Гради Буч - Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С++, страница 5

Так Создатель достигал экономии средств выражения. Например, клетки служатосновными строительными блоками всех структур растения; корни, стебли и листья растениясостоят из клеток. И хотя любой из этих исходных элементов действительно является клеткой,существует огромное количество разнообразных клеток. Есть клетки, содержащие и несодержащие хлоропласт, клетки с оболочкой, проницаемой и непроницаемой для воды, и дажеживые и умершие клетки.При изучении морфологии растения мы не выделяем в нем отдельные части, отвечающиеза отдельные фазы единого процесса, например, фотосинтеза. Фактически не существуетцентрализованных частей, которые непосредственно координируют деятельность более низкихуровней. Вместо этого мы находим отдельные части, которые действуют как независимыепосредники, каждый из которых ведет себя достаточно сложно и при этом согласованно с болеевысокими уровнями.

Только благодаря совместным действиям большого числа посредниковобразуется более высокий уровень функционирования растения. Наука о сложности называет этовозникающим поведением. Поведение целого сложнее, чем поведение суммы его составляющих[б].Обратимся к зоологии. Многоклеточные животные, как и растения, имеют иерархическуюструктуру: клетки формируют ткани, ткани работают вместе как органы, группы органовопределяют систему (например, пищеварительную) и так далее.

Мы снова вынуждены отметитьприсущую Создателю экономность выражения: основной строительный блок всех растений иживотных — клетка. Естественно, между клетками растений и животных существуют различия.Клетки растения, например, заключены в жесткую целлюлозную оболочку в отличие от клетокживотных. Но, несмотря на эти различия, обе указанные структуры, несомненно, являютсяклетками. Это пример общности в разных сферах.Жизнь растений и животных поддерживает значительное число механизмовнадклеточного уровня, то есть более высокого уровня абстракции. И растения, и животныеиспользуют сосудистую систему для транспортировки внутри организма питательных веществ.

Иу тех, и у других может существовать различие полов внутри одного вида.Структура вещества. Исследования в таких разных областях, как астрономия и ядернаяфизика, дают множество других примеров невероятно сложных систем. В этих двух дисциплинахмы найдем примеры иерархических структур. Астрономы изучают галактики, которыеобъединены в скопления, а звезды, планеты и другие небесные тела образуют галактику.Ядерщики имеют дело со структурной иерархией физических тел совсем другого масштаба.Атомы состоят из электронов, протонов и нейтронов; электроны, по-видимому, являютсяэлементарными частицами, но протоны, нейтроны и другие тяжелые частицы формируются изеще более мелких компонентов, называемых кварками.Мы опять обнаруживаем общность форм механизмов в этих сложных иерархиях.

Насамом деле оказывается, что во Вселенной работают всего четыре типа сил: гравитационное,электромагнитное, сильное и слабое взаимодействия. Многие законы физики универсальны,например, закон сохранения энергии и импульса можно применить и к галактикам, и к кваркам.Структура социальных институтов. Как последний пример сложных систем рассмотримструктуру общественных институтов. Люди объединяются в группы для решения задач, которыене могут быть решены индивидуально. Одни организации быстро распадаются, другиефункционируют на протяжении нескольких поколений.

Чем больше организация, тем отчетливеепроявляется в ней иерархическая структура. Транснациональные корпорации состоят изкомпаний, которые в свою очередь состоят из отделений, содержащих различные филиалы.Последним принадлежат уже отдельные офисы и т. д. Границы между частями организации могутизменяться, и с течением времени может возникнуть новая, более стабильная иерархия.Отношения между разными частями большой организации подобны отношениям междукомпонентами компьютера, растения или галактики.

Характерно, что степень взаимодействиямежду сотрудниками одного учреждения несомненно выше, чем между сотрудниками двухразных учреждений. Клерк, например, обычно не общается с исполнительным директоромкомпании, а в основном обслуживает посетителей. Но и здесь различные уровни имеют единыемеханизмы функционирования. Работа и клерка и директора оплачивается одной финансовойорганизацией, и оба они для своих целей используют общую аппаратуру, в частности, телефонную систему компании.Пять признаков сложной системыИсходя из такого способа изучения, можно вывести пять общих признаков любойсложной системы. Основываясь на работе Саймона и Эндо, Куртуа предлагает следующеенаблюдение [7]:1.

"Сложные системы часто являются иерархическими и состоят из взаимозависимыхподсистем, которые в свою очередь также могут быть разделены на подсистемы, и т. д.,вплоть до самого низкого уровням."Саймон отмечает: «тот факт, что многие сложные системы имеют почти разложимуюиерархическую структуру, является главным фактором, позволяющим нам понять, описать и даже«увидеть» такие системы и их части» [8]. В самом деле, скорее всего, мы можем понять лишь тесистемы, которые имеют иерархическую структуру.Важно осознать, что архитектура сложных систем складывается и из компонентов, и изиерархических отношений этих компонентов.

Речтин отмечает: «Все системы имеют подсистемы,и все системы являются частями более крупных систем... Особенности системы обусловленыотношениями между ее частями, а не частями как таковыми» [9].Что же следует считать простейшими элементами системы? Опыт подсказывает намследующий ответ:2. Выбор, какие компоненты в данной системе считаются элементарными,относительно произволен и в большой степени оставляется на усмотрение исследователя.Низший уровень для одного наблюдателя может оказаться достаточно высоким длядругого.Саймон называет иерархические системы разложимыми, если они могут быть разделенына четко идентифицируемые части, и почти разложимыми, если их составляющие не являютсяабсолютно независимыми. Это подводит нас к следующему общему свойству всех сложныхсистем:3.

«Внутрикомпонентная связь обычно сильнее, чем связь между компонентами. Этообстоятельство позволяет отделять «высокочастотные» взаимодействия внутри компонентовот «низкочастотной» динамики взаимодействия между компонентами» [10].Это различие внутрикомпонентных и межкомпонентных взаимодействий обуславливаетразделение функций между частями системы и дает возможность относительно изолированноизучать каждую часть.Как мы уже говорили, многие сложные системы организованы достаточно экономнымисредствами.

Поэтому Саймон приводит следующий признак сложных систем:4. «Иерархические системы обычно состоят из немногих типов подсистем, по-разномускомбинированных и организованных» [11].Иными словам и, разные сложные системы содержат одинаковые структурные части. Этичасти могут использовать общие более мелкие компоненты, такие как клетки, или более крупныеструктуры, типа сосудистых систем, имеющиеся и у растений, и у животных.Выше мы отмечали, что сложные системы имеют тенденцию к развитию во времени.Саймон считает, что сложные системы будут развиваться из простых гораздо быстрее, если дляних существуют устойчивые промежуточные формы [12]. Гэлл [13] выражается более эффектно:5. «Любая работающая сложная система является результатом развития работавшейболее простой системы...

Сложная система, спроектированная «с нуля», никогда незаработает. Следует начинать с работающей простой системы».В процессе развития системы объекты, первоначально рассматривавшиеся как сложные,становятся элементарными, и из них строятся более сложные системы. Более того, невозможносразу правильно создать элементарные объекты: с ними надо сначала повозиться, чтобы большеузнать о реальном поведении системы, и затем уже совершенствовать их.Организованная и неорганизованная сложностьКаноническая форма сложной системы. Обнаружение общих абстракций и механизмовзначительно облегчает понимание сложных систем.

Например, опытный пилот,сориентировавшись всего за несколько минут, может взять на себя управление многомоторнымреактивным самолетом, на котором он раньше никогда не летал, и спокойно его вести. Определивэлементы, общие для всех подобных самолетов (такие, как руль управления, элероны идроссельный клапан), пилот затем найдет отличия этого конкретного самолета от других. Еслипилот уже знает, как управлять одним самолетом определенного типа, ему гораздо легченаучиться управлять другим похожим самолетом.Этот пример наводит на мысль, что мы обращались с термином иерархия в весьмаприблизительном смысле.

Наиболее интересные сложные системы содержат много разныхиерархий. В самолете, например, можно выделить несколько систем: питания, управленияполетом и т. д. Такое разбиение дает структурную иерархию типа «быть частью». Эту же системуможно разложить совершенно другим способом. Например, турбореактивный двигатель —особый тип реактивного двигателя, a «Pratt and Whitney TF30» — особый тип турбореактивногодвигателя. С другой стороны, понятие «реактивный двигатель» обобщает свойства, присущиевсем реактивным двигателям; «турбореактивный двигатель» — это просто особый типреактивного двигателя со свойствами, которые отличают его, например, от прямоточного.Эта вторая иерархия представляет собой иерархию типа «is-a».

Исходя из нашего опыта,мы сочли необходимым рассмотреть систему с двух точек зрения, как иерархию первого ивторого типа. По причинам, изложенным в главе 2, мы назовем эти иерархии соответственноструктурой классов и структурой объектов.3Объединяя понятия структуры классов и структуры объектов с пятью признакамисложных систем, мы приходим к тому, что фактически все сложные системы можно представитьодной и той же (канонической) формой, которая показана на рис.

1-1. Здесь приведены двеортогональных иерархии одной системы: классов и объектов. Каждая иерархия являетсямногоуровневой, причем в ней классы и объекты более высокого уровня построены из болеепростых. Какой класс или объект выбран в качестве элементарного, зависит от рассматриваемойзадачи.