Язык программирования ДРАКОН

Язык ДРАКОН — общедоступный интеллектуальный инструмент нового типа, специально сконструированный для облегчения и улучшения работы ума интеллектуальных работников и учащихся, особенно полезный при решении трудных и сверхтрудных задач систематизации и автоформализации профессиональных знаний, описания структуры человеческой деятельности и многих других задач, о которых речь впереди.

Отличие ДРАКОНА в том, что это не текстовый, а визуальный (графический) язык. Образно говоря, он прокладывает кратчайший путь к цели, взрывая логико-математические, алгоритмические и технологические скалы и препятствия динамитом наглядных картинок. Благодаря этим и другим приёмам многие (хотя, разумеется, далеко не все) сложные проблемы превращаются в простые, непонятное становится понятным. В итоге достигается искомый выигрыш: производительность растет, качество улучшается, трудная работа облегчается и оказывается более приятной, умственные перегрузки резко уменьшаются, опускаясь намного ниже опасной черты.

Язык ДРАКОН разработан совместными усилиями Российского космического агентства (НПЦ автоматики и приборостроения, г. Москва) и Российской академии наук (Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша, г. Москва) как обобщение опыта работ по созданию космического корабля "Буран". На базе ДРАКОНА построена автоматизированная технология проектирования программных систем (CASE-технология) под названием "ГРАФИТ-ФЛОКС". Она успешно используется в ряде крупных космических проектов: "Морской старт", "Фрегат", "Протон-М" и др.

ДРАКОН — очень лёгкий язык. Настолько лёгкий, что разработку многих компьютерных программ для космических ракет на практике ведут не программисты, а обычные специалисты — по принципу “программирование без программистов”. Причина отказа от программистов проста. При решении практических прикладных задач специалисты досконально владеют материалом и прекрасно знают постановку задачи. В отличие от них программисты не знают “физику процесса” и становятся “лишними людьми”, без которых вполне можно обойтись. Это позволяет значительно сократить издержки, улучшить показатель "затраты—результат", ускорить ход работ и полностью избавиться от ошибок “испорченного телефона”, вызванных взаимным непониманием между ПРОГРАММИСТАМИ и СПЕЦИАЛИСТАМИ.

ДРАКОН универсален. Он может применяться для наглядного представления и быстрой разработки алгоритмов не только в "космосе", но и в "земных" видах человеческой деятельности. Ведётся подготовка учебных книг для средней и высшей школы. Уже издана первая из них — игровое учебное пособие для детей младшего и среднего школьного возраста.

Обоснование и назначение языка Дракон

ДРАКОН — язык представления маршрутов алгоритма (как структурной части отчуждаемого, “отслаиваемого” императивного знания) посредством дракон-схемы — граф-схемы алгоритма (ГСА), специально упорядоченной для удобства восприятия структуры маршрутов — или системы дракон-схем, которую можно назвать “дракон-моделью”.

Эта система получается как результат процедурной декомпозиции деятельности на два и более алгоритмических процессов связанных отношением вызова и/или взаимодействия.

Говоря проще, решение сложной задачи мы обычно разбиваем на подзадачи. В алгоритме решения при этом выделяем основной алгоритм и вспомогательные (“вставки” у Паронджанова). И в ДРАКОНе есть возможность представить такое разбиение как вызовы “вставок” из основного алгоритма — и, быть может, из других “вставок”.

ДРАКОН поддерживает декомпозицию алгоритма выделением вспомогательных алгоритмов-вставок.

Возможно, что визуалы и вызываются как вставки, и взаимодействуют друг с другом. Как раз организация дракон-схем в модель представляет вызовы и взаимодействия, возможные при исполнении.

Представляемые схемами модели процессы могут находиться либо в отношении “главный-подчинённый” (иерархическая, или ранговая модель), либо в отношении “партнёров” (одноранговая, или диспозитивная модель). По порядку же возникновения всегда существует первичный процесс, который для другого данного процесса бывает:

В ранговой модели существует только одна рабочая точка (как ещё говорит Паронджанов, “дракон-поезд”). Она последовательно проходит процессы, начиная с первичного вызывающего. Там, где указана вставка другого процесса, совершается переход на его схему. Когда эта схема пройдена до конца — переход обратно на место указания вставки. В совокупности эти переходы образуют т. н. переход с возвратом (у Паронджанова также называется “акробатический прыжок”). Первичный процесс здесь понимается как головной.

Суть асинхронности (параллелизма) — в допущении более чем одной “рабочей точки” для системы процессов. Каждая точка развёртывает свою схему, и при необходимости процессы взаимодействуют. Первичный процесс в этом случае понимается как базовый; он может контролировать ход порождённых им процессов и при необходимости “снимать” их — досрочно прекращать исполнение.

Понятно, что в обеих моделях в каждом процессе, если он нелинейный, проходится один маршрут. Также понятно, что в ранговой модели ни один процесс, кроме первичного, не м.б. “зацикленным”.

Поскольку в основе ДРАКОНа, как любого формального языка, лежит математика, а как языка эргономичного — также инженерная психология, то без научных понятий при объяснении его назначения нам не обойтись. Однако для удобства понимания мы и дальше будем делать, как только что, — введя небольшую “порцию науки”, поясним её более просто.

Семейство Дракон-языков

ДРАКОН — не один язык, а целое семейство, все языки которого имеют одинаковый визуальный синтаксис (что зрительно делает языки семейства почти близнецами) и отличаются текстовым синтаксисом.

ДРАКОН-1 - визуальный псевдоязык, визуальный аналог обычного текстового псевдокода. Он служит для описания структуры деятельности, создания технологий, алгоритмов и проектов программ, используется в методе пошаговой детализации, а также при формализации профессиональных знаний.

ДРАКОН-2 - язык визуального программирования реального времени. Он является элементом CASE-технологии для разработки программного обеспечения систем управления ракет и космических объектов, а также атомных электростанций, нефтехимических и металлургических заводов, биотехнологических производств и т. д.

Кроме того, семейство включает гибридные визуальные языки программирования: ДРАКОН-БЕЙСИК, ДРАКОН-ПАСКАЛЬ, ДРАКОН-СИ и т. д. Чтобы получить гибридный язык, например, ДРАКОН-СИ, необходимо взять визуальный синтаксис ДРАКОНА и присоединить к нему по определенным правилам текстовый синтаксис языка СИ.

Строгое разграничение визуального и текстового синтаксиса позволяет в максимальной степени расширить сферу применения языка, обеспечивая его гибкость и универсальность. При этом единообразие правил визуального синтаксиса семейства дракон-языков обеспечивает их концептуальное единство, а разнообразие текстовых правил (т. е. возможность выбора любого текстового синтаксиса) определяет гибкость языка и легкую настройку на различные проблемные и предметные области.

В настоящей книге основное внимание уделяется визуальному псевдоязыку ДРАКОН-1. Что касается остальных языков дракон-семейства, даются лишь краткие пояснения.

Гибридные языки дракон-семейства

Императивную (процедурную) часть языка Дракон можно присоединить к некоторым языкам программирования и получить так называемые гибридные языки:

язык Дракон + язык Бейсик = гибридный язык Дракон-Бейсик

язык Дракон + язык Си = гибридный язык Дракон-Си

язык Дракон + язык Java = гибридный язык Дракон-Java

язык Дракон + язык Си# = гибридный язык Дракон-Си#

язык Дракон + язык Питон = гибридный язык Дракон-Питон

язык Дракон + язык Perl = гибридный язык Дракон-Perl

язык Дракон + язык Ruby = гибридный язык Дракон-Ruby

язык Дракон + язык Ада = гибридный язык Дракон-Ада

язык Дракон + язык Оберон = гибридный язык Дракон-Оберон

язык Дракон + язык Tcl = гибридный язык Дракон-Tcl

Пример 1. При создании гибридного языка Дракон-Си необходимо, в частности, создать транслятор из дракон-схемы в исходный код языка Си. В этом случае Си является целевым языком.

Пример 2. При создании гибридного языка Дракон-Дельфи необходимо, в частности, создать транслятор из дракон-схемы в исходный код языка Дельфи. При этом Дельфи является целевым языком.

Пример 3. При создании гибридного языка Дракон-Фортран необходимо, в частности, создать транслятор из дракон-схемы в исходный код языка Фортран. В этом случае Фортран служит целевым языком.

При использовании гибридных языков исходным текстом программы считается дракон-схема и только она.

Еще один пример. Предположим, пользователь работает в связке ИС Дракон — Транслятор Дракон-Си — Keil. Понятно, что исходником служит дракон-схема. При отладке программы не следует вносить исправления в промежуточные текстовые Си-файлы. Все исправления нужно вносить в исходный код, то есть в дракон-схему.

Достоинства гибридных языков

С точки зрения человеческого фактора, в истории развития языков программирования условно можно выделить два этапа.

На первом этапе появились языки высокого уровня, которые (по сравнению с ассемблером) сделали исходный текст программы более понятным и удобным для человека. И значительно увеличили производительность труда программистов.

На втором этапе (который, по-видимому, только начинается) некоторые языки высокого уровня смогут работать в сочетании с языком ДРАКОН, образуя гибридные языки. При этом функция исходного кода программы переходит к дракон-схемам.

Это позволит отказаться от текстовых управляющих структур, используемых в языках высокого уровня, и заменить их на управляющую графику ДРАКОНа.

Что это даст? Исходный код программы станет еще более понятным и удобным для человека. И, следовательно, еще больше увеличится производительность труда программистов.

Как и все прочие языки, ДРАКОН опирается на математику и логику. Однако сверх того, он самым тщательным образом учитывает когнитивные вопросы. Благодаря систематическому использованию когнитивно-эргономических методов ДРАКОН приобрел уникальные эргономические характеристики. Можно предположить, что в будущем ДРАКОН сможет претендовать на звание чемпиона по критерию “понимаемость алгоритмов и программ” (в классе императивных языков). ДРАКОН можно определить как общедоступный визуальный язык, предназначенный для описания структуры деятельности, для систематизации, структуризации, наглядного представления и формализации императивных знаний, а также для проектирования, программирования, моделирования и обучения…

Человечность языка ДРАКОН, стремление создать максимальный комфорт для работы человеческого мозга, всемерная забота о повышении творческой продуктивности персонала позволяет надеяться, что ДРАКОН получит … широкое применение в народном хозяйстве, бизнесе, обороне, науке и системе образования.

Используя не просто наглядные, а предельно наглядные формы представления знаний, облегчая работу мозга, ДРАКОН обеспечивает заметный рост производительности интеллектуального труда.

В основе языка ДРАКОН лежит идея когнитивной формализации знаний, позволяющая сочетать строгость логико-математической формализации с точным учетом когнитивных (познавательных) характеристик человека.

Как построить гибридный язык?

Чтобы построить гибридный язык, нужно выполнить 5 шагов.

Визуальный и текстовый синтаксис Дракона

ДРАКОН — визуальный язык, в котором используются два типа элементов: графические фигуры (графоэлементы) и текстовые надписи, расположенные внутри или снаружи графических фигур (текстоэлементы).

Следовательно, синтаксис ДРАКОНА распадается на две части.
Визуальный синтаксис охватывает алфавит графоэлементов, правила их размещения в поле чертежа и правила связи графоэлементов с помощью соединительных линий. Текстовый синтаксис задает алфавит символов, правила их комбинирования и привязку к графоэлементам (привязка необходима потому, что внутри разных графических фигур используются разные типы выражений). Оператором языка ДРАКОН является графоэлемент или комбинация графоэлементов, взятые вместе с текстовыми надписями.

Одновременное использование графики и текста говорит о том, что ДРАКОН адресуется не только к словесно-логическому мышлению автора и читателя программы, но сверх того активизирует интуитивное, образное, правополушарное мышление, стимулируя его не написанной, а именно нарисованной программой, т. е. программой-картинкой.

Зачем Дракону две головы?

Язык ДРАКОН выполняет две принципиально разные функции. Для большинства работников он является новым средством повышения эффективности интеллектуального труда, причем у этого средства практически нет аналогов в мировой практике, если не считать язык UML. В этом качестве ДРАКОН не имеет ни малейшего отношения к программированию.
Вторая функция состоит в том, что для программистов ДРАКОН действительно является языком программирования.
Таким образом, ДРАКОН имеет две головы, обращенные к совершенно разным аудиториям. Причем каждая голова пытается угадать сокровенные потребности своей аудитории и по возможности удовлетворить их наилучшим образом.
В этом состоит одно из ключевых преимуществ, поскольку язык ДРАКОН можно использовать как удобный “мост взаимопонимания” между не программирующим большинством и программирующим меньшинством, между “без компьютерной” и компьютерной интеллектуальной деятельностью.

Язык Дракон значительно облегчает алгоритмизацию и программирование

Некоторые ученые считают, что существующие способы записи алгоритмов и программ (принятые во всем мире) слишком трудны для понимания и требуют неоправданно больших трудозатрат.

Это обстоятельство ставит непреодолимый барьер для многих специалистов, работа которых связана с алгоритмами, но которые не имеют резерва времени, чтобы научиться выражать свои профессиональные знания в форме алгоритмов и программ.

Язык ДРАКОН использует новую эргономичную нотацию (дракон-схемы) и за счет этого существенно облегчает алгоритмизацию и программирование. Благодаря использованию дракон-схем алгоритмы и программы становятся более понятными, доходчивыми, ясными, прозрачными.

В итоге ТРУДНЫЕ для понимания способы записи алгоритмов и программ заменяются на более ЛЕГКИЕ. Вследствие этого работники быстро овладевают дракон-схемами и успешно создают алгоритмы и прикладные программы без программистов или с их минимальным участием. Об этом свидетельствует 15-летний опыт эксплуатации Технологии ГРАФИТ-ФЛОКС в НПЦ автоматики и приборостроения им. Н. А. Пилюгина.

ДРАКОН — очень легкий язык. Настолько легкий, что разработку многих компьютерных программ для космических ракет на практике ведут не программисты, а инженеры — по принципу “программирование без программистов”.

Причина частичного отказа от программистов проста. При решении практических прикладных задач инженеры досконально владеют материалом и прекрасно знают постановку задачи. В отличие от них программисты не знают физику процесса и становятся “лишними людьми”, без которых в ряде случаев (хотя и не всегда) вполне можно обойтись.

Это позволяет значительно сократить издержки, улучшить показатель “затраты — результат”, ускорить ход работ. И полностью избавиться от ошибок “испорченного телефона”, вызванных взаимным непониманием между программистами и инженерами.

Выводы

Приведем сводку эргономических правил, позволяющих улучшить когнитивное качество дракон-схем и сделать алгоритмы, программы и технологии более понятными.

Знаете ли Вы, что в 1974 - 1980 годах профессор Стефан Маринов из г. Грац, Австрия, проделал серию экспериментов, в которых показал, что Земля движется по отношению к некоторой космической системе отсчета со скоростью 360±30 км/с, которая явно имеет какой-то абсолютный статус. Естественно, ему не давали нигде выступать и он вынужден был начать выпуск своего научного журнала "Deutsche Physik", где объяснял открытое им явление. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.