (СОП), сведутся к тому, что весь «свободный» код[В данном случае «свободным» кодом называется нестандартизованный код, который программист пишет заново для каждого экземпляра объекта] в СОП разносится по соответствующим секциям, называемым ролями (рис. 2).
В этом случае необходимо ввести понятие «состояние Субъекта». Состояние Субъекта представляет собой обычную переменную, в которой содержится «кодовое слово», переключающее алгоритм работы приложения с одной линии поведения на другую. Список состояний Субъектов системы должен быть доступен всем приложениям.
