1. Dany będzie fragment kodu w C++.

?2. Czym różnią się od siebie zmienne statyczne, automatyczne i dynamiczne? Podaj przykłady.

Zmienne automatyczne

• Zmienna tworzona „na nowo” przy każdym uruchomieniu funkcji

• Domyślny rodzaj zmiennych lokalnych

• Są automatycznie tworzone i usuwane w czasie wykonywania programu

int zmienna

Zmienne statyczne

• Wartość zmiennej zapamiętywana pomiędzy kolejnymi wywołaniami funkcji

• Każda zmienna globalna jest jednocześnie zmienna statyczna (wystarczy zadeklarować ją w programie poza obszarem funkcji)

• Są tworzone raz, przy wywołaniu programu

Static int zmienna

Zmienne dynamiczne

• Mogą być tworzone i usuwanie w dowolnym momencie działania programu

• Maksymalny rezerwowany obszar zależy od systemu i dostępności pamięci

• Dają możliwość kontroli nad przydziałem pamięci (np. reakcję, gdy nie uda się utworzyć odpowiednio dużej tablicy

• Dostęp do zmiennych dynamicznych możliwy jest wyłącznie z użyciem wskaźników

• Nie mają nazw - powstają w czasie działania programu

typ *wskaznik;

wskaznik=new typ;

3. Czym są i do czego służą zmienne wskaźnikowe? Kiedy ich używany? Jakie mają zalety? Jakie niosą niebezpieczeństwa?

Rodzaj zmiennych służący do przechowania adresów innych zmiennych określonego typu.

używamy ich przy:

- Operacjach na tablicach, ciągach znaków, strukturach, obiektach

- Operacjach na zmiennych dynamicznych

- Przekazywaniu parametrów do funkcji

ZALETY:

• Zmienne są identyfikowane przez ich nazwy

• Podanie nazwy zmiennej w wyrażeniu, oznacza, że chcemy pobrać / przypisać wartość z / do pewnej komórki pamięci W tym celu wykorzystuje się zmienne wskaźnikowe (pointers)

• Wewnętrznie program operuje jednak na adresach komórek, a nie na ich nazwach

• Język C/C++ daje możliwość bezpośredniego operowania także na adresach komórek pamięci

• Zmienne wskaźnikowe można umieszczać jako część innych struktur, tablic, obiektów

• Można utworzyć wskaźnik do wskaźnika

Niebezpieczeństwa:

• Błędne użycie wskaźników może mieć katastrofalne skutki dla programu

• Wskaźnik niezainicjowany lub wskaźnik o błędnej wartości wskazuje niewłaściwe miejsce w pamięci! \\nie wiemy co tam się znajduje

• Można nadpisać / usunąć sobie dane lub fragment programu z pamięci

• Wskaźnik o typie niezgodnym z typem zmiennej spowoduje błędne odczytanie danych (np. obcięcie bitów)

4. Do czego służą zmienne dynamiczne? Jak je utworzyć i w jaki sposób uzyskać do nich dostęp (w C++)? Jakie mają zalety?

• Do dynamicznego przydzielania i zwalniania

pamięci w C++ służą polecenia:

new - utworzenie zmiennej dynamicznej

delete - usunięcie zmiennej dynamicznej

- Składnia:

typ *wskaznik;

wskaznik=new typ;

delete wskaznik;

delete[] wskaznik; - jeżeli wskaznik wskazuje na tablicę

ZALETY:

• Zmienne dynamiczne mogą być tworzone i usuwanie w dowolnym momencie działania programu

- Są umieszczane w obszarze sterty (heap)

- Maksymalny rezerwowany obszar zależy od systemu i dostępności pamięci

• Np. w Windows XP można zadeklarować tablice do 2GB każdą

- Dają możliwość kontroli nad przydziałem pamięci

• Np. reakcję, gdy nie uda się utworzyć odpowiednio dużej tablicy

• Można zmieniać ich rozmiar w czasie działania programu

- Dostęp do zmiennych dynamicznych możliwy jest wyłącznie z użyciem wskaźników

• Nie mają nazw - powstają w czasie działania programu

5. Czym są klasy i obiekty w programowaniu obiektowym? Z czego się składają? Czym są właściwości, metody i zdarzenia? (6)

Obiekt (zmienna obiektowa)

- Struktura łącza w sobie:

Dane / zmienne i stałe (właściwości)

- Przechowują wartości

- Opisują stan obiektu i „konfigurują” jego zachowanie gdy zostanie wywołana któraś z metod

Funkcje (metody)

- Pozwalają operować na danych i zmieniać właściwości

Klasa (typ obiektowy) „Typ” obiektu

- Pozwala utworzyć wiele obiektów o tej samej strukturze (Tak, jak tworzy się wiele zmiennych tego samego typu)

Właściwości (property, properties)

-Odpowiednik zmiennych - w szczególności pól struktury

-Przechowujące pewne wartości i / lub „konfigurują” zachowanie się obiektu

Metody (method, methods)

- Są odpowiednikiem funkcji

- Pobierają lub ustawiają nowe wartości właściwości obiektu

- Można do nich przekazywać parametry i „odebrać” od nich wynik działania

Zdarzenia (event, events)

- Mogą być wywołane przez użytkownika (np. kliknięcie, przesunięcie wskaźnika myszy, wciśnięcie klawisza, rozwinięcie listy)

- Mogą być wywołane przez zmianę stanu obiektu (np. w wyniku działania jakiejś metody)

6. Co to jest konstruktor i destruktor obiektu? 2

Konstruktor-jest to specjalna funkcja danej klasy w programowaniu obiektowym, wywoływana w przy okazji tworzenia każdego obiektu danej klasy. Nie musimy jawnie go wywoływać, w momencie tworzenia obiektu, zostanie on wywołany automatycznie. W języku C++ funkcja może stać się konstruktorem, jeśli ma identyczną nazwę jak nazwa klasy oraz nie zwraca żadnej wartości (nawet void). Jeśli nie zadeklarujemy konstruktora sami, to zrobi to za nas kompilator, gdyż każda klasa musi mieć swój konstruktor.

Destruktor-jest funkcją, którą wykonuje się w celu zwolnienia pamięci przydzielonej dodatkowym obiektom lub innych zasobów. Zasady "przemiany" zwykłej funkcji do destruktora, są podobne do tych tyczących się konstruktora. Jedyna zmiana tyczy się nazwy funkcji: Musi się ona zaczynać od znaku tyldy ~. Należy pamiętać, że destruktor nie ma typu ani parametrów wejściowych.

Jeśli nie zadeklarujemy go sami, to zrobi to za nas kompilator, gdyż każda klasa musi mieć swój destruktor.

7. Jakie zalety ma programowanie obiektowe? 2

Zalety w stosunku do programowania strukturalnego

• Bardziej naturalny podział i grupowanie elementów programu

• Lepsze logiczne pogrupowanie danych i metod na nich operujących (klasy i obiekty)

• Łatwe tworzenie drzewa zależności między klasami (dziedziczenie)

• Możliwość „zabezpieczenia” danych przed ich przekształceniem przez „niepowołaną” funkcję (enkapsulacja)

• Łatwiejsze modyfikowanie kodu

• Zmiany wewnątrz klasy niosą mniejsze niebezpieczeństwo uszkodzenia innych elementów programu - klasy są w dużym stopniu „samowystarczalne”

• Ułatwia zarządzenie kodem programu: Zwłaszcza w dużych projektach

• Ułatwia współpracę w dużych zespołach projektowych: Każdy zespół zajmuje się swoimi klasami

8. Na czym polega mechanizm dziedziczenia w programowaniu obiektowym? 2

Dziedziczenie (inheritance)

• Polega na utworzeniu nowej klasy (podklasy, potomka, klasy pochodnej, child class) na bazie klasy już istniejącej (nadklasy, rodzica, klasy bazowej, base class)

• Przy dziedziczeniu elementy klasy bazowej są „kopiowane” do nowej, pochodnej klasy

• W nowej klasie wystarczy dodać brakujące elementy, których nie było w klasie bazowej

• Dzięki dziedziczeniu nie trzeba tworzyć nowej, podobnej klasy od podstaw

• Proces dziedziczenia może być „wielopoziomowy”

• Klasa pochodna może być klasą bazową dla kolejnej klasy pochodnej

• Powstaje drzewiasta zależność kolejnych klas

9. Na czym polega enkaspulacja / hermetyzacja w programowaniu obiektowym? W jaki sposób jest realizowana w języku C++? 5

Hermetyzacja polega na ukrywaniu pewnych danych składowych lub metod obiektów danej klasy tak, aby były one dostępne tylko metodom wewnętrznym danej klasy. Jest to mechanizm „zabezpieczania” elementów
obiektu przed dostępem do nich przez obiekty innej klasy. W języku C++ jest to realizowane ze pomocą przydzielania, a raczej określania własności poszczególnych składowych klasy. Własności, te dzielimy na: publiczne　- czyli takie do których dostęp mają także obiekty innych klas (deklarujemy ich „przydział” poprzez dodanie przed nazwą metody, zmiennej itd. słowa „public”) oraz prywatne - do których dostęp jest ograniczony do metod należących do obiektów tej samej klasy lub klas pochodnych. Deklarujemy je poprzez dodanie przed nazwą metody, zmiennej itd. słowa „private” lub „protected”. Różnica pomiędzy tymi modyfikatorami jest taka, że atrybut czy metoda oznaczona jako „private” jest niewidoczna, ale również nie może być dziedziczona, natomiast oznaczona jako „protected” może być dziedziczona.

10. W jaki sposób, w języku C++ utworzyć klasę i klasę pochodną? Do czego służą atrybuty członków klasy i specyfikatory dostępu przy dziedziczeniu?

• Utworzenie klasy pochodnej

class naz_k_pochodnej: spec_dostepu naz_k_bazowej { };

• Atrybuty - określają sposób dostępu do elementów obiektu

• Specyfikator dostępu Określa:

• sposób w jaki elementy klasy bazowej zostaną odziedziczone

przez klasę pochodną

• jaki będzie dostęp do nich w klasie pochodnej

• jaki będzie dostęp do nich w dalszych klasach pochodnych

• Specyfikatory - sposób dziedziczenia atrybutów

11. Jak działa i do czego służy mechanizm wyjątków?

• Sygnalizowanie błędów

- Wyjątki (exceptions)

• Funkcja zgłasza błąd / anomalię „rzucając” wyjątek

- Instrukcja throw

• Wyjątki są łapane przez kod wyższego poziomu

- Konstrukcja try…catch

» Blok try {} - zawiera instrukcje / funkcje, które potencjalnie

mogą zgłaszać błąd

» Blok catch () {} - zawiera instrukcje obsługi błędu

• Instrukcja throw

- Może rzucać wyjątek dowolnego typu

» Np. w zależności od błędu raz int, a innym razem tekst

• Blok catch

- „Łapie” wyjątek określonego typu

» Jeśli przypiszemy go na zmienną, wiemy jaka wartość została rzucona

- Może być kilka kolejnych bloków catch, dla różnych typów

wyjątków

- catch (...) „łapie” wyjątek dowolnego typu

» Ograniczenie: nie można przypisać rzuconej wartości na

zmienną

- Jeśli nie ma bloku odpowiadającego typowi wyjątku, wyjątek

przekazywany jest do kodu wyższego rzędu. Jeśli nigdzie nie

zostanie napotkany odpowiedni blok catch - program zgłasza

wyjątek do systemu operacyjnego i kończy pracę.

- Kolejność bloków catch ma znaczenie - wybierany jest pierwszy

Pasujący

- Uwagi dodatkowe:

• Rzucenie wyjątku przerywa dalsze instrukcje - program

przechodzi od razu do odpowiedniego bloku catch

• Wyjątki powinny być łapane jak najbliżej miejsca ich rzucenia

- …ale musi to być miejsce, w którym już możliwe jest obsłużenie

danego wyjątku

• Po obsłużeniu wyjątku program powinien podejmować

normalną pracę

• Mechanizmu wyjątków nie należy stosować „na siłę”

- Np. gdy program inaczej obsługuje błędy i działa to poprawnie

• Mechanizm wyjątków

- Zalety:

• Zwiększa niezawodność programu

- Pozwalają łatwo zauważyć i zareagować na anomalie i błędy

- Program może „sensownie” zachować się w przypadku

wystąpienia błędu (zamiast od razu się kończyć)

- Wiemy że wystąpił błąd oraz jaki to błąd

» Większość funkcji standardowych i systemowych wykorzystuje

mechanizm wyjątków do sygnalizowania błędów

12. Na czym polega analiza, modelowanie i projektowanie obiektowe? 4

Analiza obiektowa

• Zajmuje się badaniem i klasyfikacją obiektów pojęciowych

• Obiekty pojęciowe reprezentują pojęcia i koncepcje ze świata rzeczywistego, z dziedziny, która jest analizowana (nie są to obiekty w sensie programistycznym)

Projektowanie

• Polega na określeniu koncepcji rozwiązania, które zrealizuje wymagania stawiane programowi

• Trudność polega na tym, że istnieje wiele możliwości

• Istnieją tzw. wzorce projektowe, wskazujące możliwe rozwiązania typowych problemów

• Najważniejszym elementem projektowania obiektowego jest określenie co mają zawierać poszczególne klasy, jak ze sobą współpracować i jak być ze sobą powiązane

• Publiczność i prywatność pól

• Sposób dziedziczenia

• Rozwiązaniem może być np. opis schematu bazy danych lub klas programowych

Modelowanie:

• Tworzenie uproszczonego opisu świata rzeczywistego

Cele modelowania obiektowego:

• Przeanalizowania istniejących obiektów i zależności między nimi

• Zaprojektowania nowych obiektów i określeniu zależności między nimi

13. Czym jest .NET? Jakie ma zalety? Czym różni się klasyczny program komputerowy od programu napisanego dla .NET? Podpowiedź: chodzi przede wszystkim o sposób uruchamiania - należy wyjaśnić różnice .NET

.NET Framework

• Platforma programistyczna opracowana przez Microsoft

• Pozwala stworzyć programy przenośne na różne systemy operacyjne (Windows, Linux, MacOS)

• Obejmuje:

• Środowisko Uruchomieniowe Wspólnego Języka (Common Language Runtime - CLR)

• Biblioteki klas

• Zadaniem platformy jest:

• Uruchomienie aplikacji (Kompilacja i wykonanie kodu)

• Zarządzanie wykonywaną aplikacją (Kodem aplikacji; Pamięcią; Zabezpieczeniami)

• Jest rozwiązaniem konkurencyjnym dla Javy. Opracowany przez Microsoft, Hewlett-Packard i Intel w 2000r.

• Nie jest związane z żadnym konkretnym językiem programowania

• „Klasyczne” programy

- Kompilacja do kodu maszynowego procesora

- Komunikacja z systemem operacyjnym poprzez API

(zestaw funkcji, dostarczanych przez system)

• Programy dla .NET

- Kompilacja kodu źródłowego do postaci kodu uniwersalnego

(kodu pośredniego - CIL)

- Kod pośredni kompilowany jest do kodu maszynowego

w momencie wywołania

• tzw. kompilacja w locie (Just in Time)

• kompilowane są tylko fragmenty potrzebne w danym momencie

• kompilacja wykonywana jest tylko przy pierwszym wywołaniu danej metody

• Zalety

- Przenośność programów

- Możliwość optymalizacji kodu pod konkretny typ procesora

w momencie wykonywania

- Bardzo bogate biblioteki klas

- Unifikacja klas pomiędzy różnymi językami programowania

• Łatwiejsze łączenie różnych języków w jednej aplikacji

- Zwiększone bezpieczeństwo aplikacji i systemu

• Funkcje związane z prawami dostępu użytkownika i aplikacji

• Nadzorowane wykonanie kodu

• Wady

- Kompilacja w locie może spowalniać program

- Wymaga zainstalowania środowiska uruchomieniowego

• W nowych systemach jest już zainstalowane

14. Co oznacza skrót GUI? Podaj cechy dobrze zaprojektowanego GUI? 7

Graphic User Interface- Graficzny interfejs użytkownika

Dobry interfejs pozwala pracować z systemem bez czytania instrukcji obsługi

Cechy dobrego GUI

• Intuicyjność

• Od razu widać, do czego służą przyciski i polecenia

• Przejrzystość

• Jasna i czytelna organizacja programu

• Treściwe komunikaty

• Nie „zatłoczone” okna

• Uporządkowanie

• Grupowanie logicznie powiązanych ze sobą kontrolek

• Spójność i konsekwencja

• Jednolity wygląd poszczególnych okien, modułów itp., zwłaszcza tych, które wykonują podobne zadania

• Łatwość nawigowania

• Obsługa klawiatury (nie tylko myszy)

• Np. Ustawienie skrótów klawiaturowych i kolejności przechodzenia (właściwości TabIndex) zgodnej z kolejnością wprowadzania danych w oknie

• Zgodność ze standardami w informatyce i w danej dziedzinie

• Użycie typowych i znanych użytkownikowi kontrolek

• Terminologia (polecenia, przyciski, komunikaty)

• Symbole (ikonki)

• Odpowiednia pomoc dla użytkownika

• Pliki pomocy (help)

• Komunikaty „Za mało pamięci do wczytania danych z pliku” zamiast „Błąd nr. 342”

• Ergonomia

• Rozmiary kontrolek i czcionek dostosowane do rozdzielczości (np.. zmieniające rozmiar w zależności od rozdzielczości i rozmiaru okna programu - o ile ma to sens)

• Kontrolki pogrupowane i wyrównane

• Stonowane i dobrze dobrane palety kolorów

• Ciemne teksty na jasnym tle (i odwrotnie)

• Sprawność działania

• Jeśli operacja trwa więcej niż 1-2 sekundy - pasek postępu

• Ostrzeganie przed operacją mogącą trwać bardzo długo

• Możliwość przerwania operacji trwającej długo (o ile jest to możliwe)

• Inne

• Ostrzeganie przed „niebezpiecznymi” operacjami (np. Usuwaniem danych)

• …ale, bez nadmiernej liczby potwierdzeń i ostrzeżeń

• Program nie może wymagać by użytkownik zapamiętał / zapisania sobie na kartce jakieś dane, potrzebne w innym miejscu programu (np. numeru klienta)

• Komunikaty muszą być poprawne językowo

Reasumując program tworzy się po to, by ułatwić komuś pracę, dlatego powinien:

• Działać poprawnie (także pod względem merytorycznym)

• Automatyzować często wykonywane czynności

• Być wygodny i ergonomiczny

15. Co to jest i do czego służy UML? Jakie ma zalety? Jakie perspektywy widzenia systemu obejmuje UML? 10

Ujednolicony Język Modelowania - UML Unified Modeling Language

• Język służący do opisu obiektów w analizie obiektowej oraz programowaniu obiektowym

• Stosowany jest wraz z reprezentacją graficzną

• Pozwala przedstawić obiekty i zależności na diagramach

- UML określa sposób opisu modeli

Perspektywy widzenia systemu:

• Perspektywa przypadków użycia

Opisuje funkcjonalność, jaką powinien dostarczać system, widzianą przez jego użytkowników

• Perspektywa logiczna

Opisuje sposób realizacji funkcjonalności, czyli strukturę systemu widzianą przez projektanta

• Perspektywa implementacyjna

Opisuje poszczególne moduły i ich interfejsy wraz z zależnościami; perspektywa programisty

• Perspektywa procesowa

Opisuje podział systemu na procesy (czynności) i procesory (jednostki wykonawcze); opisuje właściwości poza funkcjonalne systemu; służy programistom i integratorom

• Perspektywa wdrożenia

Opisuje fizyczny podział elementów systemu i ich rozmieszczenie w infrastrukturze; służy integratorom i instalatorom systemu

Zalety UML

• Jest notacja systemową, która stała się światowym standardem w procesach tworzenia systemów (nie tylko informatycznych)

• Pozwala opisać system z różnych punków widzenia (klienta, analityka, integratora, programisty, i innych)

• 13 rodzajów diagramów - W konkretnym projekcie nie wszystkie muszą wystąpić

• Model UML pokazuje, co system ma robić, ale nie wyjaśnia, jak to ma być wykonane

Wady UML

• Duża złożoność języka

• Podobieństwo niektórych symboli i rodzajów linii powodujące trudności z rozróżnieniem znaczenia „na pierwszy rzut oka”

• Wada pośrednia - Bywa nadużywany (budowa wspaniałego modelu kosztem rzeczywistej realizacji zadania)

16. Wybierz dwa dowolne rodzaje diagramów UML - opisz co przedstawiają i do czego służą. Podaj ich podstawowe elementy.10

UML obejmuje 13 rodzajów diagramów:

• Diagram pakietów

• Diagram klas

• Diagram obiektów

• Diagram struktur złożonych

• Diagram komponentów

• Diagram wdrożenia

• Diagram przypadków użycia

• Diagram czynności

• Diagram stanów (maszyny stanowej)

• Diagram interakcji

• Sekwencji (przebiegu)

• Komunikacji

• Przeglądu interakcji

• Diagram uwarunkowań czasowych

Przypadek użycia

• Opis zachowania systemu z punktu widzenia użytkownika

Diagram przypadków użycia

• Służy do uchwycenia założeń systemu z punktu widzenia użytkownika

• Wymienia użytkowników systemu i jego granice

• Przedstawia funkcje dostępne dla użytkowników (funkcjonalność)

• Określa zależności i powiązania między użytkownikami i funkcjami

Składniki diagramu

• Aktor

• Człowiek lub inny system, który inicjuje użycie systemu lub
  w jakiś sposób wymienia informacje z systemem
  - symbol: „ludzik”

• Opisuje rolę a nie konkretną osobę

• Uwaga: jedna „osoba fizyczna” może pełnić w systemie role kilku aktorów,
  np.: „Zbigniew Nowak” pracujący w sklepie może być raz aktorem - sprzedawcą, a innym razem aktorem - klientem

• Pozostaje poza zakresem systemu

• Przypadek użycia

• Kompletna funkcja systemu dostępna dla aktora ( symbol: elipsa)

Przypadek użycia musi być:

• Kompletny (realizować pewną funkcjonalność w pełni) i dostarczyć aktorowi pewną „wartość”

• Inicjowany (bezpośrednio lub przez zależności) przez aktora i wykonany w jego imieniu

-------------------------------------------------------------

Obiekt

• Egzemplarz należący do klasy

Diagram obiektów

• Podobny do diagramu klas, ale…

• Prezentuje możliwą konfigurację obiektów w określonym momencie (pokazuje wybrane przypadki)

• Przydatny w przypadku szczególnie skomplikowanych zależności, których nie można przedstawić na diagramie klas

• Składniki diagramu (Nazwa egzemplarza : Nazwa klasy)

--------------------------------

Sekwencja (przebieg)

• Kolejność wykonywania akcji

Diagram sekwencji

• Pokazuje kolejność wykonywania akcji, przesyłania komunikatów i interakcje pomiędzy obiektami

Składniki diagramu

• Obiekty

• Linie użycia obiektów

• Komunikaty- przesyłane między obiektami

• Bloki

• alt - odpowiednik if…else

• opt - odpowiednik if (bez else)

• loop - odpowiednik for lub while

17. Co to jest i jakie zadania spełnia System Zarządzania Bazą Danych? 9

Systemem zarządzania bazą danych - SZBZ (DataBase Management System - DBMS)

- Zapewnia obsługę (dostęp do) danych zawartych w bazie danych

Dostęp do danych

• Aplikacja przekazuje polecenie (zapytanie) do DBMS

• Używa do tego odpowiedniego języka zapytań

• DBMS interpretuje i wykonuje polecenie

• Następuje „fizyczny” odczyt / zapis danych

Zadania DBMS:

• Zapewnia wsparcie dla języka bazy danych, który umożliwia wykonywanie operacji dotyczących struktury bazy danych oraz danych, m.in.:

• Wstawianie

• Modyfikowanie

• Usuwanie

• Wyszukiwanie

• Zapewnia efektywne składowanie i przetwarzanie dużych ilości danych

• Optymalizuje dostęp do danych

• Synchronizuje dostęp do danych przy dostępie współbieżnym

• Zapewnienie bezpieczeństwo danych w przypadku awarii sprzętowo-programowej

• Autoryzuje dostęp do danych

18. Opisz 2 i 3 warstwową architekturę dostępu do bazy danych 6

2- warstwowa: Systemy klient-serwer

• Aplikacje działają na wielu komputerach i odwołują się do wspólnej bazy

• Np. system obsługi kont bankowych

• Dwie warstwy oprogramowania:

• -warstwa serwera -proces serwera

• -warstwa klienta - proces klienta

• Lokalizacja obu procesów:

• - mogą one znajdować się na jednym komputerze (baza lokalna)

• -zazwyczaj serwer umieszczany jest na innym komputerze niż procesy klienta, komunikując się poprzez LAN

3 - warstwowa:

-Aplikacja działa na serwerze, klienci łącza się z nią używając przeglądarek WWW

• - Dzieli aplikacje bazy danych na trzy, współpracujące ze sobą części:

• -Warstwa dolna, realizującą dostęp do bazy danych,

• - Warstwę środkowa, zawierająca reguły dziedziczenia danych,

• -Warstwę górna, stanowiąca interfejs użytkownika

• -Warstwa górna i dolna powinny mieć charakter bezkontekstowy.

• -Warstwa środkowa powinna zawierać reguły, według których przetwarzane są dane.

• -Warstwa dolna to prawie zawsze programy wykonywane na serwerze, obsługujące

• zlecenia warstwy środkowej

• - Warstwy górna i środkowa mogą być scalone w jeden program bądź rozdzielone

• - Warstwa środkowa może być klientem lub serwerem

• -Warstwa górna jest zawsze klientem

• - Gdy w warstwie klienta lokowany jest jedynie interfejs użytkownika, który realizuje prezentacje danych i przekazywanie danych do warstwy aplikacji mówi się o tzw. „chudym (cienkim) kliencie” ze względu na mała ilość funkcji, jaka w tej technologii realizuje strona klienta.

19. Opisz podstawowe elementy (z czego się składa i jak wyglądają) relacyjnego modelu danych 10

W najprostszym ujęciu w modelu relacyjnym dane grupowane są w relacje, które reprezentowane są przez tablice. Relacje są pewnym zbiorem rekordów o identycznej strukturze wewnętrznie powiązanych za pomocą związków zachodzących pomiędzy danymi. Relacje zgrupowane są w tzw. schematy bazy danych. Relacją może być tabela zawierająca dane teleadresowe pracowników, zaś schemat może zawierać wszystkie dane dotyczące firmy. Takie podejście w porównaniu do innych modeli danych ułatwia wprowadzania zmian, zmniejszenie możliwość pomyłek, ale dzieje się to kosztem wydajności.

Struktura bazy danych:

-dane są przechowywane w polach uporządkowanych dwuwymiarowych

-każda tabela zawiera 0 lub więcej wierszy

-każda tabela zawiera jedną lub więcej kolumn

-każda tabela ma stałą liczbę kolumn i dowolną liczbę wierszy

-wiersze (krotki) są przechowywane w porządku całkowicie dowolnym

Baza danych składa się:

-baza danych-zbiór relacji (zbiór tabel)

-relacja-zbiór krotek (tabela)

-krotka-lista wartości (wiersz tabeli)

-schemat relacji-zbiór składający się z atrybutów (zbiór kolumn tabeli)

-schemat bazy-zbiór schematów relacji

Krotka, to pozioma struktura danych opisująca jeden obiekt. Rekord składa się z pól opisujących dokładnie cechy obiektu np. pojedynczego pracownika.

Tabela - nazywamy zbiór krotek opisujących obiekty w sposób ujednolicony tj. każdy rekord posiada te same nazwy pól. Uwaga: w niektórych systemach baza danych np. dBase każda tabela nazywana jest bazą danych i jest przechowywana w oddzielnych plikach.

Atrybut (kolumna) to struktura danych opisująca pojedynczą daną w krotce np. nazwisko pracownika.

20. Na czym polega problem spójności danych w bazie danych? Jak zapobiegać takim problemom? 10

Baza danych może utracić spójność w wyniku różnych działań. Mogą do tego przyczynić się awarie, powodujące utratę części danych, działania użytkowników, którzy omyłkowo zmodyfikują czy usuną dane, wreszcie współbieżny dostęp do danych. Ten ostatni czynnik będzie stanowił przedmiot dalszych rozważań.

Często w bazie danych jednocześnie pracuje wielu użytkowników, uruchamiających polecenia w ramach swoich transakcji. Transakcje wykonywane są równolegle, często również zdarza się, że w ramach różnych transakcji użytkownicy żądają wykonania operacji na tych samych danych. Np. użytkownik ALA chce usunąć wszystkie rekordy ze swojej relacji PRACOWNICY, tymczasem równolegle użytkownik OLEK chce podnieść płace podstawowe wszystkim pracownikom z relacji PRACOWNICY użytkownika ALA. Konflikty w dostępie do danych operacji z równoległych transakcji mogą spowodować utratę spójności bazy danych. Może dojść do wystąpienia tzw. anomalii współbieżnego dostępu.

Z anomalią o nazwie „brudny odczyt” mamy do czynienia wtedy, gdy transakcja odczytuje dane, zmienione przez inną transakcję, która potem zostaje wycofana. Tak więc pierwsza transakcja odczytała dane, które już nie istnieją.

Anomalia o nazwie „utracona modyfikacja” powstaje w sytuacji, gdy dwie transakcje równolegle przystępują do aktualizacji tych samych danych i zmiany, wprowadzone przez jedną z transakcji, zostają nadpisane przez zmiany z drugiej transakcji.

„Niepowtarzalny odczyt” to sytuacja, w której transakcja wielokrotnie wykonuje tą samą operację odczytu rekordu z relacji bazy danych i otrzymuje różne wartości atrybutów rekordu, gdyż równolegle inna transakcja modyfikuje wartości atrybutów tego samego rekordu.

Ostatnia z anomalii, „fantomy”, jest podobna do niepowtarzalnego odczytu: transakcja wielokrotnie wykonuje to samo zapytanie do bazy danych i otrzymuje różne zbiory rekordów. Dzieje się tak dlatego, że równolegle inna transakcja wstawia nowe rekordy czy też modyfikuje istniejące w ten sposób, że zbiór rekordów, spełniających kryteria zapytania pierwszej transakcji, wciąż się powiększa.

Anomalie „brudny odczyt” i „utracona modyfikacja” są poważnymi zagrożeniami dla spójności, natomiast „niepowtarzalny odczyt” i „fantomy” są anomaliami tolerowanymi w większości systemów zarządzania bazami danych.

Zapobieganie problemom spójności danych

• Odpowiednio zaprojektowany schemat bazy
  i schematy relacji

• Użycie mechanizmu transakcji

• Kolejkowanie transakcji

21. Co to są transakcje w bazach danych? Jakie mają zalety? Przed jakimi problemami chronią? Jak są realizowane od strony technicznej?10

Transakcja:

Ciąg logicznie powiązanych operacji na bazie danych, która przeprowadza bazę danych z jednego stanu spójnego w inny stan spójny

Cechy transakcji:

1. ACID = Atomicity, Conistency, Isolation, Durability(atomowość, Spójność, Izolacja, Trwałość)

2. Atomowość - Ciąg operacji wchodzących w skład transakcji jest niepodzielny. Zostaną wykonane wszystkie operacje transakcji albo żadna

3. Spójność - Transakcja przeprowadza bazę danych z jednego stanu spójnego do innego stanu spójnego. W trakcie wykonywania transakcji baza danych może być przejściowo niespójna. Transakcja nie może naruszać ograniczeń integralnościowych

4. Izolacja - Transakcje są od siebie logicznie oddzielone. Transakcje nie oddziałują na siebie bezpośredni. Mogą oddziaływać tylko poprzez zmianę danych. Mimo współbieżnego wykonywania, transakcje widzą stan bazy danych tak, jak gdyby były wykonywane w sposób sekwencyjny

5. Trwałość - Wyniki zatwierdzonych transakcji nie mogą zostać utracone w przypadku awarii systemu

Transakcje chronią zarówno przed brudnymi odczytami jak i przed niepowtarzalnymi odczytami.

-ułatwiają proces uaktualniania baz danych

-pomagają w zachowaniu spójności

Przebieg transakcji::

• Rozpoczęcie transakcji (zablokowanie tabel lub krotek, do których odwołuje się transakcja)

• Odczyt danych

• Zapis danych

• Akceptacja (zatwierdzenie) transakcji lub Wycofanie transakcji

• Odblokowanie po zakończeniu transakcji

22. Czym to jest SQL? Do czego służy? Gdzie i kiedy się go stosuje? Z czego się składa? Jak można z niego korzystać?10

SQL - Structured Query Language to język który jest wykorzystywany do wyświetlania, wstawiania i modyfikowania danych w bazie danych. Język SQL jest językiem deklaratywnym. Decyzję o sposobie przechowywania i pobrania danych pozostawia się systemowi zarządzania bazą danych (DBMS)

Za pomocą SQL tworzone są tekstowe zapytania przesyłane do DBSM

W języku SQL nie można napisać samodzielnego programu (tak jak np. w C)

Sposoby wykorzystania SQL

• Interakcyjny

• Bezpośrednie pisanie poleceń w konsoli DBMS

• Bezpośrednie wprowadzanie lub podbieranie danych

• Wykorzystywany np. do:

• Wykonywania zapytań nietypowych lub nie przewidzianych w aplikacji

• Testowania bazy

• Testowania zapytań na etapie tworzenia aplikacji

• Statyczny

• Używany w aplikacjach

• W kodzie aplikacji wpisane są zapytania o określonej, stałej treści (zmienne są tylko dane)

• Dynamiczny

• Używany w aplikacjach

• Zapytania SQL generowane w czasie pracy aplikacji

• Często treść zapytania zależy od wyboru użytkownika (np. kolejność sortowania danych)

• Może stanowić zagrożenie dla bezpieczeństwa systemu

• Szczególnie, gdy zapytanie zawiera fragmenty wpisywane przez użytkownika

• Zwłaszcza w aplikacjach internetowych (możliwość tzw. wstrzyknięcia kodu)

Polecenia SQL dzieli się na 3 grupy

DML (Data Manipulation Language) służy do wykonywania operacji na danych - do ich umieszczania w bazie, kasowania, przeglądania, zmiany. Najważniejsze polecenia z tego zbioru to:

SELECT - pobranie danych z bazy,

INSERT - umieszczenie danych w bazie,

UPDATE - zmiana danych,

DELETE - usunięcie danych z bazy.

Dane tekstowe muszą być zawsze ujęte w znaki pojedynczego cudzysłowu (').

Dzięki DDL (Data Definition Language) można operować na strukturach, w których dane są przechowywane - czyli np. dodawać, zmieniać i kasować tabele lub bazy. Najważniejsze polecenia tej grupy to:

CREATE (np. CREATE TABLE, CREATE DATABASE, ...) - utworzenie struktury (bazy, tabeli, indeksu itp.),

DROP (np. DROP TABLE, DROP DATABASE, ...) - usunięcie struktury,

ALTER (np. ALTER TABLE ADD COLUMN ...) - zmiana struktury (dodanie kolumny do tabeli, zmiana typu danych w kolumnie tabeli).

DCL (Data Control Language) ma zastosowanie do nadawania uprawnień do obiektów bazodanowych. Najważniejsze polecenia w tej grupie to:

GRANT (np. GRANT ALL PRIVILEGES ON EMPLOYEE TO PIOTR WITH GRANT OPTION) - przyznanie wszystkich praw do tabeli EMPLOYEE użytkownikowi PIOTR z opcją pozwalającą mu nadawać prawa do tej tabeli.

REVOKE - odebranie użytkownikowi wszystkich praw do tabeli, które zostały przyznane poleceniem GRANT.

DENY.

23. Czym są hurtownie danych? Jak są zbudowane? 6

Hurtownia danych - data warehouse - Rodzaj bazy danych (niekoniecznie relacyjna), integrująca i przechowująca bardzo dużą ilość danych.

Cechy charakterystyczne

• Składowane dane nie są modyfikowane przez użytkowników (wyłącznie przez nich odczytywane)

• Zawartość jest zorientowana tematycznie

• np. hurtownia danych giełdowych, produkcji sprzedaży produktów firmy

• Zawiera wszystkie dane historyczne i bieżące
  (z określonego zakresu tematycznego)

• Zawiera dane zagregowane na wielu poziomach szczegółowości

Oprócz hurtowni potrzebne są specjalistyczne aplikacje wyszukujące, analizujące i prezentujące dane

• Aplikacje analityczne - OLAP - On-Line Analytical Processing

• Wspomaganie decyzji - decision support

• Odkrywanie wiedzy / eksploracja danych - data mining

W praktyce

• Hurtownie integrują dane z wszystkich źródeł (zwłaszcza innych baz danych) w instytucji

• Aktualizacja danych źródłowych dotyczy oryginalnych plików, lokalnych baz danych, itp..

• Integracja polega najczęściej na cyklicznym dodawaniu / aktualizacji hurtowni danymi z systemów lokalnych

• Architektura hurtowni jest zorientowana na:

• Optymalizację szybkości wyszukiwania

• Efektywną analizę danych

• Dla podniesienia szybkości i efektywność dzieli się dane w hurtowni na mniejsze hurtownie tematyczne

• Użytkownicy końcowi hurtowni korzystają z danych poprzez systemy OLAP

24. Co to jest Sztuczna Inteligencja? Jakie techniki zalicza się do SI? Podaj przykładowe zastosowania (min 5przykładów) 8

Sztuczna Inteligencja nauka obejmująca zagadnienia logiki rozmytej, obliczeń ewolucyjnych, sieci neuronowych, sztucznego życia i robotyki. Sztuczna inteligencja to dział informatyki, którego przedmiotem jest badanie reguł rządzących inteligentnymi zachowaniami człowieka, tworzenie modeli formalnych tych zachowań i - w rezultacie - programów komputerowych symulujących te zachowania. Można ją też zdefiniować jako dział informatyki zajmujący się rozwiązywaniem problemów, które nie są efektywnie algorytmizowane

Jakie techniki zalicza się do SI?

• Pierwsze to tworzenie modeli matematyczno-logicznych analizowanych problemów i implementowanie ich w formie programów komputerowych, mających realizować konkretne funkcje uważane powszechnie za składowe inteligencji. W tej grupie, tzw. podejścia symbolicznego, są np. algorytmy genetyczne, metody logiki rozmytej i wnioskowania bazującego na doświadczeniu.

• Drugie to podejście subsymboliczne polegające na tworzeniu struktur i programów "samouczących się", bazujących na modelach sieci neuronowej i sieci asocjacyjnych, oraz opracowywanie procedur "uczenia" takich programów, rozwiązywania postawionych im zadań i szukania odpowiedzi na wybrane klasy "pytań

Obszary zastosowań

• Sterowanie urządzeniami i pojazdami

• Np. sterowanie robotami autonomicznymi, sterowanie automatycznymi skrzyniami biegów, system wspomagający pilotowanie uszkodzonego w walce samolotu

• Sterowanie procesami przemysłowymi

• Zwłaszcza w warunkach niepełnych lub niepewnych danych

• Diagnostyka urządzeń i procesów

• Podejmowanie decyzji gospodarczych i finansowych

• Np. ocena wniosków kredytowych, przewidywanie kursów giełdowych

• Diagnozy medyczne

• Np. wykrywanie chorób na podstawie objawów i wyników badań

• Automatyczne wyszukiwanie zależności

• Np. poszukiwanie opisu zjawiska fizycznego na podstawie obserwacji tego zjawiska

• Zarządzenie

• Np. układanie harmonogramów prac

• Rozumienie języka naturalnego

• Np. tłumaczenia, streszczenia

• Analiza obrazu i dźwięku

• Np. rozpoznawanie tekstu, rozpoznawanie komend głosowych, wykrywanie twarzy, wykrywanie obiektów

• Optymalizacja złożonych problemów

• Szkolenia i testy

• Np. dla kontrolerów ruchu lotniczego

• Zabawki i gry komputerowe

• Sieci neuronowe - stosowane z powodzeniem w wielu zastosowaniach łącznie z programowaniem "inteligentnych przeciwników" w grach komputerowych.

• Uczenie się maszyn - dział sztucznej inteligencji zajmujący się algorytmami potrafiącymi uczyć się podejmować decyzje bądź nabywać wiedzę.

• Eksploracja danych - omawia obszary, powiązanie z potrzebami informacyjnymi, pozyskiwaniem wiedzy, stosowane techniki analizy, oczekiwane rezultaty.

• Rozpoznawanie obrazów - stosowane są już programy rozpoznające osoby na podstawie zdjęcia twarzy lub rozpoznające automatycznie zadane obiekty na zdjęciach satelitarnych.

• Rozpoznawanie mowy i rozpoznawanie mówców - stosowane już powszechnie na skalę komercyjną.

• Rozpoznawanie pisma- stosowane już masowo np. do automatycznego sortowania listów, oraz w elektronicznych notatnikach.

• Sztuczna twórczość - istnieją programy automatycznie generujące krótkie formy poetyckie, komponujące, aranżujące i interpretujące utwory muzyczne, które są w stanie skutecznie "zmylić" nawet profesjonalnych artystów, w sensie, że nie rozpoznają oni tych utworów jako sztucznie wygenerowanych.

• W ekonomii, powszechnie stosuje się systemy automatycznie oceniające m.in. zdolność kredytową, profil najlepszych klientów, czy planujące kampanie reklamowe.

25. Opisz budowę prostego (pojedynczego) sztucznego neuronu? (wraz ze wzorami) Jak działa? Co to jest funkcja aktywacji?9

Do neuronu dostarczamy sygnały wejściowe, które są mnożone przez wagi i następnie dodawane w sumatorze. Tak otrzymujemy sumę s, która jest parametrem funkcji aktywacji odpowiedzialnej za przydzielenie wartości na wyjściu neuronu.

Działanie neuronu - Polega na klasyfikowaniu (sumowaniu) danych pojawiających się na wejściu i ustawianiu wartości na wyjściu

• Wartość na wyjściu zależy od: (Wartości wejściowych, Wag, Funkcji aktywującej)

Funkcja aktywacji pozwala określić wartość na wyjściu neuronu.

Rodzaje i przykłady funkcji

• Progowa

• Liniowa

• Nieliniowa

Wybór funkcji aktywacji - Zależy od rodzaju problemu jaki stawiamy przed siecią do rozwiązania

Wymagane cechy funkcji aktywacji:

• Ciągłość

• Ciągłe przejście pomiędzy swoją wartością maksymalną, a minimalną

• Różniczkowalność

• Możliwa do wyznaczenia i ciągła pochodna

• Monotoniczność

• Możliwość wprowadzenia do argumentu parametru do ustalania kształtu krzywej

26. Opisz algorytm uczenia pojedynczego perceptronu? 8

Prosty neuron z progową funkcją aktywacji nazywamy perceptronem

Uczenie perceptronu

• Uczenie polega na podaniu na wejścia sygnałów wzorcowych , dla których znane są prawidłowe, oczekiwane wartości wyjść d(t) (Zbiór takich sygnałów - ciąg uczący)

• Wagi modyfikuje się w ten sposób, by minimalizować błąd między wyjściem perceptronu a wartością wzorcową

• Taki sposób to uczenie z nauczycielem

27. W JAKIM CELU BUDUJE SIĘ SIECI NEURONOWE? (JAKA JEST ZALETA SIECI W STOSUNKU DO POJEDYNCZEGO NEURONU?)

Sieci neuronowe buduje się, aby móc sprostać bardziej skomplikowanym operacjom, które nie mogą zostać wykonane za pomocą pojedynczego neuronu. Sieć neuronowa może być zbudowana z wielu warstw połączonych szeregowo. Neurony w warstwie są równoległe, nie połączone ze sobą.

Zalety:

- większe możliwości (np. funkcja XOR);

- istnieje prosta rozdzielająca (granica decyzyjna);

- występowanie warstwy ukrytej

28. Opisz ogólną zasadę działania algorytmu wstecznej propagacji błędów. (nie trzeba pamiętać

szczegółowych wzorów)

Jest to podstawowy algorytm optymalizacji określonej funkcji celu. Podaje on przepis na zmianę wag w_ij (proporcjonalnie do wartości pochodnej cząstkowej funkcji celu) dowolnych połączeń elementów przetwarzających (Neronów) rozmieszczonych w sąsiednich warstwach sieci. Oparty jest on na minimalizacji sumy kwadratów błędów uczenia z wykorzystaniem optymalizacyjnej metody największego spadku. Gradient funkcji wskazuje kierunek jej najszybszego wzrostu (lub spadku) funkcji.

Działanie algorytmu:

- na wejście podajemy ciąg uczący

- sygnał jest przetwarzane przez kolejne warstwy sieci

- sygnał wyjściowy ostatniej warstwy porównujemy ze wzorcem

-modyfikujemy wagi ostatniej warstwy, a następnie poprzednich, aż do pierwszej (wsteczna propagacja błędu)

29. Na czym polega zdolność uogólniania Sieci Neuronowej

• Sieć potrafi uogólnić wiedzę dla nowych, nieznanych wcześniej danych (nie prezentowanych w trakcie nauki)

• Wygenerować poprawne wartości mimo, że wcześniej uczona była tylko wybranymi, innymi wartościami

• Wykazują tolerancję na nieciągłości, przypadkowe zaburzenia lub braki w zbiorze uczącym

Zdolność ta jest podstawową różnica między sieciami neuronowymi, a rozwiązaniami algorytmicznymi

30. Dlaczego najczęściej stosuje się sieci 3-warstowowe?

Trzy warstwy mogą odwzorować dowolny obszar. Sieć trójwarstwowa potrafi rozwiązać każdy problem klasyfikacji lub aproksymacji i większość innych zadań

W jaki sposób określa się liczbę neuronów w warstwie ukrytej?

Zaczyna się od małej liczby neuronów, która zwiększa się w razie potrzeby (na podstawie symulacji)

Jeżeli neuronów jest mało: siec uczy się szybko, sieć może nie rozwiązywać zadania poprawnie

Jeżeli neuronów jest za dużo: sieć uczy się dłużej, działa wolniej, może być „przeuczona” podaje błędne wartości dla danych innych niż uczące

31. Jakie są wady, zalety i ograniczenia Sieci Neuronowych? 3

Zalety:

Zdolność uogólniania / generalizacji

• Sieć potrafi uogólnić wiedzę dla nowych, nieznanych wcześniej danych (nie prezentowanych w trakcie nauki)

• Wygenerować poprawne wartości mimo, że wcześniej uczona była tylko wybranymi, innymi wartościami

• Wykazują tolerancję na nieciągłości, przypadkowe zaburzenia lub braki w zbiorze uczącym

Zdolność ta jest podstawową różnica między sieciami neuronowymi, a rozwiązaniami algorytmicznymi

Uniwersalność struktury

• Jedna struktura do wielu zadań

• Możemy nauczyć sieć realizacji różnych zadań

• W praktyce - struktura sieci też musi być dobrana do zadania

• Nie piszemy programu realizującego zadanie tylko uczymy sieć

• Zaprogramować musimy model neuronu i sieci oraz algorytm uczenia

• Robimy to raz albo korzystamy z gotowego rozwiązania - np. Matlab z Neural Networks Toolbox

• Obliczenia wykonywane równolegle

• „Naturalne” przystosowanie do wykorzystania w środowiskach wieloprocesorowych

Wady ograniczenia:

• Nie jest całkowicie uniwersalna

• Do różnych zadań należy wybrać rożne architektury sieci i algorytmy uczenia

• Etap projektowania i uczenia sieci może być pracochłonny

• Nie nadają się:

• Do obliczeń dokładnych - znacznie lepsze są tradycyjne algorytmy

• Do operowania na symbolach - np. edycji tekstu

32. Czym są, jakie mają cechy charakterystyczne i gdzie są stosowane Algorytmy Ewolucyjne? 10

Algorytmy ewolucyjne to zbiór metod optymalizacji inspirowanych analogiami biologicznymi (ewolucja naturalna). Przeszukuje się przestrzeń alternatywnych rozwiązań problemu w celu odnalezienia rozwiązań najlepszych lub potencjalnie najlepszych. Algorytmy ewolucyjne zalicza się do klasy algorytmów heurystycznych. Przeszukiwanie odbywa się za pomocą mechanizmów ewolucji oraz doboru naturalnego.

Cechy:

-realizują takie mechanizmy jak:

• Dziedziczenie (krzyżowanie i mutacja)

• Dobór naturalny (selekcja)

• Są wzorowane na cyklu życia organizmów żywych(ewolucja)

• przetwarzanie osobników najlepiej przystosowanych

• Pozwalają poprzez krzyżowanie i mutacje stworzyć / znaleźć satysfakcjonujące rozwiązanie problemu z grupy losowych zestawów danych początkowych

Różnice względem algorytmów klasycznych:

• Nie przetwarzają bezpośrednio parametrów zadania, ale ich postać zakodowaną (chromosomy, osobniki)

• Prowadzą poszukiwanie wychodząc z pewnej liczby (populacji) losowych punktów początkowych

• Korzystają tylko z funkcji celu (a nie jej pochodnych!)

• Stosują probabilistyczne, a nie deterministyczne metody selekcji rozwiązań

Główne zalety

• Zdolność przeszukiwania dużej przestrzeni rozwiązań

• Odporne na występowanie minimów lokalnych

• Nie schematyczne „myślenie” (człowiek sugeruje się już znanymi rozwiązaniami i schematami)

Zastosowanie: Problemy, w których dobrze określony jest sposób oceny jakości rozwiązania, ale nie ma dobrych algorytmów rozwiązania

• Główne zastosowanie:

• Zagadnienia z zakresu optymalizacji (rozumianej bardzo szeroko), np.:

• Znajdowanie ekstremów funkcji

• Diagnostyka

• Planowanie produkcji, harmonogramy

• Wyznaczanie przebiegu rurociągów i linii energetycznych

• Synteza drzew decyzyjnych

• Inne przykłady:

• Problemy kombinacyjne

• Problem komiwojażera - znajdowania optymalnej drogi przez określone punkty, każdy punkt można przejść tylko raz - Np.: Nawigacja / Wyznaczanie trasy dla dostawców

Projektowanie sieci neuronowych

• Dobór architektury sieci

• Dobór wag w sieci

• Dobór architektury i wag w sieci

Projektowanie genetyczne - Przykłady:

• Projektowanie i optymalizacja obwodów elektrycznych

• Projektowanie i optymalizacja maszyn (w szczególności robotów)

• Projekt Golem - Program projektuje roboty, a następnie sprawdza, jak się zachowują w symulowanym środowisku

• Dobór nastaw regulatorów w automatyce

33. Opisz zasadę działania klasycznego algorytmu genetycznego. 10

Inicjalizacja

• Utworzenie początkowej populacji

• Losowy wybór pewnej liczby osobników (chromosomów)

• Osobniki reprezentowane są jako ciągi binarne o określonej długości (wektory)

• Przykładowe osobniki: [10010011], [01101001], [11110101]

Ocena przystosowania

• Oblicza się wartość funkcji przystosowania dla każdego chromosomu z populacji

• Im większa wartość, tym lepszy chromosom

Sprawdzenie warunku zatrzymania

• Najczęściej zatrzymanie następuje:

• Po osiągnięciu wartości optymalnej (z zadaną dokładnością)

• Gdy działanie algorytmu nie przynosi dalszej poprawy wyniku

• Po określonym czasie trwania obliczeń lub liczbie generacji

Selekcja

• Wybór chromosomów (osobników), które będą brały udział w tworzeniu następnego pokolenia

• Wybór na podstawie obliczonych wartości funkcji przystosowania

• Ogólna zasada wyboru - naturalna selekcja

• Największe szanse mają chromosomy o największej wartości funkcji przystosowania

• Istnieje wiele metod selekcji (Najbardziej popularna - metoda ruletki)

Operacje na genach zastosowanie operatorów genetycznych

• Chromosomy wybrane w wyniku selekcji poddaje się krzyżowaniu i mutacji

• Krzyżowanie polega na zamianie części genów pomiędzy chromosomami

• Prawdopodobieństwo krzyżowania pk჎<0,5;1>

• Mutacja polega na zmianie wartości wybranych genów

• Prawdopodobieństwo mutacji pm჎<0;0,1>

Utworzenie nowej populacji

• W wyniku operacji na genach tworzona jest nowa populacja

• Nowa populacja staje się populacją bieżącą

• Cała poprzednia populacja chromosomów zastępowana jest przez tak samo liczną, nową populację potomków

Zastosowanie najlepszego osobnika

• Gdy spełniony jest warunek zatrzymania algorytmu, należy podać wynik - rozwiązanie problemu

• Najlepszym rozwiązaniem jest osobnik o największej wartości funkcji przystosowania

34. Opisz metodę koła ruletki w selekcji osobników w algorytmie genetycznym. Podaj jej wady 5

Zasada działania

• Każdemu chromosomowi chi (i=1, 2, …, K) można przydzielić wycinek koła o wielkości proporcjonalnej do wartości funkcji przystosowania F(chi) dla danego chromosomu

• Im większa wartość tym większy wycinek v(chi)

• Udział wycinka w całym kole wyraża się procentowo

• Wybranie chromosomu polega na „obrocie” koła
  w wyniku czego wybrany zostaje chromosom

• Im większy wycinek koła tym większe prawdopodobieństwo wybrania

• Realizacja praktyczna

• Każdemu chromosomowi przypisywany jest wycinek <a;b>
  z zakresu <0;100> (lub <0;1>), zależnie od v(chi)

• Losujemy liczbę z zakresu <0;100> (lub <0;1>)

• Sprawdzamy, do którego zakresu należy liczba

• Wybieramy chromosom, w którego zakres „trafiliśmy”

• Wykonuje się K losowań co oznacza, że pula rodzicielska będzie miała taką samą liczebność jak bieżąca populacja

Wady metody

• Jeżeli osobniki mają podobną wartość funkcji przystosowania, to każdy dostaje podobny wycinek koła i ewolucja zwalnia - algorytm słabiej rozróżnia osobniki dobre od słabszych

• Metoda wymaga, by funkcja przystosowania była dodatnia (nie może zmieniać znaku)

35. Opisz metody krzyżowania w algorytmie genetycznym. 4

Zasady ogólne

• Grupujemy chromosomy w pary

• Np.: w kolejności, w której były wylosowane do puli rodzicielskiej

• Wybieramy (arbitralnie) wartość graniczną prawdopodobieństwa krzyżowania pk

• Dla każdej pary losujemy liczbę z zakresu <0;1>

• Do krzyżowania wybiera się pary, dla których wylosowana liczba <pk

Krzyżowanie jednopunktowe

• Dla każdej pary losuje się punkt krzyżowania
  (locus, lk) z zakresu <1;L-1>
  gdzie L jest liczbą genów w chromosomie

• Pomiędzy parą chromosomów zamienia się geny na pozycjach ≥ niż lk

Krzyżowanie dwupunktowe

• Losuje się dwie wartości lk

• Wymienia się geny z pozycji leżących pomiędzy tymi punktami

Krzyżowanie wielopunktowe

• Losuje się wiele wartości lk

• Wymienia się kilka fragmentów chromosomów

Krzyżowanie równomierne

• Losuje się wzorzec określający, które geny są wymieniane

aktor

przypadek użycia

Sprzedawca

Wystaw fakturę

Zegar

Znajdź produkt

Klient

Zmień stan magazynu

Znajdź fakturę

Magazynier

---