Программа–конструктор для построения МП–транслятора по его параметрам с последующей проверкой задаваемых пользователем цепочек

СОДЕРЖАНИЕ

Задание

Реферат

Введение

1 Теоретические и практические основы разрабатываемой темы

1.1 Теория конечных автоматов

1.2 Области прикладного применения теории конечных автоматов

2 Разработка программного продукта

2.1 Современные требования к программным продуктам

2.2 Предполагаемая структура разрабатываемого ПП

2.3 Обоснование выбора средств реализации

2.4 Функциональная схема ( блок-схема )

2.5 Алгоритм реализации основной функции ПП

2.6 Иерархия экранных форм

2.7 Систему контроля неквалифицированных действий пользователя

3 Руководство пользователя, инструкция по инсталляции

3.1 Требования к аппаратным средствам

Выводы

Список литературы

Приложение А

РЕФЕРАТ

Курсовая работа по дисциплине «Основы дискретной математики» на тему: « Программа – конструктор для построения МП – транслятора по его параметрам с последующей проверкой задаваемых пользователем цепочек»

В работе рассмотрен вопрос построения автоматов-трансляторов с магазинной памятью, проверкой задаваемых цепочек. Программу можно использовать в учебных целях, для построения автоматов с последующим использованием созданных файлов в других приложениях, создаваемых с помощью среды программирования Delphi.

Работа посвящена изучению такого раздела дискретной математики, как автоматы-трансляторы с магазинной памятью. На основе полученных знаний разработан программный продукт, реализующий построение МП-транслятора путем задания управляющей таблицы.
При работе приложение позволяет пользователю построить транслятор. Затем пользователь может выполнить проверку цепочки. Если пользователь изучит теоретический материал, то работа не вызовет большого затруднения. Теоретический материал излагается ниже в записке, а также в реализованной справочной службы программы. Работа программного продукта реализована достаточно наглядно, что делает его пригодным для использования его в целях более качественного обучения студентов по указанному выше разделу дискретной математики.

Ключевые слова:

дискретная математика, МП-транслятор, управляющая таблица, входная цепочка, выходная цепочка.

Введение

В настоящее время компьютеры все чаще используются не только для обработки данных и уточнения параметров моделей, но и для постановки компьютерного эксперимента, во многих случаях призванного заменить дорогостоящий натурный эксперимент. Поэтому дальнейшее развитие математического моделирования связано с применением современных средств компьютерной математики как инструмента подготовки высококвалифицированных специалистов, построения содержательных моделей, накопления и хранения информации, полученной в результате исследования этих моделей, т.е. с разработкой новых информационных технологий для образования и научных исследований.

Развитие научно-технического прогресса ведет к росту потребности в технических, математических и иных расчетах, в соответствующих программных продуктах. Не последнее место в научных исследованиях занимает математическое моделирование с применением информационных технологий. В электротехнике и электронике широко используют MathCAD для проектирования всевозможные процессов, импульсов, сигналов.

Также математическое моделирование используется в металлургических направлениях. В частности в ДГМА производится математическое моделирование горячей и холодной прокатки на языке PASCAL. Производится математическое моделирование процесса переворачивания сталеразливочных ковшей, расчет механических свойств разных металлов и сплавов в условиях холодной деформации, анализ влияния выходных параметров процесса холодной прокатки на величину основных энергосиловых параметров.

В связи с широким распространением быстродействующих электронно-вычислительных машин главной задачей математического моделирования стала задача обеспечения интерактивности взаимодействия исследователя с моделируемым объектом, в том числе, в реальном времени. В научных исследованиях это сводится к определению архитектуры и состава программно аппаратных средств интерфейса пользователя, предварительной обработке исходных данных с учетом их амплитуды, частотных и временных характеристик, идентификации, прогнозированию и управлению, исследуемым объектом. Научные достижения включают методики разработки инструментальных средств и ряд алгоритмов для обеспечения человеко-машинного интерфейса, предварительной обработки данных и идентификации нелинейных динамических систем, визуализации полученных результатов.

Реферат

Дискретная математика
– раздел математики, занимающийся изучением свойств объектов конечного характера.

Дискретная математика включает в себя такие разделы как множества, алгебра высказываний, теория конечных автоматов, теория графов.

В этой курсовой работе будет предпринята попытка раскрыть как можно шире понятие автоматов-трансляторов с магазинной памятью.

Delphi является одним из наиболее быстрых средств для реализации поставленной задачи (написание кода программы и визуальное создание вида программы занимают очень короткий промежуток времени по сравнению с другими языками).

Однако основная ценность приложения – алгоритмическая поддержка. С одной стороны разработка качественного интерфейса заметно облегчается при использовании сред визуального программирования, а с другой стороны для разработки завершенных корректных приложений необходима теоретическая база.

При разработке программного продукта использовалась интегрированная среда Delphi 6.

1 Теоретические и практические основы разрабатываемой темы

1.1
Теория конечных автоматов

Конечный автомат(в дальнейшем КА) - абстрактное вычислительное устройство с фиксированным и конечным объемом памяти, которое на входе читает цепочки(последовательности символов некоторого алфавита), а на выходе сообщает об их принадлежности к некоторому множеству, для распознания которого он построен.

По сути КА работает как фильтр, который пропускает "правильные" цепочки. Другая трактовка КА - компактный алгоритм распознания регулярных, в том числе и бесконечных множеств, который строит программист перед началом кодирования (реализацией алгоритма на конкретном языке).

Далеко не для всех регулярных множеств можно построить

КА-распознаватель, так как КА не имеет возможности сосчитать и запомнить количество символов обрабатываемой цепочки. Для этой цели используется специальное устройство - магазин, в который можно помещать символы или удалять их, запоминая или сравнивая количество символов входной цепочки. Такой автомат называется автоматом распознавателем с магазинной памятью (сокращенно – МП-распознавателем).

Но в ряде случаев при обработке регулярного множества необходимо его преобразование в другое множество. Такие действия может выполнять МП-транслятор, на выходе которого будет формироваться выходная цепочка.

МП-транслятор задается :

1.Конечным множеством входных символов (включая символ конца цепочки "¶").

2.Конечным множеством выходных символов.

3.Конечным множеством магазинных символов (включая маркер дна магазина - '¤').

4.Конечным множеством состояний.

5.Упpавляющей таблицей, котоpая каждой комбинации трех параметров: входной символ, магазинный символ(верхний символ магазина), состояние - ставит в соответствие четыре параметра: действие с магазином, входным символом,
состоянием и выходным символом.

5.Hачальной конфигурацией (начальное состояние и начальное содеpжимое магазина).

6.Множеством допускающих конфигураций (комбинаций - состояние МП-транслятора и верхний символ магазина в момент, когда приходит символ "конец цепочки").

Допускаемые операции над входом:

1.Держать входной символ (Д).

2.Перейти к очередному символу (П).

Примечание: запрещено запрашивать входной символ после прихода символа "¶"("конец цепочки").

Допускаемые операции над магазином

1.Втолкнуть в магазин магазинный символ, к примеру А (Вт.А).

2.Вытолкнуть из магазина верхний символ, к примеру А (Выт.А).

3.Оставить магазин без изменений (О).

Ряд ячеек управляющей таблицы может без деления на поля заполняться символом Е (состояние ошибки). Если МП-транслятор попал в такое состояние, то обработка цепочки прекращается и такая цепочка отвергается.

Результатом работы для МП-транслятора будет сообщение "допустить" или "отвергнуть" и цепочка получаемая на выходе. Входная цепочка допускается МП-транслятором , если под воздействием этой цепочки автомат, начавший работу в начальной конфигурации ( в начальном состоянии и с начальным содержимым магазина) приходит к допускающей конфигурации после поступления символа "конец цепочки", иначе цепочка отвергается.

Рассмотрим строение ячейки в таблице переходов МП-транслятора.

Рис. 1 – вид ячейки МП-транслятора

Построение МП-транслятора для распознания заданного множества цепочек - процесс творческий и неоднозначный. Теоретически для распознания одного и того же множества цепочек можно построить бесконечное множество КА. Описанный выше принцип распознания применим далеко не ко всякому регулярному множеству.

1.2
Области прикладного применения теории конечных автоматов

Принцип работы конечных автоматов различных уровней широко применяется в вычислительных устройствах, как на аппаратном, так и на программном уровнях: это компиляторы, трансляторы программ, различные кодировщики, антивирусные программы и т.п. В принципе работу любой программы можно представить как работу цепочки конечных автоматов различной сложности.

2
Разработка программного продукта

2.1 Современные требования к программным продуктам

К современным программным продуктам (далее ПП) предъявляется ряд требований. Современные ПП должны обладать дружественным интерфейсом, позволяющим пользователю просто работать с приложением, а не теряться в догадках о назначении той или иной кнопки или другого элемента управления. В идеале приложение должно очень корректно и последовательно “проводить” пользователя от этапа ввода данных до получения конкретного результата. Приложение должно обладать развитой системой поддержки пользователя, а именно справочной подсистемой, грамотно изложенным руководством пользователя и так далее. Для обеспечения этих и других требований используется стандартизованный интуитивно понятный интерфейс, принятый во многих графических операционных системах, что позволяет пользователю начинать работу с приложением не с изучения назначений его элементов управления, а непосредственно с изучения предметной области, в которой функционирует приложение, с тем, чтобы сразу после этого приступить к работе с приложением.

2.2 Предполагаемая структура разрабатываемого ПП

Прежде, чем приступать к реализации приложения, необходимо спроектировать структуру разрабатываемого программного продукта.

Выбранная среда разработки основана на объектно-ориентированном языке (ObjectPascal), что предполагает проектирование ПП в рамках объектно-ориентированной технологии.

В программе реализованы следующие объекты:

TMyStack – инкапсулирует свойства и методы для организации и функционирования стека.

TMPrasp – инкапсулирует свойства и методы для организации и функционирования МП-транслятора.

Остальные объекты, реализующие функциональность программы, созданы (с применением автоматизации) с помощью среды разработчика (IDEDelphi).

Модули :

DMKurs – главный модуль организующий работу ПП (отрисовку, загрузку, сохранение, обработка введенных данных)

Mpunit – создание объекта МП-транслятора и его функционирование.

AddUn – добавление различных элементов МП-транслятора

EditUn – редактирование ячейки.

Остальные объекты, реализующие функциональность программы, созданы (с применением автоматизации) с помощью среды разработчика (IDEDelphi). Структура ПП, реализованного согласно выданного в рамках курсовой представлена на рисунке 2.

Рис.2 – Структура программного продукта

После начала работы приложения пользователю предлагается добавлять, а также изменять параметры МП-транслятора; редактировать ячейки; разбор цепочек с получением результата (предусмотрен пошаговый и автоматический разбор, при пошаговом текущее состояние автомата отображается отдельно).

При выборе средств разработки ПП необходимо учитывать изложенные выше требования. Сегодня приложения, работающие с пользователем в диалоговом режиме, никого не удовлетворяют, так как они не имеют достаточной наглядности. Поэтому выбор средств разработки необходимо осуществлять с точки зрения возможностей визуализации и обеспечения наглядности приложений, предоставляемых тем или иным средством разработки.

2.3 Обоснование выбора средств реализации

Для решения поставленной задачи мною выбрано средство разработки Delphiверсии 6.0 [4]. Это средство использует технологию визуального программирования, что облегчает и ускоряет разработку графического пользовательского интерфейса и обеспечивает возможность сосредоточить при программировании усилия на реализации алгоритма обработки данных и вычислений. Таким образом, выбранное средство разработки выгодно отличается от различных диалектов алгоритмических языков высокого уровня класса Pascal 6.0-7.0, С 3.0 и т.д.

Среди современных средств визуального программирования (VisualBasic, VisualC++ и т.д.) Delphi выгодно отличается тем, что позволяет быстро создавать высокопроизводительные и мощные приложения. Хотя VisualBasic нашел широкий спрос и помог открыть мир программирования для непрофессионалов, он не лишен многих проблем. Основные из них – низкая производительность разрабатываемых приложений при их выполнении, недостаточная строгость языка. Т.к. Delphi была разработана позже VisualBasic, многие недостатки последнего средства разработки были устранены.

Поэтому, на мой взгляд, Delphi является оптимальным выбором для создания мощных профессиональных приложений.

2.4 Функциональная схема ( блок-схема )

Функциональная схема разработанного программного продукта приведена на рисунке 3.

нет

да

Рис. 3 – Функциональная схема программного продукта

2.5
Алгоритм реализации основной функции ПП

Основной функцией ПП является функция
CheckChain, находящаяся в модуле Mpunit, которая выдает результат разбора цепочки («Допуск», «Нет допуска»).

Цепочка допускается если по приходу символа «конец цепочки» пара

«Состояние – магазинный символ» находится в множестве допустимых состояний.

В функцию передается цепочка алфавитных символов, подлежащая разбору, организовывается цикл в котором осуществляется переход между состояниями автомата по параметрам считываемым из массива ячеек. В случае если автомат переходит в состояние ошибки или достигается максимальное число итераций(50000) цикл прекращается и выдается сообщение о не допуске цепочки, цикл продолжается пока входным символом не будет символ конца цепочки, если цикл был завершен нормально то организуется проверка, находится ли состояние в котором закончил работу автомат среди допустимых, и выдается соответствующее сообщение. Для реализации магазина создается объект типа
TmyStack, который дает возможность вталкивать цепочку магазинных символов, выталкивать верхний символ, заменять верхний символ на цепочку, выдавать верхний символ.

2.6
Иерархия экранных форм

Главное окно

Для создания нового МП-транслятора необходимо выбрать из меню файл Новый. Добавить символы, состояния, магазинные символы с помощью кнопки Добавить.

В результате этих действий получим заготовку управляющей таблицы. Потом следует заполнить ячейки, для этого необходимо щелкнуть левой кнопкой мыши по ячейке. После этого появится окно редактирования ячейки.

Окно редактирования ячейки

Заполнив таблицу, пользователь может проверить цепочку на принадлежность данному множеству для которого построен МП- транслятор. Для этого нужно щелкнуть на кнопке РАЗБОР ЦЕПОЧКИ и в окно РАЗБОР ввести разбираемую цепочку. Вводимая цепочка должна содержать символы, используемые при построении транслятора, иначе будет выведено сообщение

Если не возникнет ошибка вводимых данных, будет получен результ:

цепочка допущена или нет и цепочка на выход.

2.7 Система контроля неквалифицированных действий пользователя

Для ввода данных в ПП в большинстве случаев организовывается выбор вводимых данных из возможных. На экран выводится форма содержание которой зависит от вводимых ею данных, она имеет выпадающий список, содержащий данные, перед занесением этих данных в распознаватель организуется предпроцессор который определяет возможен ли ввод. Таким способом осуществляется ввод новых символов, магазинных символов(они добавляются если не содержатся в автомате), начального состояния автомата(символы вводимые пользователем должны содержаться в автомате). В случае разбора цепочек, также организовывается предпроцессор в котором происходит проверка принадлежности вводимых данных алфавиту входных символов. Во всех случаях возникновения ошибок появляется окно содержащее сообщение об ошибке.

3
Руководство пользователя, инструкция по инсталляции

3.1
Требования к аппаратным средствам

Для эффективной работы спроектированного программного комплекса необходимо выполнение следующих требований к аппаратному и программному обеспечению:

· CPU не ниже Pentium-133

· 8 Mb оперативной памяти (желательно 32 Mb)

· минимум 1Mb свободного дискового пространства

· 1 Mb видеопамяти

· операционная система Windows 95/98/2000/NT.

· Манипулятор мышь.

Приложение было тестировано на следующих конфигурациях:

· Intel Celeron 400, 32 Mb RAM, Windows 98

· Intel Pentium || Celeron 266, 64 Mb RAM, Windows 98

· AMD K6 || 333, 64 Mb RAM, Windows NT 4.0

· Intel Pentium 166, 16 Mb RAM, Windows 95

Вывод

В ходе разработки курсового проекта я ближе ознакомился с теорией МП- трансляторов, научился писать программы - конструкторы для построения МП – транслятора по его параметрам с последующей проверкой задаваемых цепочек, закрепил знания по системному программированию. Разрабатывая программу, я научился применять знания дискретной математике, что облегчает работу программиста.

В дальнейшем хотелось бы улучшить программный продукт -улучшить интерфейс.

Листинг
программы
:

unit DmKurs;

interface

uses

Windows, Messages, SysUtils, Classes, Graphics, Controls, Forms, Dialogs,

MPunit, ComCtrls, ToolWin, Menus, StdCtrls, ExtCtrls, Grids,Addun,

ActnList, ImgList, ExtDlgs, Buttons, ButtonComps, RunText;

type

TMainPr = class(TForm)

StatusBar1: TStatusBar;

MainMenu1: TMainMenu;

pc1: TPageControl;

File1: TMenuItem;

Help1: TMenuItem;

New1: TMenuItem;

Save1: TMenuItem;

Load1: TMenuItem;

N1: TMenuItem;

Exit1: TMenuItem;

tsEdit: TTabSheet;

ActionList1: TActionList;

alCreateNew: TAction;

ImageList1: TImageList;

tsCheck: TTabSheet;

dgMP: TDrawGrid;

alRepaint: TAction;

ToolBar1: TToolBar;

tbNew: TToolButton;

alSave: TAction;

sd1: TSaveDialog;

ToolButton1: TToolButton;

ToolButton2: TToolButton;

alLoad: TAction;

od1: TOpenDialog;

pm: TPopupMenu;

New2: TMenuItem;

Save2: TMenuItem;

Load2: TMenuItem;

N2: TMenuItem;

Exit2: TMenuItem;

spd1: TSavePictureDialog;

tsAdd: TTabSheet;

alExit: TAction;

tlSavePicture: TToolButton;

N3: TMenuItem;

N4: TMenuItem;

N5: TMenuItem;

alHelp: TAction;

ToolButton3: TToolButton;

N6: TMenuItem;

N7: TMenuItem;

GroupBox2: TGroupBox;

buSymbAdd: TButton;

buDelSymb: TButton;

buClear: TButton;

Panel6: TPanel;

Label15: TLabel;

buNextStep: TButton;

lbStep: TListBox;

rgCheck: TRadioGroup;

buCheck: TButton;

plStData: TPanel;

buStopTrace: TBitBtn;

Panel1: TPanel;

lbResult: TLabel;

plChain: TEdit;

GroupBox1: TGroupBox;

mmNotes: TMemo;

Panel3: TPanel;

Label9: TLabel;

sgStartMag: TStringGrid;

buStartAdd: TButton;

buStartDel: TButton;

Panel4: TPanel;

Label10: TLabel;

cbStartingSt: TComboBox;

Panel5: TPanel;

Label11: TLabel;

Label12: TLabel;

Label13: TLabel;

Label14: TLabel;

cbStEd: TComboBox;

cbMagStEd: TComboBox;

cbSymbEd: TComboBox;

buCellEdit: TButton;

Panel2: TPanel;

Panel7: TPanel;

Label1: TLabel;

Label4: TLabel;

Label6: TLabel;

Label8: TLabel;

lbStNum: TLabel;

lbFirstSt: TLabel;

Label7: TLabel;

sgMagList: TStringGrid;

sgSymbList: TStringGrid;

sgMagStart: TStringGrid;

Panel8: TPanel;

sgGood: TStringGrid;

Label5: TLabel;

rgWhatAdd: TRadioGroup;

Panel9: TPanel;

Button1: TButton;

procedure FormClose(Sender: TObject; var Action: TCloseAction);

procedure tsAddShow(Sender: TObject);

procedure tsEditShow(Sender: TObject);

procedure buStartAddClick(Sender: TObject);

procedure buStartDelClick(Sender: TObject);

procedure alCreateNewExecute(Sender: TObject);

procedure cbStartingStChange(Sender: TObject);

procedure buCellEditClick(Sender: TObject);