數(shù)據(jù)為中心的體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格Data-centered

Style軟件體系結(jié)構(gòu)課程組Preview-TaxonomyofStyles2數(shù)據(jù)流批處理管道-過濾器虛擬機解釋器基于規(guī)則的系統(tǒng)調(diào)用-返回主程序-子過程OO分層以數(shù)據(jù)為中心倉庫黑板獨立構(gòu)件事件系統(tǒng)隱式調(diào)用顯式調(diào)用進程通信本節(jié)內(nèi)容數(shù)據(jù)為中心的體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格1倉庫體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格23黑板體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格3數(shù)據(jù)為中心的體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格-注冊表4注冊表(WindowsRegistry)注冊表中存在著系統(tǒng)的所有硬件和軟件配置信息，如啟動信息、用戶、BIOS、各類硬件、網(wǎng)絡(luò)、INI文件、驅(qū)動程序、應(yīng)用程序等；注冊表信息影響或控制系統(tǒng)/應(yīng)用軟件的行為，應(yīng)用軟件安裝/運行/卸載時對其進行添加/修改/刪除信息，以達到改變系統(tǒng)功能和控制軟件運行的目的。5注冊表的結(jié)構(gòu)最初，硬件/軟件系統(tǒng)的配置信息均被各自保存在一個配置文件中(.ini)；這些文件散落在系統(tǒng)的各個角落，很難對其進行維護；引入注冊表的思想，將所有.ini文件集中起來，形成共享倉庫，為系統(tǒng)運行起到了集中的資源配置管理和控制調(diào)度的作用。應(yīng)用程序1應(yīng)用程序2硬件樹形注冊表(共享倉庫)App1.iniApp2.iniHardware.ini……數(shù)據(jù)為中心的體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格-注冊表6剪貼板(Clipboard)：一個用來進行短時間的數(shù)據(jù)存儲并在文檔/應(yīng)用之間進行數(shù)據(jù)傳遞和交換的軟件程序

剪貼板當(dāng)前數(shù)據(jù)1應(yīng)用1應(yīng)用2應(yīng)用n復(fù)制讀取復(fù)制讀取復(fù)制讀取當(dāng)前數(shù)據(jù)k…用來存儲帶傳遞和交換信息的公共區(qū)域(形成共享倉庫)；不同的應(yīng)用程序通過該區(qū)域交換格式化的信息；訪問剪貼板的方式：copy&paste.數(shù)據(jù)為中心的體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格-剪貼板7Data-centered

stylearchitecturesinvolveashareddatasourceapproachtoinformationpassing.數(shù)據(jù)為中心的體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格-定義本節(jié)內(nèi)容數(shù)據(jù)為中心的體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格1倉庫體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格28黑板體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格39Arepository

isacentralplacewheredataisstoredandmaintained.(倉庫是存儲和維護數(shù)據(jù)的中心場所)Inarepositorystyletherearetwoquitedistinctkindsofcomponents:Acentraldatastructurerepresentingthecurrentstate;(中心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，表示當(dāng)前數(shù)據(jù)的狀態(tài))Acollectionofindependentcomponentsoperateonthecentraldatastore.(一組對中心數(shù)據(jù)進行操作的獨立構(gòu)件)倉庫體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格-基本概念10Connector:Interactionsbetweentherepositoryanditsexternalcomponents.(連接件：倉庫與獨立構(gòu)件之間的交互)Twomajormechanisms:(存在兩種交互機制)Database:thetypesoftransactionsinaninputstreamtriggerselectionofprocesstoexecute;(數(shù)據(jù)庫方式：輸入流中的事務(wù)類型觸發(fā)需要執(zhí)行的過程)Blackboard:thecurrentstateofthecentraldatastructureisthemaintriggerforselectingprocessestoexecute.(黑板結(jié)構(gòu)：中心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的當(dāng)前狀態(tài)觸發(fā)并選擇需要執(zhí)行的過程)倉庫體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格-基本概念11Problem:Thispatternissuitableforapplicationsinwhichthecentralissueisestablishing,augmenting,andmaintainingacomplexcentralbodyofinformation.典型應(yīng)用場合：Dataprocessing(數(shù)據(jù)處理),drivenprimarilybytheneedtobuildbusinessdecisionsystemsfromconventionaldatabases.Softwaredevelopmentenvironments(軟件開發(fā)環(huán)境),drivenprimarilybytheneedtorepresentandmanipulateprogramsanddesigns.倉庫體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格-基本概念12典型應(yīng)用場合：數(shù)據(jù)庫倉庫體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格-基本概念13詞法分析語法分析語義分析優(yōu)化機器代碼傳統(tǒng)編譯器結(jié)構(gòu)：批處理/管道-過濾器倉庫體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格-應(yīng)用實例14傳統(tǒng)帶符號表編譯器結(jié)構(gòu)

很多信息在編譯過程中可能會被多個階段的編譯程序所使用。例如：源程序中使用的名字、每個名字的各種屬性信息(類型、作用域、分配存儲信息等)，將這類信息提取出來，形成共享的符號表(SymbolTable)。倉庫體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格-應(yīng)用實例1515現(xiàn)代的規(guī)范編譯器結(jié)構(gòu)

隨著程序開發(fā)語言的發(fā)展，源代碼中的算法與表示變得越來越復(fù)雜，編譯過程中的中間結(jié)果的表示變得越來越重要，出現(xiàn)了帶符號表與語法樹(parsetree)的編譯器。倉庫體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格-應(yīng)用實例16倉庫形式的編譯器結(jié)構(gòu)符號表與語法樹倉庫體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格-應(yīng)用實例17基于倉庫風(fēng)格的軟件研發(fā)環(huán)境倉庫風(fēng)格實例：Eclipse倉庫體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格-應(yīng)用實例本節(jié)內(nèi)容數(shù)據(jù)為中心的體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格1倉庫體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格218黑板體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格319拼圖游戲ThePuzzleMetaphor黑板體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格-從拼圖游戲說起20

20拼圖游戲?qū)⑺械男∑凑辗较蚺帕?。基于圖案特征，局部拼接。處理同色系的小片。找出一邊及兩邊是直線的小片，將四邊組合起來?！羞@樣一類軟件需求問題多種方法都可能解決問題；找不到確定的求解策略；每個求解步驟中都可能產(chǎn)生多個可能的解，需要尋求最佳或可接受解。需要多個領(lǐng)域的專門知識協(xié)作解決。①②②①如何解決此類問題？——黑板體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格黑板體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格-從拼圖游戲說起21…有這樣一類問題沒有直接的算法，多種方法都可能解決問題；找不到確定的求解策略(先做什么？后做什么？)；問題沒有唯一的解答：每個求解步驟中都可能產(chǎn)生多個可能的解，需要尋求最佳或可接受解。需要多個領(lǐng)域的專門知識協(xié)作解決。黑板體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格-從拼圖游戲說起例如：自然語言處理、語音處理、模式識別、圖像處理等22如何解決此類問題？一個大問題被分解為若干個子問題；每個子問題的解決需要不同的問題表達方式和求解模型，分別設(shè)計求解程序；每個求解程序具有某一特定領(lǐng)域的知識，可解決某一方面的問題；這些程序是相互獨立的，之間不存在相互調(diào)用，也不存在可事先確定的操作順序；根據(jù)問題求解過程中的狀態(tài)來動態(tài)決定各個專門程序之間的操作順序，它們之間通過協(xié)同工作共同完成整個問題的求解；專門的控制程序負責(zé)根據(jù)問題求解的狀態(tài)來調(diào)用最恰當(dāng)?shù)那蠼獬绦?，從而形成一種隨機性的執(zhí)行次序?！诎弩w系結(jié)構(gòu)黑板體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格-從拼圖游戲說起23黑板結(jié)構(gòu)黑板結(jié)構(gòu)：中心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的當(dāng)前狀態(tài)觸發(fā)并選擇需要執(zhí)行的過程黑板體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格-基本結(jié)構(gòu)24黑板系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)輸入/解空間求解狀態(tài)

黑板

策略知識/求解知識

知識源監(jiān)視黑板狀態(tài)激活知識源

控制器監(jiān)視讀取/更新激活黑板體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格-基本結(jié)構(gòu)25Globaldatabasecontainingentirestateofproblemsolution（全局數(shù)據(jù)庫，用來存儲數(shù)據(jù)、傳遞信息，包含解域的全部狀態(tài)）problem-solvingstatedata,organizedintoanapplication-dependenthierarchy.(解決問題過程中的狀態(tài)數(shù)據(jù)，以層次形式組織起來)knowledgesourcesmakechangestotheblackboardthatleadincrementallytoasolutiontotheproblem.(知識源對黑板進行修改，逐漸找到問題的解)Onlymeansbywhichknowledgesourcesinteract（各知識源之間的通訊和交互只通過黑板進行）Blackboarddatastructure黑板數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)黑板體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格-黑板數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)26Level4將大塊裝配起來Level3構(gòu)造邊上的大塊構(gòu)造內(nèi)部的大塊Level2按邊拼圖按內(nèi)部拼圖Level1將所有的小塊按照方向排列出來基于黑板數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的拼圖游戲黑板體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格-基于黑板數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的拼圖游戲27待解決的問題被分為若干個子問題，每個子問題由一個獨立的知識源加以計算。知識源包含獨立的領(lǐng)域知識。知識源執(zhí)行計算后會更新黑板里的數(shù)據(jù)狀態(tài)。多個知識源之間只能通過黑板交換知識——通過對黑板的讀寫操作來完成交換。Knowledgesources知識源

知識源是描述某個獨立領(lǐng)域問題的知識及其處理方法的知識庫，其分別存放且相互獨立的，他們通過黑板進行通訊，合作求出問題的解，通常知識源具有“條件-動作”的形式。當(dāng)條件滿足時，知識源被觸發(fā)，其動作部分增加或修改黑板上得內(nèi)容。黑板體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格-知識源28時刻監(jiān)視黑板狀態(tài)變化對黑板上信息的當(dāng)前狀態(tài)進行判斷和評價當(dāng)黑板的狀態(tài)滿足了知識源的執(zhí)行條件時，該知識源被控制器觸發(fā)并進行計算，然后將結(jié)果更新到黑板上這種更新又導(dǎo)致其他知識源參與計算并更新黑板，直到找到問題解為止Control控制器黑板體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格-控制器輸入/解空間求解狀態(tài)

黑板

策略知識/求解知識

知識源監(jiān)視黑板狀態(tài)激活知識源

控制器監(jiān)視讀取/更新激活29Control控制器黑板體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格-控制器黑板模型求解問題的推理機構(gòu)，由監(jiān)督程序和調(diào)度程序組成；調(diào)度程序選擇最合適的知識源來執(zhí)行，用執(zhí)行結(jié)果修改黑板狀態(tài)。監(jiān)督程序監(jiān)測黑板的狀態(tài)變化；監(jiān)督調(diào)度用來控制和協(xié)調(diào)所有的知識源，使其協(xié)同的解決問題；了解各個知識源的能力，實時決策解決問題的步驟；控制器30黑板：保存求解狀態(tài)知識源：獨立的求解程序控制器：根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)決定知識源的執(zhí)行次序知識源對黑板的共享訪問黑板體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格31人工智能(ArtificialIntelligence,AI)領(lǐng)域典型應(yīng)用領(lǐng)域：自然語言處理、語音處理、模式識別、圖像處理等；HEARSAY-II(自然語言處理系統(tǒng)，系統(tǒng)輸入是自然語言的語音信號，經(jīng)過語音音節(jié)、詞匯、句法和語義分析后，獲得用戶對數(shù)據(jù)庫的查詢請求)HASP/SIAP(在特定海域根據(jù)聲納陣列信號探測敵方潛艇出沒的系統(tǒng))CRYALIS(根據(jù)X射線探測數(shù)據(jù)推測蛋白質(zhì)分子三維結(jié)構(gòu)的系統(tǒng))TRICERO(在分布環(huán)境下監(jiān)視飛機活動的系統(tǒng))黑板體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格-應(yīng)用32HearsayIIStructure音節(jié)分割問題重音問題語法問題語義問題…黑板結(jié)構(gòu)是一個六至八層的層次結(jié)構(gòu)，每一層都抽象了與之相鄰的較低一層的信息。黑板元素代表了關(guān)于語音解釋的假設(shè)。知識源代表整個問題求解中的獨立的子任務(wù)，比如分割原始信號、識別音素、產(chǎn)生候選詞、假定語法片斷、提供語義解釋。每個知識源被組織成條件部分和動作部分，條件部分規(guī)定什么時候知識源可用，動作部分負責(zé)處理相關(guān)的黑板元素并產(chǎn)生新的元素?？刂茦?gòu)件作為黑板的監(jiān)控程序和調(diào)度程序；調(diào)度程序負責(zé)監(jiān)控黑板和計算的優(yōu)先次序。黑板體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格-HEARSAY-II應(yīng)用實例33ErmanLD,Hayes-RothF,LesserVR,etal.TheHearsay-IISpeech-UnderstandingSystem:IntegratingKnowledgetoResolveUncertainty[J].ACMComputingSurveys,1980,12(2):213-253.黑板體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格-HEARSAY-II應(yīng)用實例黑板層次結(jié)構(gòu)知識源數(shù)據(jù)庫接口短語詞序單詞音節(jié)段參數(shù)段生成知識源由垂直弧線表示，帶圓圈的末端表示輸入層，尖端表示輸出層。驗證創(chuàng)建假設(shè)音節(jié)類創(chuàng)建假設(shè)單詞創(chuàng)建假設(shè)詞序解析單詞序列得到明確語義預(yù)測連接停止控制假設(shè)詞序生成數(shù)量控制假設(shè)單詞生成數(shù)量對假設(shè)進行評級34ErmanLD,Hayes-RothF,LesserVR,etal.TheHearsay-IISpeech-UnderstandingSystem:IntegratingKnowledgetoResolveUncertainty[J].ACMComputingSurveys,1980,12(2):213-253.黑板體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格-HEARSAY-II應(yīng)用實例050100150200225050100150200225aAREANYBYFEIGENBAUMANDFELDMAN1-1UWAAERAW1ER1AYAEIHEY1EYIHNXEYMOXIH1IYY1B1AWAYAA1IHIYEYAY1FTTHD1AWAYAO1IYEYY1NXEYGHH1EYIHAYAE1NNXEN1B1AWAYAA1AWAAAOAY1OYAAOWAW1MEM1EHAE

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