Программный комплекс лабораторных работ по методам обработки экспертной информации

ID_VAR

LAB_NUM

LAB_VAR

П.,У.

Вариант

Варианты лабораторных работ

N_STUD

FAM

IM

OT

GR

ID_VAR

П.,У.

Студент

Сведения о студентах

ZAP LAB_NUM

ID_VAR

FAM

MARK

DATE

П.,У.

Журнал

Выполненные лабораторные работы

GR_NUM

GR

П.,У.

Группа

Студенческие группы

Возникает ситуация в которой студент и вариант связаны между собой связью один-ко-многим. Реализовать на практике данную связь невозможно, поэтому введем еще один информационный объект, который будет хранить данные о связи между студентами и вариантами.

Установим связи информационных объектов.

Таблица 4.5 - Типы связей между информационными объектами

Номер связи отношений	Главный ИО	Подчиненный ИО	Тип реального отношения
1 2 3 4 5	Группа Лабораторная работа Студент Вариант Студент	Студент Вариант Вариант студента Вариант студента Журнал	1:M 1:M 1:M 1:M 1:M

4.2 Построение логической модели данных

При построении логической модели данных воспользуемся тремя ее видами: диаграмма сущность-связь, модель, основанная на ключах и полная атрибутивная модель. Выбранные модели имеют ряд различий, но при этом позволяют наглядно представить такие аспекты базы данных как: связи информационных объектов, наличие внешних ключевых атрибутов или полный перечень атрибутов, соответствующий данному информационному объекту [15].

Построим модель данных в виде диаграммы сущность-связь, представляющей собой модель данных верхнего уровня. Она включает сущности и взаимосвязи, отражающие основные бизнес-правила предметной области. Использование данной модели позволяет видеть взаимосвязи информационных объектов. Построенная модель представлена на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 - Модель сущность-связь

При построении схемы была учтена особенность взаимосвязи между ИО «Вариант студента» и «Журнал». Прямой связи между ними нет, но журнал использует данные из «Варианта студента» для определения варианта.

Модель данных, основанная на ключах, представленная на рисунке 4.2.



Рисунок 4.2 - Модель данных, основанная на ключах

Данная модель предполагает уже более подробное представление данных и включает описание всех сущностей и первичных ключей. Данная модель предназначена для представления структуры данных и ключей, которые соответствуют предметной области. На рисунке видны ключевые реквизиты сущностей, первичные и внешние, описательные атрибуты в данной модели не рассматриваются.

Также на данном этапе были введены новые ключевые атрибуты для таких сущностей как: студент, журнал и вариант и вариант студента. Это было сделано с целью удовлетворить требования третьей нормальной формы [16], для последующего представления всех атрибутов в полной атрибутивной модели.

Полная атрибутивная модель представлена на рисунке 4.3.



Рисунок 4.3 - Полная атрибутивная модель

Эта модель предоставляет наиболее детализировано представленные данные, представляет данные в третьей нормальной форме и включает все сущности, атрибуты и связи.

Были введены новые ключевые реквизиты, чтобы данные в таблицах соответствовали третьей нормальной форме, т.е. каждый атрибут функционально полно зависит от ключевого реквизита, и отсутствуют транзитивные функциональные зависимости не ключевых атрибутов от ключевых реквизитов.

4.3 Описание таблиц базы данных

Полное описание таблиц базы данных представлено ниже, в таблице 4.6. в ней описаны обозначения реквизитов их наименование, признак ключа и формат поля.

Таблица 4.6 - Описание таблиц реляционной базы данных

Атрибут	Признак ключа	Формат поля
Обозначение	Наименование		Тип	Длина	Точность
ИО «Студент»
ID_STUD	Индивидуальный номер студента	Простой универсальный (П.У.)	Числовой	256	-
FAM	Фамилия		Текстовый	256
IM	Имя		Текстовый	256
OT	Отчество		Текстовый	256
GR_NUM	Группа		Числовой	256
ИО «Лабораторная работа»
LAB_NUM	Номер лабораторной работы	П.У.	Числовой	2	-
LAB_NAME	Название		Текстовый	256
ИО «Вариант»
ID_VAR	Индивидуальный номер варианта	П.У.	Числовой	256	-
LAB_NUM	Номер лабораторной работы		Числовой	2
VAR_NUM	Номер варианта		Числовой	256
ИО «Журнал»
ZAP	Номер записи о выполнении	П.У.	Числовой	256	-
ID_STUD	Индивидуальный номер студента		Числовой	256
LAB_NUM	Номер лабораторной работы		Числовой	1
ID_VAR	Индивидуальный номер варианта		Числовой	256
MARK	Оценка		Числовой	1
DATE	Дата выполнения		Текстовый	10

4.4 Содержание программного комплекса лабораторных работ

Выполнение лабораторных работ составляет основную часть разрабатываемого комплекса. При выполнении лабораторных работ студент не только выполняет определенные задания, но и изучает теорию (или пользуется ею), по завершении выполнения заданий студент получает отчет, на основании которого он отвечает на контрольные вопросы, на основании ответов на которые он получает оценку. При этом некоторые этапы выполнения работы могут выполняться параллельно.

Выполнение работ в лабораторном комплексе, вне зависимости от содержания лабораторных работ выглядит одинаково. Схема выполнения лабораторных работ представлена на рисунке 4.4.

Рисунок 4.4 - Схема выполнения лабораторных работ.

Выполнение задания включает в себя выполнение общего задания и задания по вариантам. На рисунке видно, что выполнение задания и получение теории происходит параллельно, а получение отчета следует за выполнением задания, также как и ответ на вопросы следует за получением отчета. Получение оценки следует за ответами на контрольные вопросы.

Комплекс состоит из двух лабораторных работ, которые не взаимосвязаны между собой.

Первая лабораторная работа представляет задания по методу ранжирования, этапы выполнения которой представлены на рисунке 4.5.



Рисунок 4.5 - Схема выполнения лабораторной работы 1.

В первой лабораторной работе студенту предложено выявить определяющие параметры для качества программного обеспечения в общем задании и выявить определяющие параметры для успешного обучения студентов в заданиях по вариантам.

Приведем последовательность выполнения лабораторной работы.

Количество параметров равно n. В ранжировке указанных параметров принимали участие m специалистов. Для сбора мнений специалистов составляется анкета.

Специалистам предлагается проранжировать параметры в порядке убывания их значения. В столбце «Ранг» анкет проставляются цифры, соответствующие месту, отведенному специалистом данному параметру в ранжировочном ряду. В случае, если специалист затрудняется отдать предпочтение одному из двух или нескольких параметров, им присваивается одно и то же значение, которое затем преобразовывается при вычислении.

Для учета компетентности опрашиваемых специалистов проводится ранжировка самих специалистов. Для этого выбирают наиболее опытных и компетентных специалистов (их количество - l) ранжируют всех специалистов. При этой ранжировке учитывается квалификация, стаж и опыт работы.

Результаты ранжировки специалистов по их компетентности представляются на рисунке 4.6

Ранжирующие специалисты	Ранжируемые специалисты
	1	2	…	J	...	m
1
2
…
i
…
l

Рисунок 4.6 - Матрица рангов специалистов

При преобразовании, ранжируемым специалистам, имеющим одинаковые ранги, приписываются ранги, равные среднему арифметическому значению мест, которые они поделили между собой. Преобразованная матрица рангов специалистов представлена на рисунке 4.7.

Ранжирующие специалисты	Ранжируемые специалисты
	1	2	..	j	…	m
1
2
…
I
…
l
d

Рисунок 4.7 - Преобразованная матрица рангов специалистов

В столбце приводится число повторений каждого ранга в каждой строке.

Средняя сумма рангов вычисляется по формуле:

(4.1)

где l - число ранжирующих специалистов, i - число ранжируемых специалистов.

В строке приводится сумма рангов.

Строка d - это разность между суммой рангов и средней суммой рангов, которая вычисляется по формуле:

(4.2)

В том случае, когда имеются одинаковые ранги, необходимо выполнить расчет T_l - средней суммы ранжирования, где имелись одинаковые ранги. Вычисление производится по формуле:

(4.3)

где t_l - число повторений каждого ранга в l-ом ряду.

Если в одном ряду повторений несколько для разных рангов, тогда вычисляется для каждого повторяющегося ранга T_l , а после считается сумма T_l для всего ряда.

Коэффициент конкордации, определяющий степень согласия мнений ранжирующих специалистов, рассчитывается по формуле:

(4.4)

При W=0 связи между мнениями специалистов нет, а если W=1, то мнения всех специалистов совпали.

Следующим шагом оценивается значимость коэффициента конкордации по критерию. Расчет производится по формуле:

(4.5)

Существует согласованность ранжирующих специалистов относительно компетентности ранжируемых специалистов при выполнении условия.

Строится гистограмма ранжировки специалистов.

Специалисты, имеющие равные или близкие суммы рангов, объединяются в группы. Каждой группе приписывается вес в в зависимости от места в ранжировочном ряду, который определяется пропорционально рангу группы специалистов.

Вес в равен двум для самых опытных специалистов и равен единице для наименее опытных.

Преобразованная матрица рангов параметров представлена на рисунке 4.8.

Специалисты	Параметры	Ранг специалиста	Вес специалиста,
	1	2	…	J	…	n
1
2
…
i
…
m

Рисунок 4.8 - Преобразованная матрица рангов параметров.

Средняя сумма рангов определяется по формуле:

(4.6)

Итоговый коэффициент конкордации вычислялся по формуле:

(4.7)

где l - число ранжирующих специалистов; n - число ранжируемых факторов.

Итоговая значимость коэффициента конкордации по критерию . Расчет производится по формуле:

(4.8)

В конце метода строится итоговая гистограмма ранжировки параметров, которая наглядно демонстрирует, какой параметр является определяющим.

Разработанные задания по вариантам представлены в таблице 4.7.

Таблица 4.7 - Варианты к первой лабораторной работе

№ варианта	Содержание задания
1	2
1	Выявить определяющие параметры для успешного обучения студентов. Параметры для ранжирования: база знаний, полученная в школе; опыт исследовательской деятельности в школе; работа по специальности; умение планировать свою работу; организация подготовки к экзамену. Для сбора мнений студентов составлялась анкета. В ранжировке указанных параметров принимали участие 5 студентов.
2	Выявить определяющие параметры для успешного обучения студентов. Параметры для ранжирования: работа с учебной литературой; оценки за первую сессию; адаптация к вузовской (лекционной) форме обучения; Организация работы над курсовым проектом; организация времени, отведенного на изучение материала. Для сбора мнений студентов составлялась анкета. В ранжировке указанных параметров принимали участие 4 студентов.
3	Выявить определяющие параметры для успешного обучения студентов. Параметры для ранжирования: общеобразовательный или профильный класс в школе; оценки в аттестате; работа с учебной литературой; умение планировать свою работу; работа по специальности. Для сбора мнений студентов составлялась анкета. В ранжировке указанных параметров принимали участие 6 студентов.
4	Выявить определяющие параметры для успешного обучения студентов. Параметры для ранжирования: участие в научных конференциях в школе; организация своего времени в институте; организация подготовки к экзаменам; опыт исследовательской деятельности в школе. Для сбора мнений студентов составлялась анкета. В ранжировке указанных параметров принимали участие 4 студентов.
5	Выявить определяющие параметры для успешного обучения студентов. Параметры для ранжирования: соответствие профиля школьного исследования выбранной специальности; опыт исследовательской деятельности в школе; работа со справочной литературой; умение планировать свою работу; адаптация к вузовской (лекционной) форме обучения; балл по единому государственному экзамену. Для сбора мнений студентов составлялась анкета. В ранжировке указанных параметров принимали участие 6 студентов.
6	Выявить определяющие параметры для успешного обучения студентов. Параметры для ранжирования: работа с учебной литературой; опыт исследовательской деятельности в школе; база знаний, полученная в школе; умение распределять свое время; организация подготовки к экзамену. Для сбора мнений студентов составлялась анкета. В ранжировке указанных параметров принимали участие 4 студентов.
7	Выявить определяющие параметры для успешного обучения студентов. Параметры для ранжирования: база знаний, полученная в школе; оценки за четвертую сессию; работа по специальности; организация подготовки к экзаменам; работа с учебной литературой. Для сбора мнений студентов составлялась анкета. В ранжировке указанных параметров принимали участие 5 студентов.
8	Выявить определяющие параметры для успешного обучения студентов. Параметры для ранжирования: умение планировать свою работу; умение распределять свое время; оценки в аттестате; участие в научных конференциях в школе; работа по специальности. Для сбора мнений студентов составлялась анкета. В ранжировке указанных параметров принимали участие 4 студентов.
9	Выявить определяющие параметры для успешного обучения студентов. Параметры для ранжирования: знание психологических, физиологических и интеллектуальных особенностей; организация работы над курсовыми проектами; организация подготовки к экзаменам; база знаний, полученная в школе; опыт исследовательской деятельности в школе; умение работать в коллективе. Для сбора мнений студентов составлялась анкета. В ранжировке указанных параметров принимали участие 6 студентов.
10	Выявить определяющие параметры для успешного обучения студентов. Параметры для ранжирования: работа с учебной литературой; работа со справочной литературой; опыт исследовательской деятельности в школе; объем реализуемых запланированных дел; соответствие профиля школьного исследования выбранной специальности. Для сбора мнений студентов составлялась анкета. В ранжировке указанных параметров принимали участие 6 студентов.

Во второй лабораторной работе «Основные методы обработки экспертной информации» изучаются метод парных сравнений, метод предпочтений, метод ранга. Основные этапы выполнения лабораторной работы 2 представлены на рисунке 4.9. Во второй лабораторной работе студенту необходимо ознакомиться с примерами выполнения метод парного сравнения, метода предпочтения.

Сначала лабораторной работы разбирается метод парных сравнений. Каждый из m экспертов производит оценку влияния на результат всех пар из n объектов, давая числовую оценку.

Рисунок 4.9 - Основные этапы выполнения второй лабораторной работы

Эксперты осуществляют попарное сравнение объектов, оценивая их важность в долях единицы.

Находятся оценки, характеризующие предпочтение одного из объектов над всеми остальными. Находится сумма всех предпочтений по формуле:

программный комплекс экспертный лабораторный

 (4.9)

Далее вычисляются итоговые веса A для всех объектов:

(4.10)

Полученные веса объектов позволяют ранжировать объекты по их важности. В конце метода строится диаграмма парного сравнения объектов.

В методе предпочтений каждый из m экспертов производит оценку факторов, пользуясь числами натурального ряда от единицы до числа, равного количеству факторов, то есть n. Строится исходная матрица предпочтений, которая представлена на рисунке 4.10

Эксперты	Факторы
	X1	X2	X3	...	Xn
Э1
Э2
…
Эj
…
Эm

Рисунок 4.10 - Исходная матрица предпочтений

Далее исходная матрица преобразуется. Новые значения ячеек вычисляются по формуле:

(4.11)

где K_s - старое значение ячейки. Вычисляются итоговые оценки предпочтения каждого фактора по формуле:

 (4.12)

Вычисляется сумма итоговых оценок предпочтения по формуле:

(4.13)

Расчет искомых весов всех факторов производится по формуле:

(4.14)

Полученные веса факторов позволяют ранжировать факторы по их важности. В конце метода строится диаграмма предпочтений факторов.

Метод рангов основан на балльных оценках факторов, которые поставили несколько экспертов. Каждый из экспертов оценивает факторы по десятибальной шкале. Чем более предпочтительной, по мнению эксперта, является альтернатива, тем более высокий балл для нее указывается.

Каждый из m экспертов производит оценку факторов, пользуясь числами натурального ряда от единицы до десяти. Строится исходная матрица рангов, которая представлена в таблице 4.11.

Эксперты	Факторы
	X1	X2	…	Xi	...	Xn
Э1
Э2
…
Эj
...
Эm

Рисунок 4.11 - Исходная матрица рангов

Вычисляется сумма каждой строки по формуле:

(4.15)

где K_s - старое значение ячейки.

Исходная матрица рангов преобразуется в матрицу нормированных оценок, где значение каждой ячейки вычисляется по формуле:

(4.16)

Вычисляется сумма каждого столбца:

(4.17)

Вычисляются искомые веса всех факторов по формуле:

(4.18)

Полученные веса факторов позволяют ранжировать факторы по их важности. В конце метода строится диаграмма рангов.

Разработанные задания по вариантам представлены в таблице 4.8.

Таблица 4.8 - Варианты к лабораторной работе 2

№ варианта	Содержание задания
1	2
1	Выявить определяющие параметры для успешного обучения студентов. Параметры для ранжирования: работа с учебной литературой; опыт исследовательской деятельности в школе; база знаний, полученная в школе; умение распределять свое время; организация подготовки к экзамену. Для сбора мнений студентов составлялась анкета. В ранжировке указанных параметров принимали участие 4 студента.
2	Выявить определяющие параметры для успешного обучения студентов. Параметры для ранжирования: база знаний, полученная в школе; оценки за четвертую сессию; работа по специальности; организация подготовки к экзаменам; работа с учебной литературой. Для сбора мнений студентов составлялась анкета. В ранжировке указанных параметров принимали участие 5 студентов.
3	Выявить определяющие параметры для успешного обучения студентов. Параметры для ранжирования: работа с учебной литературой; работа со справочной литературой; опыт исследовательской деятельности в школе; объем реализуемых запланированных дел; соответствие профиля школьного исследования выбранной специальности. Для сбора мнений студентов составлялась анкета. В ранжировке указанных параметров принимали участие 6 студентов.
4	Выявить определяющие параметры для успешного обучения студентов. Параметры для ранжирования: общеобразовательный или профильный класс в школе; оценки в аттестате; работа с учебной литературой; умение планировать свою работу; работа по специальности. Для сбора мнений студентов составлялась анкета. В ранжировке указанных параметров принимали участие 6 студентов.
5	Выявить определяющие параметры для успешного обучения студентов. Параметры для ранжирования: участие в научных конференциях в школе; организация своего времени в институте; организация подготовки к экзаменам; опыт исследовательской деятельности в школе. Для сбора мнений студентов составлялась анкета. В ранжировке указанных параметров принимали участие 4 студента.
6	Выявить определяющие параметры для успешного обучения студентов. Параметры для ранжирования: соответствие профиля школьного исследования выбранной специальности; опыт исследовательской деятельности в школе; работа со справочной литературой; умение планировать свою работу; Для сбора мнений студентов составлялась анкета. В ранжировке указанных параметров принимали участие 6 студентов.
7	Выявить определяющие параметры для успешного обучения студентов. Параметры для ранжирования: работа с учебной литературой; оценки за первую сессию; адаптация к вузовской (лекционной) форме обучения; Организация работы над курсовым проектом; организация времени, отведенного на изучение материала. Для сбора мнений студентов составлялась анкета. В ранжировке указанных параметров принимали участие 4 студентов.
8	Выявить определяющие параметры для успешного обучения студентов. Параметры для ранжирования: база знаний, полученная в школе; опыт исследовательской деятельности в школе; работа по специальности; умение планировать свою работу; организация подготовки к экзамену. Для сбора мнений студентов составлялась анкета. В ранжировке указанных параметров принимали участие 5 студентов.
9	Выявить определяющие параметры для успешного обучения студентов. Параметры для ранжирования: умение планировать свою работу; умение распределять свое время; оценки в аттестате; участие в научных конференциях в школе; работа по специальности. Для сбора мнений студентов составлялась анкета. В ранжировке указанных параметров принимали участие 4 студентов.
10	Выявить определяющие параметры для успешного обучения студентов. Параметры для ранжирования: знание психологических, физиологических и интеллектуальных особенностей; организация работы над курсовыми проектами; организация подготовки к экзаменам; база знаний, полученная в школе. Для сбора мнений студентов составлялась анкета. В ранжировке указанных параметров принимали участие 6 студентов.

Программный комплекс включает в себя тест по методам обработки экспертной информации. Тестовые задания представлены в таблице 4.9.

Таблица 4.9 - Тестовые задания

Тестовые задания	Правильный ответ
Лабораторная работа 1
В ходе ранжирование наиболее компетентным специалистом был признан…	…специалист с наименьшим рангом.
Наиболее предпочтительным параметром был выбран…	…параметр, стоящий на первом месте в диаграмме предпочтений рангом.
Значение коэффициента конкордации W=0 говорит о том, что…	согласованность между специалистами относительно значимости параметров не была достигнута.
Согласованность между специалистами существует если…	.
Лабораторная работа 2
Наиболее предпочтительным параметром при реализации метода парных сравнений был выбран…	…параметр, стоящий на первом месте в диаграмме предпочтений рангов.
Наиболее предпочтительным параметром при реализации метода предпочтений был выбран…	…параметр, имеющий наивысший ранг.
Наибольший ранг присваивается…	…наиболее предпочтительному параметру.

5. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ КОМПЛЕКСА

5.1 Алгоритм решения задачи

В ходе проектирования рассматриваемого комплекса была разработана структурная схема программного обеспечения комплекса лабораторных работ по методам обработки экспертной информации. Схема представлена на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 - Структурная схема программного обеспечения комплекса

Схема состоит из 7 модулей, модуля формирования отчетов и базы данных. Для разграничения доступа используется модуль авторизации. После прохождения авторизации студент получает доступ к комплексу. Функции предоставляемы для студента и для преподавателя различны.

Модуль студента имеет следующие подмодули: модуль лабораторных работ и информационный модуль. Из модуля выполнения лабораторных работ студент может получить доступ к модулю формирования отчетов.

Преподаватель имеет доступ к модулю оценивания и администрирования, а также к информационному модулю. Из информационного модуля преподаватель может получить доступ к модулю генерации отчетов.

При разработке лабораторных работ, входящих в состав комплекса, использовались следующие алгоритмы обработки экспертной информации: методом априорного ранжирования, методом парного сравнения и метод предпочтений.

Во второй лабораторной работе студент знакомиться с методом парного сравнения и методом предпочтений. Алгоритмы, реализуемые во второй лабораторной работе, представлены на рисунке 5.2

Рисунок 5.2 - Алгоритм обработки экспертной информации а) методом парного сравнения и б) методом предпочтений

Алгоритм выполнения обработки экспертной информации методом априорного ранжирования представлен на рисунке 5.3.

Рисунок 5.3 - Алгоритм обработки экспертной информации методом ранжирования

5.2 Тестирование и оценка надежности комплекса

5.2.1 Структурное тестирование

При структурном тестировании программы воспользуемся способом тестирования базового пути [17]. Для этого возьмем одну процедур, разработанной в комплексе. Данная процедура реализует нормирование - один из первых этапов методик ранжирования. Процедура представлена в таблице 5.1.

Таблица 5.1 - Процедура, используемая в структурном тестировании.

№ п.п.	Текст процедуры
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34	procedure Tl_1_4.BitBtn2Click(Sender: TObject); var i,j,jj,n1,n,j1,count,pp: integer; nn,sum,sum_p:real; p,p1:array[1..20]of integer; sort,sort1:array[1..20]of real; povt:array[0..1,0..10] of integer; begin for jj := 0 to task_4.rowCount-1 do begin for i := 1 to task_4.ColCount do begin if task_4.Cells[i-1,jj]<>'' then try sort[i]:=strtofloat(task_4.Cells[i-1,jj]) except sort[i]:=-1; p[i]:=i; end; for i := 1 to task_4.ColCount-1 do ///cортировка for j := 1 to task_4.ColCount-i do begin if sort[j] > sort[j+1] then begin pp:=p[j]; p[j]:=p[j+1]; p[j+1]:=pp; nn := sort[j]; sort[j] := sort[j+1]; sort[j+1] := nn end; end; n:=1; n1:=0; sum:=0; sum_p:=0; for i := 1 to task_4.ColCount do begin if sort[i]=sort[i+1] then n:=n+1 else begin for j:=i+1 to task_4.ColCount do /////сдвиг при повторе sort[j]:=sort[j]+n-1; if n>1 then begin sum:=0; for j :=i downto i-n+1 do begin ////перерасчет повторов sum:=sum+(j); end; sum_p:=sum/n; for j :=i downto i-n+1 do begin ////замена повторов sort[j]:=sum_p; end; end; n:=1; n1:=n1+1; end; end;



Рисунок 5.4 - Потоковый граф программы

Цикломатическая сложность рассчитывается тремя способами.

V(G)=R=12,

V(G)=E-N+2=44-34+2=12,

V(G)=p+1=11+1=12,

где R=10 -количество регионов графа, E=40 - количество дуг, N=32 - количество узлов графа, p=9 -количество предикатных узлов.

Перечислим некоторые независимые маршруты:

1)1-2-33-34

2)1-2-3-9-14-16-31-32-2-33

3)1-2-3-4-5-7-8-3-9-14-16-31-32-2-33

4) 1-2-3-4-6-7-8-3-9-14-16-31-32-2-33

5) 1-2-3-4-6-7-8-3-9-10-11-10-13-10-14-16-31-32-2-33

6) 1-2-3-4-6-7-8-3-9-10-11-12-10-13-10-14-16-31-32-2-33

7) 1-2-3-4-6-7-8-3-9-10-11-12-10-13-10-14-16-17-19-20-21-22-24-25-24-26-27-28-29-28-30-16-31-32-2-33-34

Приведем основные тестовые варианты:

ТВ1:

ИД: task_4=(1; 2; 3; 4; 5);

ОЖ.РЕЗ.: st1=(1; 2; 3; 4; 5).

ТВ2:

ИД: task_4=((1; 2; 3),(2; 1; 2),(1; 1; 1));

ОЖ.РЕЗ.: st1=((1; 2; 3),(2.5; 1; 2.5),(2; 2; 2));

ТВ3:

ИД: task_4=((1; 2; 3),(2; 1;2),(1; 1; 1));

ОЖ.РЕЗ.: st1=((1; 2; 3),(2.5; 1; 2.5),(2; 2; 2));

ТВ4: ИД: task_4=((1; 2; 3; 1),(2; 1; 2; 1));

ОЖ.РЕЗ.: st1=((1.5; 3; 4; 1.5),(3.5;1.5; 3.5; 1.5));

5.2.2 Функциональное тестирование

Опишем функциональное тестирование с помощью метода эквивалентных разбиений. Представим классы эквивалентности в таблице 5.2.

Таблица 5.2 - Классы эквивалентности

Показатель	Правильный класс Эквивалентности	Неправильный класс эквивалентности
Значения, вносимые в таблицы рангов, при выполнении заданий	Действительные числа	Знаки, не использующиеся для записи действительных чисел: A…Z, #, $, %, и т.д.
Строковый тип данных используемый для записи фамилии, имени и т.д.	Строка длиной не более 256 знаков	Строка длиной более 256 знаков
Оценка	Целое число, от 2 до 5	Целое число, меньше 2, больше 5

Определим тестовые наборы, соответствующие каждому классу эквивалентности и проведем программное тестирование, с целью выяснить наши предположения о поведении программы при столкновении с данным классом. Тестовые наборы включают в себя название показателя, которому соответствуют классы эквивалентности, входные данные для тестирования, предполагаемый результат и результат, полученные в ходе непосредственного тестирования программы. Результат тестирования считается положительным, если получен предполагаемый результат.

Тестовые наборы представлены в таблице 5.3, на следующей странице.

Таблица 5.3 - Классы эквивалентности

Показатель	Входные данные для тестирования	Предполагаемый результат	Результат тестирования
1	2	3	4
Значения, вносимые в таблицы рангов, при выполнении заданий	2	2	+
Значения, вносимые в таблицы рангов, при выполнении заданий	2hjv	«При заполнении были допущены ошибки»	+
Строковый тип данных используемый для записи фамилии, имени и т.д.	Иванов	Иванов	+
Оценка	3	3	+
Оценка	-6	«Введённая оценка неверна»	+
Оценка	115	«Введённая оценка неверна»	+

Таким образом, можно утверждать, что программа надежна, т.к. функциональное тестирование пройдено успешно.

5.2.3 Оценка надежности комплекса

Для оценки надежности комплекса воспользуемся методом Миллса. Использование этой модели предполагает необходимость перед началом тестирования искусственно вносить в программу некоторое количество известных ошибок. Ошибки вносятся случайным образом и фиксируются в протоколе искусственных ошибок. Специалист, проводящий тестирование, не знает ни количества, ни характера внесенных ошибок. Предполагается, что все ошибки (как естественные, так и искусственные) имеют равную вероятность быть найденными в процессе тестирования.

Программа тестируется в течение некоторого времени, и собирается статистика об обнаруженных ошибках [18].

Пусть после тестирования обнаружено n собственных ошибок программы и v искусственно внесенных ошибок. Тогда первоначальное число ошибок в программе N можно оценить по формуле Миллса:

(5.1)

где S - количество искусственно внесенных ошибок, n - число найденных ошибок, V - число обнаруженных внесенных ошибок к моменту оценки.

Модель можно использовать для получения оценок безошибочности программы. Пусть тестирование выполняется до тех пор, пока не будут найдены все внесенные ошибки S=v. Тогда, достоверность утверждения, что в программе k ошибок, имеет следующий вид:

(5.2)

Формулу (8.2) можно использовать только в случае, если обнаружены все S искусственно внесенных ошибок.

В случае, если в процессе испытаний выявлены не все внесенные тестовые ошибки, следует использовать следующую формулу:

(5.3)

где - число обнаруженных тестовых ошибок.

Предположим, что количество ошибок в программе равно 2.

В данном случае количество внесенных ошибок 96, обнаружено 99, причем 3 ошибки были в программе изначально. Воспользуюсь формулой (5.1) рассчитаем

= .

Получаем, что в системе до внесения ошибок было 3 ошибки.

Так как среди найденных ошибок были все искусственно внесенные, можно рассчитать возможность того, что в программе 3 ошибки с помощью формулы 5.1.

В данном случае n>k, т.е. число предполагаемых ошибок совпало с числом найденных, значит воспользуемся формулой 5.2.

.

На основании приведенных предположений и расчетов можем считать, что разрабатываемый программный комплекс надежен с вероятностью 0,96.

6. Компьютерная реализация комплекса

Разрабатываемый в рамках данного проекта комплекс лабораторных работ предоставляет возможность работы с ним как студента, так и преподавателя. В данном пункте представлена компьютерная реализация для студента и для преподавателя.

6.1 Описание компьютерной реализации для студента

Первым шагом в работе с комплексом является авторизация. Для доступа к выполнению лабораторных работ необходимо выбрать на форме, представленной на рисунке 6.1 пункт «Студент» и перейти на следующую форму.

Рисунок 6.1 - Выбор пользователя

На следующем рисунке 6.2 показан ввод пароля студентом. Если у студента нет логина и пароля следует зарегистрироваться, нажав на соответствующую кнопку.



Рисунок 6.2 - Ввод логина и пароля

Форма регистрации представлена на рисунке 6.3. используя данную форму студент заполняет поля с личной информацией, придумывает логин и пароль, выбирает учебную группу. При нажатии кнопки «Регистрация» студент возвращается на предыдущую форму и нажав кнопку «Далее» получает доступ к основной форме студента.

Рисунок 6.3 - Регистрация студента.

На рисунке 6.4 представлена основная форма студента. Разберем ее составляющие отдельно.



Рисунок 6.4 - Форма студента

Форма студента содержит главное меню и кнопки, которые показаны на рисунке 6.5. Главное меню позволяет закрыть программу, получить доступ к личному профилю, запустить выполнение лабораторных работ, получить справочные и теоретические сведения. Описанные функции дублируются рядом кнопок, расположенным ниже главного меню.

Рисунок 6.5 - Меню

Выполнение работ доступно после нажатия первой пиктограммы, после нажатия на нее появляется диалог, представленный на рисунке 6.6, позволяющий выбрать лабораторную работу.



Рисунок 6.6 - Выбор лабораторной работы

После подтверждения выбора лабораторной студент приступает к выполнению лабораторной работы. Задания в работе подразделяются на несколько видов, в зависимости от того, заполняется ли таблица или поле. Заполнение таблиц зависит от того, выполняется ли индивидуальное задание или общее. На рисунке 6.7 представлено задание, в ходе которого происходит заполнение таблицы общего задания.

Рисунок 6.7 - Заполнение задания, подразумевающего заполнение таблицы

При выполнении общего задания неверные задания подсвечиваются цветом, соответствующим пустым клеткам таблицы, верно заполненные клетки заполняются более светлым цветом.

При выполнении задания, направленного на заполнение полей, как например задание представленное на рисунке 6.8, проверка осуществляется посредством нажатия на кнопку проверки.

Рисунок 6.8 - Заполнение задания, подразумевающего заполнение поля.

При завершении выполнения общего задания студент переходит к выполнению заданий по вариантам, сообщение, оповещающее студента об успешном выполнении задания, представлено на рисунке 6.9.

Рисунок 6.9 - Заполнение задания, подразумевающего заполнение поля.

При окончательном выполнении лабораторной работы студент получает возможность получить отчет по лабораторной работе, которым он воспользуется при выполнении теста. Сообщение о возможности получения отчета представлено на рисунке 6.10.

Рисунок 6.10 - Получение отчета

При получении отчета вызывается диалог сохранения отчета в формате xls, он представлен на рисунке 6.11. студенту предлагается выбрать директорию сохранения и сохранить отчет.

Пример отчета, полученного при выполнении лабораторной работы, представлен на рисунке 6.12. Отчет открывается сразу после сохранения отчета автоматически

Отчет предоставляет краткое описание заданий, входные данные и данные, полученные в отчете.

После получения отчета студент приступает к ответам на вопросы по



Рисунок 6.11 - Сохранение отчета

лабораторной работе, пример которых приведен на рисунке 6.13. каждый вопрос имеет только один ответ. Ответы на вопросы фиксируются, и от них зависит оценка по лабораторной работе.

Рисунок 6.12 - Отчет по лабораторной работе



Рисунок 6.13 - Контрольные вопросы по лабораторной работе

После ответов на вопросы студент завершает лабораторную работу и возвращается в главную форму комплекса.

Ниже, на рисунке 6.14, описан личный кабинет студента, где он можно получить доступ к личной информации и просмотреть свои достижения.

Рисунок 6.14 - Личный профиль студента

6.2 Описание компьютерной реализации для преподавателя

Компьютерная реализация для преподавателя не включает в себя выполнение практикума, а лишь позволяет преподавателю манипулировать данными о студентах и их успеваемости.

На рисунке 6.15 представлена форма преподавателя, на которой он выбрал администрирование. Функция администрирования включает в себя: добавление студенческих групп и просмотр уже существующих. Также к функциям администрирования относится присваивание студентам вариантов.

Назначение вариантов происходит следующим образом.

Преподаватель формирует список студентов с помощью кнопок «Присвоить варианты» и «Удалить студента». Кнопка «Присвоить варианты» позволяет выводить всю группу для присвоения вариантов, кнопка «Удалить студента» позволяет удалить из сформированного списка отдельного студента. Присвоение вариантов происходит вручную, или с помощью кнопки «Случайный порядок вариантов». Нажатием кнопки «Изменить данные» соотношения вариантов и пользователей вносятся в базу данных.

Рисунок 6.15 - Форма администрирования

На следующем рисунке 6.16 представлена форма оценивания, функции, выполняемые ею довольно просты: преподаватель проверяет правильность данных студента и ставит дату выполнения работы. После нажатия кнопки оценить лабораторные работы считаются оценёнными.

Рисунок 6.16 - Форма оценивания.

На рисунке 6.17 представлена форма, на которой формируются отчеты по выполненным работам.

Рисунок 6.17 - Форма формирования отчетов.

Здесь преподавателю предоставляется возможность просматривать отчеты по выполняемости лабораторных работ. Можно воспользоваться отбором по группам и оценкам, а также произвести сортировку по алфавиту, вариантам, номеру лабораторной работы, дате и группе.

Заключение

В выпускной квалификационной работе был разработан программный комплекс лабораторных работ по методам обработки экспертной информации. В работе рассмотрены особенности и классификация обучающих программных средств обучения, существующие методы обучения методам обработки экспертной информации.

При анализе предметной области автоматизации определено назначение комплекса, его функции и требования к нему. Разработана функциональная структура системы, включающая следующие модули: модуль авторизации, модуль студента, модуль преподавателя, модули выполнения лабораторных работ, информационные модули для студента и для преподавателя, модуль оценивания и административный модуль.

В ходе проектирования системы были разработаны функциональные модели с использованием методологии IDEF0 и IDEF3. Объектно-ориентированное проектирование производилось с помощью диаграммы вариантов использования и диаграммы деятельности. Была произведена оценка трудоемкости проекта. При разработке информационного обеспечения выделены информационные объекты, построены информационно-логическая модель данных и физическая модель базы данных. Разработано содержание программного комплекса, включающее в себя: лабораторную работу, содержащую задания по методу ранжирования, лабораторную работу, содержащую задания по методам предпочтения и парных сравнений. При проектировании программного обеспечения построена структурная схема программного обеспечения комплекса, разработан алгоритм работы системы. Проведено тестирование программного продукта и оценка надежности системы.

Компьютерный практикум разработан в интегрированной среде программирования DelphiXE4, в качестве СУБД использовалась InterBase.

Список использованных источников

1. Башмаков, А. И. Разработка компьютерных учебников и обучающих систем / А. И. Башмаков, И. А. Башмаков. - Москва: Информационно-издательский дом «Филинъ», 2003. - 616 с.

2. Электронная таблица Microsoft Excel [Электронный ресурс] // Интернет-знания: сайт. - Режим доступа: http://www.lеssons-tva.info/еdu/е-inf2/m2-t2_1.html

3.MATLAB и Simulink - центр компетенций компании MathWorks [Электронный ресурс] // MathWorks: сайт. - Режим доступа: http://mat-lab.ru/products/matlab

4. Кирьянов, Б.Ф. Программный комплекс для лабораторных исследований с оценкой знаний и качества выполнения заданий / Кирьянов Б.Ф. // Научный журнал «Фундаментальные исследования». - Режим доступа: http://www.fundamеntal-rеsеarch.ru/ru/articlе/viеw?id=1688

5. Программный комплекс проведения лабораторных работ для средней школы [Электронный ресурс] / РусПромСофт: сайт - Режим доступа: http://www.ruspromsoft.ru/portfolio/training

6. Автоматизированная система обработки экспертных оценок при принятии технологических решений/ Курицына В.В., Косов Д.Е., Курицын Д.Н. // Научная электронная библиотека «Киберленинка» - Режим доступа: http://cybеrlеninka.ru/articlе/n/avtomatizirovannaya-sistеma-obrabotki-еkspеrtnyh-otsеnok-pri-prinyatii-tеhnologichеskih-rеshеniy

7. Система экспертных оценок для экономического прогнозирования бизнеса / Михайлов К.В. // Креативная экономика - http://old.crеativеcono-my.ru/articlеs/14295

8. Литвак, Б.Г. Экспертные технологии в управлении / Б.Г Литвак. - Москва: Дело, 2004. - 400 с.

9. Прохоров, Ю.К. Управленческие решения / Ю.К. Прохоров, В.В. Фролов. - Санкт-Петербург: СПбГУ ИТМО, 2011. - 138 с.

10. Методы прогнозирования социально-экономических процессов / Антохонова И.В.// Электронная библиотека: сайт - Режим доступа: http://tеxtbook.nеws/upravlеniya-sotsiologiya/mеtodyi-prognozirovaniya-sotsial-no.html

11. Живицкая, Е. Н. Системный анализ и проектирование [Электронный ресурс]: учеб. пособие / Е. Н Живицкая // Персональные страницы: сайт. - Режим доступа: http://victor-safronov.ru/systems-analysis/lectures/zhivicka-ya/26.html

12. Лисецкий, Ю.М. Об автоматизации экспертных оценок / Лисецкий Ю.М., Каревина Н.П. // Научная электронная библиотека «Киберленинка»: сайт. - Режим доступа: http://cybеrlеninka.ru/articlе/n/ob-avtomatizatsii-еkspеrtnyh-otsеnok

13. Методология проектирование предметной области [Электронный ресурс] // НОУ «ИНТУИТ»: сайт. - Режим доступа: http://www.intuit.ru/stu-dies/courses/2195/55/lecture/1628?page=3

14. Методология IDEF3 [Электронный ресурс] // Бизнес-инжиниринговые технологии: сайт. - Режим доступа: http://www.betec.ru/in-dex.php?id=6&sid=30

15. Маклаков, С.В. BPWin и ERWin. Case-средства разработки информационных систем/ С.В. Маклаков. - Москва: ДИАЛОГ-МИФИ, 1999.-256с.

16. Теория нормальных форм [Электронный ресурс] // МГТУ - официальный сайт. - Режим доступа: http://www.mstu.edu.ru/study/materials/zelen-kov/ch_4_2.html

17. Дейт, К. Дж. Надежность программного обеспечения / К.Дж.Дейт. - Москва: Издательский дом "Вильямс", 2008. - 848 с.

18. Калянов, Г.Н. Надежность программных средств / Г.Н.Калянов. - Москва: Диалог-МИФИ, 2008. - 320 с

Размещено на Allbest.ru