Лекция 6:

Диаграммы прецедентов: крупным планом

Несколько слов о требованиях

Итак, поговорим о требованиях. Что это такое, мы, в общем, понимаем - когда заказчик описывает нам, чего же именно он хочет, мы всегда слышим фразы типа "хотелось бы, чтобы проверка обновлений проводилась автоматически, как в антивирусах", "хочу большую зеленую кнопку в центре окна, которая начинает процесс", "программа должна позволять просматривать и печатать отчеты", "и чтоб красивенько все было, с полупрозрачностями, как в Висте", "при выходе должно выводиться подтверждение" и т. д. и т. п. Конечно, как настоящие разработчики, мы понимаем и то, что заказчик никогда не знает, что именно ему нужно, а если понимает, то объяснить не может. Но ведь фразы-то всегда, по сути, одинаковы! Они описывают, как заказчик представляет себе систему, чего заказчик хочет от системы, функциональность, которой он от нее ожидает, требования, которые к ней предъявляет.

Если обратиться к классикам, например, к той же "банде трех" (Якобсон, Буч, Рамбо), мы узнаем, что требование - это желаемая функциональность, свойство или поведение системы . Именно со сбора требований начинается процесс разработки ПО . Если изобразить процесс разработки ПО в виде " черного ящика " (уверены, читатель знает, что это такое, если нет - "Википедия" к вашим услугам), на выходе которого мы получаем программный продукт , то на вход этого "черного ящика" будет подаваться именно набор требований к программному продукту (рис. 6.1 )!

Рис. 6.1.

Кстати, какую диаграмму напоминает этот рисунок? Правильно, диаграмму активностей . И выбор именно этой диаграммы тут абсолютно оправдан - помните, мы говорили, что диаграммы активностей часто используют для описания бизнес-процессов? Единственный нюанс: обычно процесс разработки не заканчивается с выпуском программного продукта - грядет новая итерация , новые, уточненные требования, новая версия и т. д.

Кстати, вернемся к требованиям. Да, мы сказали, что на вход нашего "черного ящика" подается набор требований. Но в какой форме? Как их документируют, эти требования? Думаю, большинство читателей помнит, что такое техническое задание - основной документ, без составления которого не начинался в советские времена ни один проект. Документ это был большой, многостраничный, с четкой структурой, определяемой ГОСТами (государственными отраслевыми стандартами). И описывал он, по сути, не что иное, как требования к создаваемой системе!

Техническое задание - вещь по -своему хорошая. Но время шло, менялись стандарты, нотации, способы описания требований. И вот постепенно техническое задание уступило место набору артефактов, состоящему из документов двух видов:

· диаграммы прецедентов ;

· нефункциональные требования.

Диаграммы прецедентов составляют модель прецедентов (вариантов использования, use-cases). Прецедент - это функциональность системы, позволяющая пользователю получить некий значимый для него, ощутимый и измеримый результат. Каждый прецедент соответствует отдельному сервису, предоставляемому моделируемой системой в ответ на запрос пользователя, т. е. определяет способ использования этой системы. Именно по этой причине use cases, или прецеденты, часто в русской терминологии фигурируют как варианты использования . Варианты использования чаще всего применяются для спецификации внешних требований к проектируемой системе или для спецификации функционального поведения уже существующей системы. Кроме этого, варианты использования неявно описывают типичные способы взаимодействия пользователя с системой, позволяющие корректно работать с предоставляемыми системой сервисами.

Нефункциональные требования - это описание таких свойств системы, как особенности среды и реализации, производительность ,расширяемость , надежность и т. д. Часто нефункциональные требования не привязаны к конкретному варианту использования и потому выносятся в отдельный список дополнительных требований к системе (рис. 6.2 ).

Рис. 6.2.

Но вернемся же к прецедентам (вариантам использования). Идентифицировать прецеденты и действующие лица - обязанность системного аналитика. И делает он это для того, чтобы:

· четко разграничить систему и ее окружение;

· определить, какие действующие лица и как именно взаимодействуют с системой, какой функционал (варианты использования) ожидается от системы;

· определить и описать в словаре предметной области (глоссарии) общие понятия, которые необходимы для детального описания функционала системы (прецедентов).

Подобный вид деятельности обычно выполняется в такой последовательности:

1. Определение действующих лиц.

2. Определение прецедентов.

3. Составление описания каждого прецедента.

4. Описание модели прецедентов в целом (этот этап включает в себя создание словаря предметной области).

Вначале требования оформляются в виде обычного текстового документа, который создается или самим пользователем, или пользователем и разработчиком вместе. Далее требования оформляют в виде таблицы. В левую колонку помещают прецеденты, а в правую - действующих лиц, участвующих в прецеденте.

Рассмотрим пример. Секретарь размещает на сервере меню обеденных блюд на неделю. Сотрудники должны иметь возможность ознакомиться с меню и сделать заказ, выбрав блюда на каждый день следующей недели. Офис -менеджер должен иметь возможность сформировать счет и оплатить его. Система должна быть написана на ASP .NET . Такое вот нехитрое интернет-приложение для автоматизации заказов обедов в офис .

Думаем, здесь все понятно. Таблица с описанием требований может быть, например, такой:

Прецедент	Действующее лицо
разместить меню	секретарь
ознакомиться с меню
сделать заказ	сотрудник, секретарь, офис-менеджер
сформировать счет	офис-менеджер
оплатить счет	офис-менеджер

Здесь нигде не сказано о том, что система должна быть написана на ASP .NET . Почему - понятно: это ведь нефункциональное требование! И еще, очевидно, что секретарь и офис -менеджер тоже являются сотрудниками. Читатель, внимательно прочитавший предыдущие лекции, заподозрит, что в данном случае, создавая модель прецедентов, говоря о действующих лицах, можно бы применить генерализацию. Действительно, диаграмма прецедентов , построенная на основе этой таблицы, может быть, например, такой (рис. 6.3 ):

Рис. 6.3.

Диаграммы прецедентов и их нотация

Что ж, у нас есть пример диаграммы. Итак, какие же элементы мы на ней видим? Первое, что бросается в глаза, - большойпрямоугольник , внутри которого размещаются эллипсы, обозначающие, как мы уже поняли, прецеденты. В верхней части прямоугольника указано название моделируемой системы, а называют его рамками системы (system boundary , subject boundary ),контекстом или просто системой . Этот элемент диаграммы показывает границу между тем, что вы как аналитик показали в виде прецедентов (внутри этих рамок), и тем, что вы изобразили как действующие лица (вне их). Чаще всего таким прямоугольником показывают границы самой моделируемой системы . То есть внутри границы находятся прецеденты - тот функционал, который реализует система (и в этом смысле прецеденты могут рассматриваться как представления подсистем и классов модели), а снаружи - действующие лица : пользователи и другие внешние сущности , взаимодействующие с моделируемой системой.

Следует сказать, что рамки системы на диаграммах прецедентов изображают довольно редко, т. к. они неявно подразумеваются самой диаграммой. По сути, этот элемент не привносит в диаграмму какой-либо дополнительной значимой информации, так что его использование - дело вкуса аналитика. Появление рамок системы на диаграмме прецедентов чаще всего диктуется особенностями персонального стиля проектирования.

Кроме рамок системы или ее контекста на диаграмме мы видим еще два вида связанных с ней сущностей - это действующие лица (экторы, actors) и прецеденты . Начнем с экторов. Довольно часто в русскоязычной литературе по UML для обозначения действующих лиц можно встретить термин "актер ". В принципе, смысл его более-менее понятен и оригинальному английскому термину он созвучен. Более того, есть еще одна причина такого перевода. Какое слово первым приходит к вам в голову, когда вы слышите слово "актер "? Да, конечно же - слово "роль"! Именно о ролях мы вскоре и поговорим, когда будем пытаться разобраться, что скрывается за понятием "действующее лицо". А пока, да простит нас читатель, далее мы все же будем пользоваться словом "эктор" - транскрипцией оригинального термина. Помнится, мы уже как-то писали о нашем отношении к буквальному переводу терминологии...

Итак, какой же смысл вкладывают в понятие эктора? Эктор - это набор ролей, которые исполняет пользователь в ходе взаимодействия с некоторой сущностью (системой, подсистемой, классом). Эктор может быть человеком, другой системой, подсистемой или классом, которые представляют нечто за пределами рассматриваемой сущности. Экторы "общаются" с системой путем обмена сообщениями. Четко выделив экторов, вы тем самым ясно определяете границу между тем, что внутри системы, и тем, что снаружи, - рамки системы.

Возможно, слова "роли, исполняемые пользователем" в определении эктора звучат не очень понятно. Очень забавно это понятие объясняется в Zicom Mentor:

роль - это не конкретный пользователь, а подобие шляпы, которую человек надевает, когда взаимодействует с сущностью.

Действительно, наденьте шляпу пирата - и вы капитан Джек Воробей, а наденьте цилиндр и вы - Джек-потрошитель! Шутка... "Физический" пользователь может играть роль одного или даже нескольких экторов, выполняя их функции в ходе взаимодействия с системой. И наоборот, роль одного и того же эктора может выполняться несколькими пользователями.

На диаграммах UML экторы изображаются в виде стилизованных человечков, ведь, как вы, конечно, помните, идея была в создании нотации, любой символ которой легко может быть изображен от руки (рис. 6.4 ):

Рис. 6.4.

Несмотря на "человеческий" вид этого обозначения, не следует забывать, что экторы - это не обязательно люди. Эктором, как мы уже говорили ранее, может быть внешняя система, подсистема, класс и т. д. Кстати, человечек ("stick-person" ) - это не единственное обозначение эктора, используемое в UML . На диаграммах прецедентов обычно применяется именно "человекоподобная" форма эктора, но на других диаграммах, и особенно в случаях, когда эктор имеет атрибуты , которые важно показать, используется изображение эктора как класса со стереотипом <> (рис. 6.5 ):

Рис. 6.5.

С системой экторы, как мы уже сказали, общаются через сообщения, но если говорить на более высоком уровне абстракции, в терминах модели прецедентов, то взаимодействуют они с системой через прецеденты. Один и тот же эктор может быть связан с несколькими прецедентами, и наоборот, один прецедент может быть связан с несколькими разными экторами. Ассоциации между эктором и прецедентом всегда бинарные - т. е. представляют отношения типа "один к одному", использование кратности недопустимо. Это не противоречит сказанному выше: действительно, один эктор может быть связан с несколькими прецедентами, но только с помощью отдельных ассоциаций - по одной на каждый прецедент . Мы видели это в нашем примере. Кстати, там мы видели ассоциации, изображенные не просто в виде линий, а стрелками. Думаем, смысл этого обозначения вполне понятен: этонаправленная ассоциация и стрелка (как и на других диаграммах) всегда направлена в сторону той сущности, от которой что-то требуют, чьим сервисом пользуются и т. д.

И еще - экторы не могут быть связаны друг с другом. Единственное допустимое отношение между экторами - генерализация (наследование ). Опять-таки, в нашем примере с заказом обедов в офис , вы могли увидеть именно такой вид отношений между экторами. Это не значит, что в реальной жизни офис -менеджер и секретарь (да и вообще любые два сотрудника) не могут общаться: просто при создании модели прецедентов такое общение не попадает в область наших интересов, считается несущественным.

Еще один тип элементов, встречающийся на диаграммах прецедентов, более того, давший им название, - это собственнопрецеденты , или варианты использования. Прецедент - это описание набора последовательных событий (включая возможные варианты), выполняемых системой, которые приводят к наблюдаемому эктором результату. Прецеденты описывают сервисы, предоставляемые системой экторам, с которыми она взаимодействует. Причем прецедент никогда не объясняет, "как" работает сервис, а только описывает, "что" делается.

Изображаются прецеденты в виде эллипса, внутрь контура которого помещается имя (описание) прецедента. Имя прецедента обычно намного длиннее имен других элементов модели. Почему это так, в принципе, понятно: имя прецедента описывает взаимодействие эктора с системой, говорит о том, какими сообщениями они обмениваются между собой. В нашем примере с заказом обедов мы видели несколько прецедентов и наверняка читатель заметил, что имя прецедента - это, скорее, название сценария, воспроизводящегося в ходе взаимодействия эктора с системой. Причем это всегда описание с точки зрения эктора , описание услуг, предоставляемых системой пользователю. Приведем пример простейшей диаграммы, иллюстрирующей сказанное нами об обозначениях прецедента (рис. 6.6 ).

Рис. 6.6.

В этом примере пассажир может купить в сервисной кассе билет на некоторый вид транспорта. Покупка билета - это название сценария, по которому эктор (пассажир) может взаимодействовать с системой (кассой). Заметьте, это не описание сценария, а именно название - оно говорит нам, что делает эктор в процессе взаимодействия, но не говорит, как именно! И еще - прецеденты определяют непересекающиеся сценарии поведения. Выполнение одного прецедента не может быть прервано в результате работы другого прецедента. Другими словами, выполнение одного прецедента не может быть прервано в результате событий или действий, вызванных выполнением другого прецедента. Прецеденты выступают как атомарные транзакции , выполнение которых не может быть прервано.

Внимательный читатель, возможно, отметил то, как незаметно мы ввели в употребление слово " сценарий ". Что же такоесценарий и как понятие сценария связано с понятием прецедента? На первый вопрос хорошо отвечают классики (Г. Буч):

Сценарий - это конкретная последовательность действий, иллюстрирующая поведение.

Сценарий - это повествовательный рассказ о совершаемых эктором действиях, история, эпизод, происходящий в данных временных рамках и данном контексте взаимодействия. Сценарии (в различных формах представления) широко применяются в процессе разработки программного обеспечения. Как мы уже только что отметили, написание сценария напоминает написание художественного рассказа, и этим объясняется тот факт, что использование сценариев широко распространено среди аналитиков, которые часто обладают художественными или литературными способностями. Несмотря на непрерывный повествовательный характер, сценарии можно рассматривать как последовательности действий (делать раскадровку ). При разработке пользовательского интерфейса сценарии описывают взаимодействие между пользователем (или категорией пользователей, например, администраторами системы, конечными пользователями) и системой. Такой сценарий состоит из последовательного описания комбинаций отдельных действий и задач (например, нажатий клавиш, щелчков по элементам управления, ввода данных в соответствующие поля и т. д.). Вспомните, к примеру, описания последовательностей действий пользователя (предназначенных для достижения определенных результатов, решения определенных задач), которые вы находите в справке к малознакомой программе. То же самое можно сказать о модных сейчас "how-to videos", в которых такие последовательности отображаются визуально, на конкретных примерах. В любом случае, цель подобных справочных материалов - предоставить описание типичных сценариев использования системы, сценариев взаимодействия между пользователем и системой.

Сценарии также иногда можно увидеть на диаграмме прецедентов. Иногда их изображают в виде " листа бумаги ", на котором написано имя файла , - прямоугольника с загнутым нижним левым уголком. В этом случае указанный файл содержит в себе описание данного сценария. А иногда сценарий записывается в комментарий. Как вы, наверное, помните, комментарии (ноутсы, notes) изображаются прямоугольниками с загнутым верхним правым углом и соединяются с элементом, который они поясняют, пунктирной линией (рис. 6.7 ).

Рис. 6.7.

Как мы уже упоминали, сценарии могут быть записаны в различных формах. Это может быть структурированный, но неформализованный текст, формализованный структурированный текст, псевдокод , таблица , диаграмма активностей , наконец! Каждый сценарий описывает в повествовательной форме завершенное, конкретное взаимодействие, имеющее с точки зрения пользователя определенную цель. Если рассматривать табличную форму представления сценария, то линия, разделяющая левый и правый столбцы таблицы, символизируют собой границу, отделяющую действия пользователя от ответных действий системы. Табличная форма особо подчеркивает участие пользователя, что является очень важным аспектом при разработке пользовательского интерфейса.

Вот пример простого (неформализованного) текстового описания сценария.

Пользователь вводит логин, пароль, адрес электронной почты и код подтверждения и нажимает кнопку "Далее". Система запрашивает ввод проверочного кода. Пользователь вводит код и нажимает кнопку "Далее". Система проверяет соответствие кода изображенному на картинке .

Не правда ли, знакомая процедура? Да, это описание регистрации пользователя на некотором сайте. Правда, не совсем полное: не рассмотрены случаи, когда выбранный пользователем логин уже занят, адрес электронной почты введен неправильно, пароль не удовлетворяет требованиям или код не соответствует изображенному на картинке. О таких случаях - альтернативных сценариях - мы поговорим чуть позже.

А вот тот же сценарий в табличном представлении:

Вы, конечно, заметили, что этот сценарий можно детализировать - например, прежде чем попросить ввести проверочный код, система отображает картинку, на которой этот самый код изображен. Т. е. запрос на ввод кода включает в себя вывод картинки с упомянутым кодом. Об этом мы тоже еще поговорим.

А пока попробуем ответить на второй вопрос, а именно: как связаны понятия сценария и прецедента . Прецеденты, как мы уже говорили, рождаются из требований к системе. Но говорят они о том, что делает система. Как система это делает, говорят сценарии. Таким образом, прецедент можно специфицировать путем описания потока действий или событий в текстовой форме - в виде, понятном для "постороннего" (не занятого в непосредственной разработке системы) читателя. А ведь такое описание - это и есть сценарий ! Таким образом, сценарии специфицируют прецеденты . И еще. Поскольку сценарии - это, по сути, рассказы, они являются весьма эффективным средством извлечения информации из бесед с заказчиком и предоставляют превосходное, понятное непрофессионалу описание создаваемого приложения. Сценарии, да и вообще диаграммы прецедентов (дополненные сценариями) являются отличным средством общения между разработчиками и заказчиком , причем, в силу простоты нотации, - средством, понятным обеим сторонам. В конечном итоге, взаимосвязь между требованиями, прецедентами и сценариями можно изобразить такой "псевдодиаграммой" (рис. 6.8 ).

Рис. 6.8.

Как видите, для каждой ассоциации на диаграмме проставлена кратность и ее смысл вполне понятен, но все же о кратности следует поговорить отдельно. Один прецедент определяет несколько сценариев, каждый из которых представляет один из возможных вариантов определяемого прецедентом потока событий. Сценарии так же соотносятся с прецедентами, как экземпляры класса, т.е. сценарий - это экземпляр прецедента , как объект - экземпляр класса. Система может содержать, например, несколько десятков прецедентов, каждый из которых, в свою очередь , может разворачиваться в десятки сценариев. Как правило, прецедент описывает не одну последовательность действий, а множество, и выразить все детали рассматриваемого прецедента с помощью одной последовательности действий обычно не получается. Практически для любого прецедента можно выделить основной сценарий , описывающий "нормальную" последовательность действия, и вспомогательные , описывающиеальтернативные последовательности, которые инициируются в случае возникновения определенных условий.

Другой вопрос: требуется ли такое уточнение модели прецедентов, оправдано ли оно для данного уровня приближения, или "подразумевающиеся" альтернативные сценарии можно опустить? Например, в предыдущем примере с покупкой билета в сервисной кассе мы не изобразили сценарии (и, соответственно, прецеденты), соответствующие вариантам, когда билетов на выбранный пассажиром рейс уже не осталось, пассажир изменил свое решение и хочет взять билет на другой рейс, когда оплата идет наличными или по кредитной карте и т. д.

"Хватит ходить вокруг да около!" - воскликнет нетерпеливый читатель. Уже заканчиваем. Мы просто хотели мягко подвести читателя к вопросу об отношениях между прецедентами. А отношения эти весьма многообразны. Начнем со старого знакомого - отношения обобщения (наследования, генерализации). О генерализации мы уже говорили не раз, когда рассматривали диаграммы классов . Но все же напомним суть этого понятия. Как говорят классики, обобщение - это отношение специализации (обобщения), в котором объекты специализированного элемента (потомка) могут быть подставлены вместо объектов обобщенного элемента (родителя, или предка).

Точно так же, как мы обычно поступаем с классами, после того как мы выделили и описали каждый прецедент , мы должны просмотреть их все на предмет наличия одинаковых действий - поискать, а не выполняются ли (используются) некоторые действия совместно несколькими вариантами использования. Этот совместно используемый фрагмент лучше описать в отдельном прецеденте. Таким образом мы уменьшим избыточность модели за счет применения обобщения прецедентов (иногда, правда, говорят не об обобщении, а об использовании прецедентов; почему - сейчас поймете). Как это и "положено" при наследовании, экземпляры обобщенных прецедентов (потомков) сохраняют поведение, присущее обобщающему прецеденту (предку). Другими словами, наличие (использование) в варианте использования X обобщенного варианта использования Y говорит нам о том, что экземпляр прецедента X включает в себя поведение прецедента Y . Обобщения применяются, чтобы упростить понимание модели вариантов использования за счет многократного задействования "заготовок" прецедентов для создания прецедентов, необходимых заказчику (помните, как мы рассматривали вопрос о том, всегда ли необходимо создавать новый класс , или лучше воспользоваться готовым решением, чувствуете аналогию?). Такие "полные" прецеденты называются конкретными прецедентами . "Заготовки" прецедентов, созданные лишь для многократного использования в других прецедентах, называют абстрактными прецедентами. Абстрактный прецедент (как и абстрактный класс ) не существует сам по себе, но экземпляр конкретного прецедента демонстрирует поведение, описываемое абстрактными прецедентами, которые он (повторно) использует. Прецедент , который экторы наблюдают при взаимодействии с системой ("полный" прецедент , как мы называли его ранее), часто называют еще " реальным " прецедентом.

Как мы уже говорили выше, обобщение (наследование ) чаще всего используют между классами и интерфейсами. Однако другие элементы модели также могут находиться между собой в отношении наследования - например, пакеты (о которых мы тут не говорим), экторы, прецеденты...

Изображается обобщение , как, конечно, помнит внимательный читатель, линией с "незакрашенной" треугольной стрелкой на конце. Обобщение - это отношение между предком и потомком, и стрелка всегда указывает на предка. Если вспомнить, что потомки наследуют (используют) свойства предка, то вполне логично вспоминается наше утверждение о том, что стрелки в UML всегда направлены в сторону того, от кого что-то требуют, чьими сервисами пользуются (рис. 6.9 ):

Рис. 6.9.

Как мы уже говорили ранее и видели в нашем первом примере диаграммы прецедентов , обобщение может использоваться для создания различных разновидностей экторов. Экторы-потомки наследуют от предка базовые характеристики и дополняют их своей спецификой. Точно так же прецедент -потомок наследует поведение и семантику прецедента-родителя и дополняет его поведение.

Следующий вид отношений между прецедентами - включение. Отношение включения означает, что в некоторой точке базового прецедента содержится поведение другого прецедента . Включаемый прецедент не существует сам по себе, а является всего лишь частью объемлющего прецедента. Таким образом, базовый прецедент как бы заимствует поведение включаемых, раскладываясь на более простые прецеденты. Например, когда мы покупаем в магазине некоторую вещь, в момент считывания кассиром штрих-кода обновляется состояние базы данных товаров, имеющихся в наличии, - количество наличных единиц купленного товара уменьшается. То же самое действие выполняется и в том случае, если купленный товар оказался бракованным, непригодным к использованию или попросту нам не понравился: состояние упомянутой базы данных вновь обновляется - но теперь уже в сторону увеличения количества наличных единиц определенного товара. Т. е. оба этих действия - и покупка, и возврат - содержат (включают в себя) такое действие, как обновление содержимого БД .

А как же изображается включение? Да очень просто - как зависимость (пунктирная линия со стрелкой, помните?) со стереотипом <> . При этом стрелка направлена, естественно, в сторону включаемого прецедента. Этот факт легко объяснить, если вспомнить утверждение, которое мы уже несколько раз использовали в этом курсе: стрелка всегда направлена в сторону того элемента, от которого что-то требуется, чьими сервисами пользуются. А если считать, что объемлющий прецедент включает в себя, заимствует (использует) поведение включаемых прецедентов, становится ясно, что стрелка может быть направлена только таким образом. А вот и диаграмма , иллюстрирующая вышесказанное, которую мы позаимствовали из Zicom Mentor (рис. 6.10 ):

увеличить изображение
Рис. 6.10.

Как хорошо видно из этого примера, использование включения позволяет избежать многократного описания одного и того же набора действий - общее поведение можно просто описать в виде прецедента, включаемого в базовые.

На очереди - отношение расширения . Чтобы уяснить себе смысл расширения, представим себе, что мы говорим об оплате некоторого купленного нами товара. Мы можем оплатить товар наличными, если сумма не превышает $ 100. Или оплатить кредитной картой, если сумма находится в пределах от $ 100 до $ 1000. Если же сумма превышает $ 1000, нам придется братькредит . Таким образом мы расширили понимание операции оплаты купленного товара и на случаи, когда используются другие средства оплаты, нежели наличные. Но сами эти случаи возникают только при строго определенных условиях: когда цена товара попадает в определенные рамки.

Расширение дополняет прецедент другими прецедентами, "срабатывающими" при некоторых условиях, - просто добавляет в исходный прецедент последовательность действий, содержащуюся в другом прецеденте. Отношение расширения прецедента А к прецеденту В означает, что экземпляр прецедента В может включать в себя (при определенных условиях, которые могут быть описаны в расширении; как именно описаны, мы скажем чуть позже) поведение, описанное в прецеденте А. Пример показан на следующей диаграмме (рис. 6.11 ):

Рис. 6.11.

Однако в приведенном примере не видно, при каких именно условиях человек использует каждый конкретный способ оплаты. В то же время, при моделировании с использованием расширения можно указать как условия осуществления расширенного поведения, так и место - точку расширения прецедента, в которой подключаются действия из расширяющих прецедентов. Вспомните оператор безусловного перехода , который вы, надеемся, использовали в своих программах не слишком часто. Как только интерпретатор доходит до этого оператора, он передает управление на строку, которая помечена меткой, указанной в этом операторе. Правда, в случае расширения речь идет скорее об операторе условного перехода - когда исходный прецедент (а именно, последовательность действий, содержащаяся в нем) приходит в точку расширения, происходит оценка условий расширения. Если условия выполняются, прецедент включает в себя последовательность действий из расширяющего прецедента.

Точка расширения описывается в дополнительном разделе прецедента, отделенном от его названия горизонтальной линией - точно так же, как в отдельных разделах перечисляются атрибуты класса и его операции . Ниже показан пример описания точки расширения, позаимствованный нами из Zicom Mentor (рис. 6.12 ).

Рис. 6.12.

В этом примере регистрация пассажиров авиарейса включает в себя контроль службы безопасности, а при условии (указанном в примечании после служебного слова "Condition :"), что человек часто летает и салон переполнен (обратите внимание на операторAND , говорящий об одновременности выполнения условий), класс билета может быть повышен, например, с "эконом" до "бизнес-класса". Причем такой апгрейд может произойти только после того, как билет предъявлен на стойку регистрации - это и есть точка расширения. Она описана (ее имя указано) в дополнительном разделе прецедента после служебной фразы "Extension points:". Предваряя вопрос читателя, скажем, что прецедент может иметь сколь угодно много точек расширения. А сопоставить конкретный расширяющий прецедент с определенной точкой расширения можно, прочитав условия расширения, указанные в комментариях, - само условие записывается после служебного слова "Condition :" в фигурных скобках, за которыми идет служебная фраза "Extension point :", и после нее указывается имя точки расширения. Посмотрите еще раз на наш пример с регистрацией пассажиров в аэропорту и убедитесь сами, что все это очень просто!

Некоторое недоумение может вызвать то, что стрелка направлена всегда в сторону расширяемого прецедента. Но и это легко объяснить с точки зрения нашего тезиса, что "стрелка всегда указывает на того, от которого что-то требуют": ведь для того, чтобы прецедент был расширен, нужно, чтобы он попал в точку расширения и проверилась истинность условий - только тогда действия, содержащиеся в расширяющем прецеденте, смогут быть добавлены в последовательность действий исходного прецедента. Так что все правильно - от расширяемого прецедента требуется точка расширения и проверка условий, потому и стрелка направлена к нему.

Подытоживая все вышесказанное, можно сказать, что расширение позволяет моделировать необязательное поведение системы (был бы класс билета повышен, если бы пассажир не налетал нужного количества миль, а салон был бы почти пуст?). Сам факт расширения зависит от выполнения условий - расширения ведь может и не произойти! Это просто отдельные последовательности действий, выполняемые лишь при определенных обстоятельствах и включаемые в определенных точках сценария (обычно в результате явного взаимодействия с эктором).

Организация прецедентов с помощью выделения общего поведения (включение) и различных вариантов поведения (расширение) - важная составляющая часть процесса разработки простого, сбалансированного и понятного набора прецедентов. Можно сказать даже, что использование включения и расширения - признак хорошего стиля в моделировании прецедентов.

На этом разговор о нотации диаграмм прецедентов можно было бы и завершить. Хотелось бы только сказать еще пару слов о соотношении между понятиями прецедента и кооперации . О кооперации мы уже говорили ранее (помните диаграммы взаимодействия ?) как о множестве ролей, работающих вместе, чтобы обеспечить некоторое поведение системы. Мы также упоминали о том, что прецеденты отвечают на вопрос "что делает система?", но не говорят, как именно она это делает. На этапе анализа понимать, как именно система реализует свое поведение, действительно не нужно. Но при переходе к реализации неплохо бы знать, какие именно классы (или другие элементы модели), совместно работая, обеспечивают нужное поведение . То есть мы логично перешли от разговора о прецедентах к разговору о кооперации! Недаром обозначения кооперации и прецедента очень похожи (читатель, конечно, помнит, что кооперация обозначается пунктирным эллипсом) (рис. 6.13 ).

Рис. 6.13.

Так в каком же отношении находятся прецедент и кооперация ? Из предыдущего абзаца логично следует, что это отношение реализации. Каждый прецедент реализуется одной или несколькими кооперациями. Это, конечно, не означает, что классы жестко распределены по кооперациям: классы, принимающие участие в кооперации, реализующей определенный прецедент , будут участвовать и в других кооперациях.

Моделирование при помощи диаграмм прецедентов

Модель прецедентов, по сути, является концептуальной моделью системы. В ней, как мы уже не раз отмечали, в общих чертах описывается только поведение (функциональность) системы, а о деталях реализации речь не идет - на данном этапе реализация не важна, гораздо важнее собрать требования к системе и оформить их в наглядном виде, понятном и разработчикам, и заказчику.

Итак, подводя итоги, мы можем сформулировать три причины использования прецедентов. Или, вернее, три способа использования прецедентов (не случайно в русском переводе частенько можно встретить словосочетание "вариант использования "!) в ходе работы над системой:

· Прецеденты дают возможность аналитикам, пользователям и разработчикам говорить на одном языке : используя прецеденты, аналитики (эксперты в предметной области) могут на основе пожеланий заказчика описать поведение системы с точки зрения пользователя с такой степенью детализации, что разработчики смогут без труда сконструировать "внутренности" системы. В то же время, нотация диаграмм прецедентов настолько проста, что даже неподготовленный пользователь (заказчик) способен понять их смысл и помочь в их уточнении - ведь картинки (а тем более комиксы, каковыми, по сути, являются диаграммы UML) воспринимаются намного легче, чем текст!

· Прецеденты позволяют разработчикам понять назначение элемента : система, подсистема или даже класс могут быть сложными образованиями, состоящими из большого числа составных частей и имеющими большое число атрибутов и операций. Моделирование прецедентов позволяет лучше представить себе поведение системы, понять, какие элементы модели играют какие роли в реализации этого поведения, в какие кооперации входят, и какой именно прецедент (функционал системы) реализуют.

· Прецеденты являются основой для тестирования элемента в течение всей разработки : модель прецедентов описывает желаемое поведение системы (ее функционал) с точки зрения пользователя. Так что, постоянно сопоставляя предоставляемый элементом (фактический) функционал с имеющимися прецедентами, можно надежно контролировать корректность реализации элемента. Вот вам и надежный источник регрессионных тестов. Кроме этого, появление нового прецедента зачастую заставляет пересмотреть реализацию элемента, дабы убедиться, что она обладает достаточной гибкостью, изменяемостью и масштабируемостью.

Прецеденты полезны и для прямого, и для обратного проектирования. При прямом проектировании мы, по сути, осуществляем "перевод" с UML на некий язык программирования . И тестировать созданное приложение следует, основываясь именно на потоках событий, описываемых прецедентами. Обратное проектирование предполагает перевод с языка программирования на язык UML -диаграмм. Такими вещами приходится заниматься в силу ряда причин:

· С целью поиска ошибок и чтобы убедиться в адекватности дизайна :

отличная идея после первого перевода с UML на язык программирования сделать обратный перевод и сравнить исходные и восстановленные UML-модели (желательно, чтобы эти переводы выполнялись разными командами). Это позволит убедиться в том, что дизайн системы соответствует модели, никакая информация в ходе перевода не была утеряна, да и попросту выловить некоторые "баги". Такой подход называется обратной семантической трассировкой (или RST - Reverse SemanticTraceability ) и разрабатывается компанией INTSPEI (http://www.intspei.com ) как одна из базовых техник методологии INTSPEI P-Modeling Framework, краткие сведения о которой вы можете найти в приложении к этому курсу.

· Когда отсутствует документация : иногда стоит задача модификации существующей системы, код которой плохо документирован. В таком случае перевод с языка программирования на язык UML-диаграмм - отличный способ понять назначение системы и ее частей, функционал, предоставляемый ею, и т. д.

И наконец, следует отметить, что, конечно, только диаграмм прецедентов, как и сценариев, ими определяемых, недостаточно, чтобы создать модель поведения системы. Как мы уже не раз упоминали, прецеденты говорят, что делает система, но не говорят, как. Об этом говорят сценарии, но в текстовой форме, что делает их довольно сложными для восприятия. На помощь приходят диаграммы взаимодействий, которые визуализируют сценарии . Таким образом, мы теперь можем дополнить нашу старую "псевдодиаграмму" и на этом успокоиться (рис. 6.14 ):

Рис. 6.14.

В заключение приведем пару примеров законченных диаграмм прецедентов. Первый пример (смысл которого понятен и без дополнительных пояснений) демонстрирует включение, расширение и наследование прецедентов. Обратите внимание на стрелки, которые направлены к экторам, изображающим шлюзы. Все правильно - ведь система пользуется их услугами при отправке сообщений, в то время как маркетолог, наоборот, пользуется услугами системы, и потому стрелки направлены от него (рис. 6.15

Рис. 6.16.

Вторая диаграмма , тоже неплохо оформленная, говорит нам о том, что утки очень не любят платить за пиво, предпочитая пить в долг (рис. 6.17 ).

Рис. 6.17.

Кстати, обратите внимание на рамки диаграммы, показанные на этом примере, - прямоугольник , отделяющий область содержимого диаграммы и имеющий в верхней части специальный раздел для ее имени.

И наконец, третья картинка, которая не является хорошим примером диаграммы прецедентов , но просто забавна. Это рассказ о способах поведения, позволяющих гарантированно (!) провалить любой экзамен (рис. 6.18 ):

Рис. 6.18.

Выводы

· Модель прецедентов позволяет описать систему на концептуальном уровне.

· Диаграммы прецедентов - отличное средство коммуникаций между экспертами, пользователями и разработчиками, а также основа для тестирования создаваемой системы.

· Прецедент - это описание набора последовательных событий (включая возможные варианты), выполняемых системой, которые приводят к наблюдаемому эктором результату.

· Эктор - это набор ролей, которые исполняет пользователь в ходе взаимодействия с некоторой сущностью.

· Прецеденты (как и экторы) могут быть генерализованы, т. е. наследовать и дополнять свойства своих предков.

· Прецеденты также могут вступать между собой в отношения включения и расширения, что позволяет разложить прецеденты на более простые составляющие и выделить необязательное поведение.

· Каждый прецедент реализуется одной или несколькими кооперациями.

· Сценарии специфицируют прецеденты, а диаграммы взаимодействий визуализируют сценарии.

Контрольные вопросы

· Что такое нефункциональные требования? Как они отображаются на диаграммах прецедентов?

· Какие способы изображения экторов вы знаете?

· В какие отношения могут вступать экторы между собой?

· В чем состоит смысл отношений включения и расширения?

· Что такое точка расширения?

· Перечислите известные вам причины использования прецедентов.

· Как прецеденты применяют в прямом и обратном проектировании?

Прецедент - возможность моделируемой системы (часть её функциональности), благодаря которой пользователь может получить конкретный, измеримый и нужный ему результат. Прецедент соответствует отдельному сервису системы, определяет один из вариантов её использования и описывает типичный способ взаимодействия пользователя с системой. Варианты использования обычно применяются для спецификации внешних требований к системе .

Назначение

Основное назначение диаграммы - описание функциональности и поведения, позволяющее заказчику , конечному пользователю и разработчику совместно обсуждать проектируемую или существующую систему .

При моделировании системы с помощью диаграммы прецедентов системный аналитик стремится:

• чётко отделить систему от её окружения;
• определить действующих лиц (актёров), их взаимодействие с системой и ожидаемую функциональность системы;
• определить в глоссарии предметной области понятия, относящиеся к детальному описанию функциональности системы (то есть, прецедентов).

Работа над диаграммой может начаться с текстового описания, полученного при работе с заказчиком. При этом нефункциональные требования (например, конкретный язык или система программирования) при составлении модели прецедентов опускаются (для них составляется другой документ) .

Элементы

Для отражения модели прецедентов на диаграмме используются :

Отношения между прецедентами

Часть дублирующейся информации в модели прецедентов можно устранить указанием связей между прецедентами :

• обобщение прецедента - стрелка с незакрашенным треугольником (треугольник ставится у более общего прецедента),
• включение прецедента - пунктирная стрелка со стереотипом «include»,
• расширение прецедента - пунктирная стрелка со стереотипом «extend» (стрелка входит в расширяемый прецедент, в дополнительном разделе которого может быть указана точка расширения и, возможно в виде комментария, условие расширения)

Правила

При работе с вариантами использования важно помнить несколько простых правил:

• каждый прецедент относится как минимум к одному действующему лицу;
• каждый прецедент имеет инициатора;
• каждый прецедент приводит к соответствующему результату.

Напишите отзыв о статье "Диаграмма прецедентов"

Примечания

Программирование

Это заготовка статьи о программировании . Вы можете помочь проекту, дополнив её.

Просмотр этого шаблона Акторы Прочее Концепции Структура Поведение Отношения Растяжимость Диаграммы Структурные Поведения Взаимодействия

Отрывок, характеризующий Диаграмма прецедентов

– Простите мою нескромность, Ваше святейшество, но, во избежание ошибки с моей стороны, не соблаговолите ли Вы мне более точно объяснить, что Вы хотели этим сказать? – очень осторожно ответила я.
Караффа мягко улыбнулся и, взяв мою дрожащую руку в свои изящные, тонкие пальцы, очень тихо произнёс:
– Вы – первая женщина на земле, мадонна Изидора, которая, по моему понятию, достойна настоящей любви... И Вы очень интересный собеседник. Не кажется ли Вам, что Ваше место скорее на троне, чем в тюрьме инквизиции?.. Подумайте об этом, Изидора. Я предлагаю Вам свою дружбу, ничего более. Но моя дружба стоит очень многого, поверьте мне... И мне очень хотелось бы Вам это доказать. Но всё будет зависеть от Вашего решения, естественно... – и, к моему величайшему удивлению, добавил: – Вы можете здесь остаться до вечера, если желаете что-то почитать; думаю, Вы найдёте здесь для себя очень много интересного. Позвоните в колокольчик, когда закончите, и Ваша служанка покажет Вам дорогу назад.
Караффа был спокоен и сдержан, что говорило о его полной уверенности в своей победе... Он даже на мгновение не допускал мысли, что я могла бы отказаться от такого «интересного» предложения... И уж особенно в моём безысходном положении. А вот именно это и было самым пугающим... Так как я, естественно, собиралась ему отказать. Только, как это сделать я пока что не имела ни малейшего представления...
Я огляделась вокруг – комната потрясала!.. Начиная с вручную сшитых переплётов старейших книг, до папирусов и рукописей на бычьей коже, и до поздних, уже печатных книг, эта библиотека являлась кладезем мировой мудрости, настоящим торжеством гениальной человеческой Мысли!!! Это была, видимо, самая ценная библиотека, которую когда-либо видел человек!.. Я стояла, полностью ошеломлённая, завороженная тысячами со мной «говоривших» томов, и никак не могла понять, каким же образом это богатство могло ужиться здесь с теми проклятиями, которые так яро и «искренне» сыпала на им подобное инквизиция?... Ведь для настоящих инквизиторов все эти книги должны были являться самой чистой ЕРЕСЬЮ, именно за которую люди горели на кострах, и которая категорически запрещалась, как страшнейшее преступление против церкви!.. Каким же образом здесь, в подвалах Папы, сохранились все эти ценнейшие книги, которые, якобы, во имя «искупления и очищения душ», до последнего листочка, сжигались на площадях?!.. Значит, всё, что говорили «отцы-инквизиторы», всё, что они творили – было всего лишь страшной завуалированной ЛОЖЬЮ! И эта безжалостная ложь глубоко и крепко сидела в простых и открытых, наивных и верующих человеческих сердцах!.. Подумать только, что я когда-то была абсолютно уверена, что церковь была искренна в своей вере!.. Так как любая вера, какой бы странной она не казалась, для меня всегда воплощала в себе искренний дух и веру человека во что-то чистое и высокое, к чему, во имя спасения, стремилась его душа. Я никогда не была «верующей», так как я верила исключительно в Знание. Но я всегда уважала убеждения других, так как, по моему понятию, человек имел право выбирать сам, куда направить свою судьбу, и чужая воля не должна была насильно указывать, как он должен был проживать свою жизнь. Теперь же я ясно видела, что ошиблась... Церковь лгала, убивала и насиловала, не считаясь с такой «мелочью», как раненая и исковерканная человеческая душа...
Как бы я не была увлечена увиденным, пора было возвращаться в действительность, которая для меня, к сожалению, в тот момент не представляла ничего утешительного...
Святой Отец Церкви, Джованни Пьетро Караффа любил меня!.. О, боги, как же он должен был за это меня ненавидеть!!! И насколько сильнее станет его ненависть, когда он вскоре услышит мой ответ...
Я не могла понять этого человека. Хотя, до него, чуть ли не любая человеческая душа была для меня открытой книгой, в которой я всегда могла свободно читать. Он был совершенно непредсказуем, и невозможно было уловить тончайшие изменения его настроений, которые могли повлечь за собой ужасающие последствия. Я не знала, сколько ещё смогу продержаться, и не знала, как долго он намерен меня терпеть. Моя жизнь полностью зависела от этого фанатичного и жестокого Папы, но я точно знала только одно – я не намерена была лгать. Что означало, жизни у меня оставалось не так уж много...

Следующие заметки будут полезны начинающим бизнес аналитикам, системным аналитикам, а также студентам.

Что такое Use Case

На собеседовании порой можно услышать следующее определение «Это такая UML-диаграмма с человечками и овалами». Давайте разберемся, что это такое, и рассмотрим несколько простых примеров.

Use Case описывает сценарий взаимодействия участников (как правило - пользователя и системы). Участников может быть 2 и больше. Пользователем может выступать как человек, так и другая система.

Мне нравится определение из книги Коберна (советую, ее, кстати, всем аналитикам): «Вариант использования фиксирует соглашение между участниками системы о ее поведении. Вариант использования описывает поведение системы при ее ответах на запрос одного из участников, называемого основным действующим лицом, в различных условиях».

В жизни встречала такие названия: варианты использования, юзкейс, сценарий, прецедент, сценарий использования.

Текст vs диаграмма/схема

Какое описание лучше: текстовое или диаграмма? Выбор за вами и вашей командой. В первые годы работы я использовала диаграммы либо диаграммы + текстовое описание к ним. Сейчас я предпочитаю текстовое описание сценариев, и объясню почему:

• Такой формат более понятен заказчикам (а они тоже предпочитают читать и согласовывать варианты использования).
• Текст проще и быстрее отредактировать, чем диаграммы и текст.

Конечно, если в вашем проекте очевидны дополнительные преимущества от использования диаграмм - надо их использовать.

Кому и в каких случаях нужны сценарии

- Разработчикам. Очень удобно, когда ветвистое требование описано при помощи основного и альтернативного потока событий. Все четко и понятно: кто, когда и что вызывает, и что получается в результате. В моем последнем проекте менеджер исповедовал подход: минимум описаний, максимум общения. Но для нескольких сложных сценариев разработчики сами просили сделать подробное описание, и юзкейсы отлично подошли.

- Заказчикам. Описано человеческим языком, заказчик своевременно может подтвердить, что это именно то, чего он ждет, или поправить.

- Тестировщику. Почти готовый тест-кейс:-)

- Всей проектной команде. Если сценарий нужно согласовать, а на каждом совещании пара-тройка альтернативных вариантов сценария звучит иначе, поможет строго описанный поток событий.

А также другим участникам процесса.

В каких случаях они нужны:

Если вам нужна качественная, полная спецификация требований - юзкейсы прекрасно в этом помогут. Есть такие системы, для разработки и поддержки которых спецификация требований, содержащая модель данных, описание интерфейса, интеграции с другими системами и юзкейсы - очень хороший вариант.

Для поддержки системы. Чтоб выявить ошибку, разобраться, на каком шаге что пошло не так.

Если вам нужно описать какую-то часть функциональности, работы пользователя с интерфейсом, etc. в виде сценария. Тогда вы можете взять шаблон юзкейса за основу и использовать его для описания сценария. Например, основу требований к вашему мобильному приложению составляет описание пользовательского интерфейса. Но выполнение некоторых функций имеет много нюансов, которые нужно дополнительно описать при помощи таблички: «действие - отклик системы», или даже совместить такую табличку со сценарием.

Как их описывать

Давайте рассмотрим пару примеров, они говорят сами за себя.

Пример 1. Разблокировать учетную запись пользователя (простой короткий пример, без альтернативного потока событий):

Действующие лица	Пользователь, Система
Цели	Пользователь: авторизоваться в системе и начать работать; Система: идентифицировать пользователя и его права.
Успешный сценарий: Пользователь запускает систему. Система открывает сессию пользователя, предлагает ввести логин и пароль. Пользователь вводит логин и пароль. Система проверяет логин и пароль. Система создает запись в истории авторизаций (IP адрес пользователя, логин, дата, рабочая станция). Система выдает пользователю сообщение по поводу успешной авторизации (ссылка на сообщение ).
Результат	Пользователь успешно авторизирован и может работать с системой.
Расширения:
*а	Нет доступа к БД. Система выдает сообщение (ссылка на сообщение ). Результат: пользователь не может войти.
1а	В настройках безопасности для данного IP адреса существует запрет на вход в систему. Результат: форма логина не предоставляется, система выдает сообщение пользователю (ссылка на сообщение ).
2а	Пользователь выбирает: «Напомнить пароль». Вызывается сценарий «Напомнить пароль».
3а	Пользователь с введенными логином и паролем не найден. Результат: отказ в авторизации. Система выдает сообщение (ссылка на сообщение ). Переход на шаг 2.
3б	Количество неудачных попыток авторизоваться достигло максимального, установленного в настройках. Результат: пользователь не может войти. Выдается сообщение: (ссылка на сообщение ). Вход с IP адреса Пользователя заблокирован на время, установленное в настройках.

Важные моменты

Очевидно, что если Пример 1 можно было безболезненно описать простым текстом, то Пример 2 намного лучше воспринимается в виде сценария. Но если у вас вся функциональность описана в виде юзкейсов, то лучше описывать юзкейсами даже очень простые сценарии, из пары шагов. Пусть ваша спецификация будет в едином стиле.

Используйте минимальное количество слов и пунктов, необходимых для однозначного понимания сценария. Если юзкейс получается слишком длинный, возможно, лучше будет разбить его на несколько. С очень длинными сценариями, с большим количеством расширений, работать крайне неудобно.

Если в двух и более сценариях повторяется одинаковый набор шагов, есть смысл вынести эти шаги в отдельный сценарий, и ссылаться на них. Документ будет легче. А если что-то в этих шагах поменяется, то достаточно будет изменить в одном месте.

Список сообщений, которые система выдает пользователю, стандартные тексты электронных писем и т.п. удобно расположить в едином месте в документе, и ссылаться на нужный пункт из разных юзкейсов, т.к. сообщения в сценариях часто дублируются.

Перечитайте документ со сценариями, перед тем, как отдавать его разработчикам или заказчикам. Лучше даже несколько раз. Всегда находятся моменты, которые можно описать лаконичнее, или выявляются какие-то несоответствия. Или случайные «копипасты». Уважайте время и головы других людей.

Кстати, про «копипасты». Незаполненную табличку для описания юзкейса есть смысл «копипастить».

Как видно из примеров выше, расширение к шагу номер 1 указывается в разделе «Расширение» как 1а, 1б, и т.д. Расширение *а - это общее расширение к сценарию, не к конкретному.

Правильных и полезных вам сценариев! Вопросы, примеры, предложения, комментарии приветствуются. Спасибо за внимание.

При написании статьи я использовала материалы из книги Алистера Коберна «Современные методы описания функциональных требований к системам».

Реми Кулом (слева) с компьютерной программой Crazy Stone против гроссмейстера Норимото Ёды

В 1994 году компьютер обыграл чемпиона мира по шашкам, в 1997 году - по шахматам. Сегодня компьютеры превосходят людей абсолютно во всех популярных играх с полной информацией , кроме одной - го.

У классической игры с 2500-летней историей очень простые правила, но компьютерные программы даже близко не могут подобраться к победе над лучшими гроссмейстерами, пишет Wired.

Древнюю игру можно считать «восточной версией шахмат». Как и шахматы, это игра с полной информацией, то есть в любой момент игры все игроки имеют полную информацию о состоянии игры и воздействуют на игру дискретными действиями. Здесь успех не зависит от удачи или скорости реакции.

Несмотря на рост вычислительной мощи компьютеров (чемпион мира по шахматам сегодня, вероятно, проиграет даже вашему домашнему ПК), алгоритмы игры в го на экспертном уровне остаются нерешённой и одной из самых интересных задач ИИ. Проблема ещё и в том, что очень немногие способны подняться до девятого дана в игре. Для этого нужно несколько лет обучаться в Японии или Корее. Там талантливых детей забирают из дома для обучения в академии го примерно с 9 лет.

Продвинутые любители почти всегда застревают на определённом уровне игры и не могут улучшить результат: «Требуется некий ментальный прыжок, чтобы снять эту блокировку, и в разработке программ та же проблема, - объясняет Дэвид Фотлэнд (David Fotland), главный разработчик процессора PA-RISC в компании Hewlett Packard в 70-е годы. Он тестировал программу го на процессоре своей разработки. - Вопрос в том, как оценивать всю доску, а не отдельные фрагменты».

Игра давно пользовалась популярностью не только на востоке, но и на западе, особенно среди математиков и физиков. Например, Эйнштейн частенько играл в го, также как знаменитые математики Джон Нэш и Алан Тьюринг.

Компьютерные программы для го разрабатывают уже 45 лет, этой проблеме уделяли почти столько же внимания, сколько и шахматным программам. Первую написал гений теории игр Альфред Зобрист в 1968 году. Она могла обыграть абсолютного новичка, который только что познакомился с правилами (запись первой игры человек-компьютер). Начало казалось оптимистичным. В следующие четыре десятилетия было потрачено огромное количество времени и интеллектуальных усилий, но даже с учётом прогресса в вычислительной мощности программы так и не смогли одолеть даже продвинутого любителя.

Причину можно понять, если сравнить го с шахматами. В начале шахматной партии у белых есть 20 возможных ходов, а у чёрных - 20 возможных вариантов ответа. После первого хода на доске может быть 400 различных позиций. А теперь сравните цифры в го: на доске 19х19 у чёрных есть 361 возможных начальных ходов, а у белых 360 вариантов ответа. Это означает 129 960 возможных комбинаций только после первого раунда.

Так называемый «фактор ветвления» - среднее количество ходов, доступных в каждом раунде - в шахматах составляет 35, в го - 250. Игры с сильным ветвлением затрудняют работу стандартных алгоритмов, использующих правило минимакса для создания дерева возможных комбинаций. Даже с учётом анализа не всех, а только перспективных ветвлений для более глубокого анализа. То, что работает в шашках и шахматах, не работает в го. Выбор перспективных ветвлений в дереве возможных комбинаций го - часто совершенно таинственный процесс. Даже игроки не понимают, как они это делают: «Просто смотришь на доску и знаешь», говорят они.

Опять же, в шахматах почти всегда можно понять, кто выигрывает, хотя бы по числу фигур. В го ситуацию могут толковать только эксперты.

Среднее количество ходов в игре: в шахматах - около 40, в го - 200. Учитывая фактор ветвления и эту статистику, становится понятным бессилие компьютеров.

Талантливый французский программист Реми Кулом (Rémi Coulom) добился первого успеха с программой Crazy Stone в 2006 году, когда догадался совместить минимакс и метод Монте-Карло. Новый алгоритм расчёта дерева ветвлений он назвал Monte Carlo Tree Search или MCTS. Француз выиграл чемпионат среди компьютерных программ UEC Cup в 2007 и 2008 годах, но это так и не принесло ему известности, и Реми забросил разработку. Но в 2010 году он получил предложение от японского игрового разработчика Unbalance - и в 2011 году вышла первая коммерческая версия Crazy Stone. В 2013 году Реми победно вернулся на чемпионат.

Однако, в 2014 году случилась неудача. В финальном противостоянии против программы Zen зрители поняли, что творится нечто странное уже после третьего хода. Программа Zen, после стандартной постановки двух камней по углам вдруг поставила третий камень около центра. Так никто не играл, это было явно «нечеловеческое» решение. Вскоре уровень победных ожиданий у Crazy Stone вырос до неприлично высоких значений, более 60%. Судя по всему, программа считала безопасной группу камней в правом верхнем углу, хотя она не была безопасной. Поскольку успешная стратегия напрямую зависит от правильной оценки доски, зрители начали шептаться о возможном поражении Crazy Stone. Так оно и вышло: на 186 ходу Crazy Stone признала поражение, а Zen стал новым чемпионом UEC Cup.

Впрочем, у Кулома осталась возможность реванша. Как финалист, он получил право играть против настоящего гроссмейстера-человека с форой в четыре камня. В этом году на турнир приехал Норимото Ёда. Японский гроссмейстер сел за стол в традиционном зелёном кимоно. Реми Кулом - в очках без оправы и синем свитере, в которых был и на прошлом чемпионате.

— В некотором смысле, показывая человеку круговую диаграмму, вы можете оскорбить его интеллектуальные способности

К. Г. Карстен, «Диаграммы и графики» (1923)

Первые негативные выпады в сторону круговых (секторных) диаграмм начались более 100 лет назад. В 1914 году инженер и сторонник визуализации, Виллард Бринтон (Willard Brinton), опубликовал работу под названием «Графические методы», которую принято считать первой книгой о правильной визуализации данных для широкой аудитории. Он был Эдвардом Тафтом своего времени: пропагандистом наглядного обмена информацией и памфлетистом плохих форм.

Значительная часть книги Бринтона предостерегает читателей от использования круговых диаграмм (pie chart). В самой первой главе, описывая «составные элементы», автор объясняет:

«Круговая диаграмма, вероятно, используется гораздо чаще, чем любая другая форма, для демонстрации пропорций элементов. Однако, круг с секторами — это далеко не оптимальная форма, поскольку он и близко не обладает такой же выразительностью, как столбиковые диаграммы. Недостатком секторного представления является невозможность размещения частей таким образом, чтобы их можно было легко сравнить или просуммировать».

С тех пор, как Бринтон написал эти слова, многие статистики и эксперты в области визуализации выступили против секторных диаграмм и настаивали на использовании различных альтернатив. Хотя изначально в своих суждениях критики апеллировали к логике, за последние 40 лет они отыскали экспериментальные доказательства, которые указывают на неполноценность таких диаграмм в плане точности передачи информации.

Тем не менее, круговые диаграммы остаются весьма востребованными. Крупные издательства и медиа-корпорации, например, The Walt Street Journal и Target Corporation, до сих пор используют их, чтобы отображать свои данные. Кроме того, некоторые веб-ресурсы также задействуют этот довольно спорный графический метод.

Чтобы понять суть проблемы, вернемся к ее истокам и рассмотрим аргументы сторонников и критиков секторных диаграмм.

История возникновения

Отцом современной визуализации данных можно по праву назвать Уильяма Плейфэра (William Playfair). Он родился в Шотландии в 1759 году и вел очень увлекательный образ жизни. Плейфэр принимал участие во взятии Бастилии, внес свой вклад в развитие телеграфа и, конечно же, опубликовал первую круговую диаграмму. Он также является создателем столбиковой и линейной диаграмм.

Круговая диаграмма является одной из многих инноваций шотландского «мошенника» Уильяма Плейфэра

На рубеже XVIII века, использование иллюстраций в серьезной интеллектуальной литературе считалось слишком детским подходом. Но, как свободно мыслящего человека, Плейфэра это не остановило.

В 1801 году он опубликовал «Статистический Бревиарий» (Statistical Breviary) — книгу, посвященную демографическим и экономическим данным европейских государств. В этой работе, которая содержала первую круговую диаграмму, Плейфэр аргументирует ценность использования графических элементов: «Создание визуального образа для наших глаз при сохранении всех пропорций и размеров — это наиболее оптимальный и читабельный способ выражения определенной идеи».

Секторная диаграмма, опубликованная на страницах «Статистического Бревиария», показана ниже. На ней изображены доли земельных участков Турецкой Империи, расположенных в Азии, Африке и Европе тех времен. Этот рисунок принято считать первой круговой диаграммой, где идея о целом была представлена в виде круга, а для различия секторов использовался цвет.

Распределение площади Турецкой Империи является первой известной секторной диаграммой

Но как Плейфэр пришел к такой идее?

Некоторые эксперты считают, что секторная диаграмма обязана своим появлением кругам, которые использовались для представления понятий в философии и математике. Брат Плейфэра, Джон, был уважаемым математиком и ученым. Вполне вероятно, что Уильям увидел разделенный круг, изображающий составные части категории, в одной из его работ. Математики и философы применяют этот тип иллюстрации еще с XIV века.

Пример использования круга для представления составных частей в XIV веке

Секторная диаграмма, впрочем как и другие инновации Плейфэра, обрела широкое распространение не сразу. В то время Уильяма считали «мошенником» и нечистым на руку бизнесменом, поэтому, как правило, его идеи игнорировались.

Так продолжалось до 1850-х годов, пока круговая диаграмма не обрела еще одного важного сторонника — французского инженера Чарльза Джозефа-Минарда (Charles Joseph-Minard), который подтвердил эффективность данного метода. Минард был «пионером» статистических графиков и, по мнению многих, создателем самых гениальных методик визуализации данных.

Будучи в первую очередь картографом, Минард дополнил круговыми диаграммами свои карты. На размещенном ниже примере он изобразил в виде таких диаграмм количество мяса, поставляемого в парижские магазины из различных регионов Франции. Размер круга представляет общее количество мяса, и каждый круг разделен пропорционально на доли баранины, телятины и говядины:

Карта, созданная пионером визуализации данных Чарльзом Джозефом-Минардом в 1858 году, с использованием круговых диаграмм

Изобретение секторной диаграммы иногда ошибочно приписывают легендарной британской медсестре и общественному деятелю Флоренс Найтингейл (Florence Nightingale). В 1858 году она распределила причины смертности британских солдат в Крымской войне по месяцам. Флоренс использовала эту диаграмму, чтобы убедить правительство Великобритании улучшить санитарные условия и питание в военных лагерях.

Несмотря на то, что ее чертеж смотрится очень мощно и убедительно, на самом деле он не является круговой диаграммой. Это так называемая областная диаграмма (polar-area chart), в которой круг делится на ровные части, но их длина зависит от величины переменной:

Областная диаграмма Флоренс Найтингейл, которую часто путают с круговой диаграммой

Критика в адрес круговой диаграммы

Первые сто лет истории круговой диаграммы были мирным временем, но буря уже надвигалась. Слова Бринтона, которые мы цитировали в начале поста, являются самым ранним примером критики в сторону данной инновации, но к 1920 году в мире появилось еще больше литературы, резко осуждающий этот метод.

В 1923 году американский экономист Карл Густав Карстен (Karl G. Karsten) согласился с предупреждением Бринтона касательно секторных диаграмм. Заявления Карстена в его книге «Диаграммы и графики» (Charts and Graphs) удивительно похожи на те, что мы слышим сегодня:

«У секторной диаграммы очень много недостатков. Во-первых, человеческий глаз не может нормально сравнить длину дуги окружности, поскольку секторы направлены в различные стороны. Во-вторых, человеческое зрение не приспособлено к сравнению углов в принципе…

Наконец, невозможно эффективно оценить величину областей, особенно если они представлены в виде неравномерных секторов в круге. Не существует способа, который бы позволял сравнивать компоненты круглой фигуры так же быстро и точно, как части прямой линии или столбца»

Однако, хотя подобные выпады звучали все чаще, статистик Вальтер Кросби Иллс (Walter Crosby Eells) отметил, что многие критические замечания основываются «исключительно на личных предпочтениях». Иллс и другие решили проверить это предположение.

Ранние исследования в этой области были направлены на то, чтобы выяснить, пропорции какой разделенной фигуры — круга или столбца — люди определяют более точно. В ходе эксперимента 1927 года, проведенного Фредериком Крокстоном (Frederick Croxton) и Роем Страйкером (Roy Stryker), ученые попросили более 800 испытуемых угадать пропорции каждого компонента различных сегментированных фигур:

В данном случае пропорции практически идентичны.

Исследователи рассчитали среднюю погрешность предположений респондентов, но в этом эксперименте и многих других экспериментах ученым так и не удалось отыскать серьезных доводов, дискредитирующих круговые диаграммы. Сторонники данного типа визуализации до сих пор используют результаты проведенных в 1927 году исследований, чтобы аргументировать свою точку зрения.

Тем не менее, как отметил ученый Майкл Макдональд-Росс (Michael Macdonald-Ross) в обширном обзоре «Конфронтации круга и столбца», эти первоначальные эксперименты на самом деле не отображают реальное положение вещей. Несмотря на то, что сегментированный столбец в то время считался основной альтернативой кругу, сегодня специалисты практически всегда предлагают использовать гистограммы или точечные диаграммы.

Основной и, возможно, наиболее мощный удар по секторным диаграммам пришелся на 1980-е года, благодаря усилиям статистика Уильяма Кливленда (William Cleveland). Кливленд является автором новаторской книги «Элементы графических данных», в результате которой, как многие считают, визуализация данных обрела научную основу. Его работа не только описывает базовые «задачи восприятия», решаемые при просмотре диаграммы (например, суждения касаемо длины или площади), но и утверждает, с какими из них люди справляются лучше всего.

В эксперименте, проведенном в 1984 году, Кливленд и его друг, исследователь Роберт МакГилл (Robet McGill) тестировали круговую диаграмму. Вместо того, чтобы сравнивать ее с сегментированным столбцом, они сопоставили разделенный на части круг с его истинным конкурентом — гистограммой:.

В эксперименте Кливленда задачей восприятия гистограммы было определение позиции на шкале, а при просмотре круговых диаграмм — угол сегмента. Ученые обнаружили, что гипотез на счет высоты столбцов гистограммы были в 1,96 раз точнее, чем суждения, касающиеся угла. Кливленд отметил: «Круговые диаграммы не обеспечивают эффективную передачу информацию о разнице значений».

После этого, статистик Наоми Роббинс (Naomi Robbins) проводила исследования, чтобы понять, почему мы так плохо определяем углы. В книге «Создание более эффективных графиков» (Creating More Effective Graphs) она пишет, что, как правило, люди склонны недооценивать острые углы и переоценивать тупые. Роббинс также утверждает, что сегменты круга, направленные в стороны, кажутся большими, чем те, что размещены вверху или внизу.

Это исследование подбодрило ярых противников секторных диаграмм, к которым относятся и сегодняшние ведущие специалисты в области визуализации данных — Эдвард Тафт (Edward Tuft) и Стивен Фью (Spethen Few). Тафт пишет: «Таблица практически всегда лучше, чем дурацкая круговая диаграмма, а Фью добавляет: «Пироги можете оставить на десерт» (pie — пирог по-английски).

Кроме того, круговые диаграммы постоянно высмеиваются популярными СМИ, например, в Washington Post, и в New York Times:

Круговая диаграмма, демонстрирующая эффективность круговой диаграммы

Тем не менее, у этого инструмента есть и свои защитники.

Доводы в защиту круговой диаграммы

По мнению многих пользователей, основным преимуществом круговой диаграммы является то, что все сегменты выглядят частью чего-то целого. К примеру, рассматривая график населения страны, распределенного по возрастным группам, зритель понимает, что представленные данные касаются всех людей, проживающих в этой стране. Это допущение не будет столь очевидным в случае с гистограммами.

Некоторые ученые также оспаривают эмпирическую литературу, которая резко критикует секторные диаграммы. Пожалуй, ни один человек не потратил больше времени на поиск аргументов в пользу этих диаграмм, чем психолог Ян Спенс (Ian Spence). В своей книге «Возникновение и использование статистических диаграмм (No Humble Pie: The Origins and Usage of a Statistical Chart) он активно защищает этот осуждаемый многими визуальный элемент.

Спенс утверждает, что исследования восприятия «пирожковых» диаграмм плохо проработаны. Он считает работу Кливленда ошибочной, поскольку в ней испытуемых просят сравнить размеры отдельных сегментов круга, а не оценить величину сегмента по отношению к целой фигуре. По его мнению, круговые диаграммы чаще используются для второй цели. Ссылаясь на другое исследование 1987 года, Спенс заявляет, что в этом плане секторные диаграммы и сегментированные столбцы абсолютно идентичны. Он пишет:

«На мой взгляд, чаще всего круговые диаграммы критиковали люди, которые хотели сделать больше, чем могли на самом деле. Секторная диаграмма — это простой информационный график, и его основное назначение заключается в демонстрации связи между сегментом и целой фигурой»

Исследование 2013 года о толковании человеком круговых диаграмм и столбцов дало сторонникам «пирогов» еще больше аргументов. В ходе эксперимента, проведенного Университетом Тафтса для измерения психической энергии, требуемой при просмотре различных графиков, использовалась около инфра-красная спектроскопия. Авторы обнаружили, что круговые диаграммы оцениваются не менее точно и что среднестатистический человек не считает их изучение более утомительным, чем просмотр гистограмм.

Однако, критикуя данное исследование, Стивен Фью утверждает, что заявления, сделанные психологами, ошибочны и безответственны. Эксперимент проверял способность людей делать гипотезы касаемо отдельных диаграмм (круговой и столбиковой), а не одной и той же. По словам Фью, на самом деле, глядя на эти графики, респонденты должны были действовать не совсем так, поэтому данная работа не имеет большого значения.

Другие считают, что секторная диаграмма может быть полезной, когда она используется редко и в эстетических целях. Нейтан Яу (Nathan Yau) из Flowing Datapoints говорит, что даже если предположения об углах в круговой диаграмме не так точны, как в других случаях, это не особо важно, ведь на практике выдвигать такие допущения не нужно практически никогда (в частности, когда на чертеже изображено только два или три значения). При определенных обстоятельствах, круговую диаграмму выбрать даже лучше, чисто из дизайнерских соображений:

Эта диаграмма не очень информативна с точки зрения представления данных, но она красива и оригинальна (Sky — небо, Sunny side of pyramid — солнечная сторона пирамиды, Shady side of pyramid — теневая сторона пирамиды)

Вместо заключения

Даже после столетних споров об их полезности, круговые диаграммы никуда не делись. На защиту (как и на критику) этого визуального инструмента представления данных было затрачено много энергии, при этом ученым так и не удалось объяснить привлекательность данной фигуры. Возможно, она связана с тем, что это первый тип диаграмм, с которыми люди сталкиваются еще в школе, или же нам попросту нравятся круги. А может, стоит винить Microsoft за то, что они добавили секторные диаграммы в Excel.

Так или иначе, по мере увеличения роли информации и цифровых данных в современной жизни, их грамотная визуализация требует все больше внимания. Многие уже выступают за то, чтобы статистика стала обязательной дисциплиной для изучения в старших классах. Как знать, возможно, благодаря более широкому использованию гистограмм и других графических методик, круговые диаграммы наконец утратят свою актуальность. Или нет.