Помимо указанных блоков, в систему входят еще два важных класса объектов: конструкторы сети и анализаторы работы сети. Первые, как видно из названия, предназначены для создания рабочих копий НС в памяти компьютера по различным источникам, например по спецификации сети из файла. Собственно, для каждого источника и создается свой объект. (Следует отличать данные объекты от конструкторов сетей, предназначенных для создания с помощью ГИП файлы спецификации сетей; эти конструкторы в ядро СПИНС не входят). Спецификация сети может ссылаться на шаблоны блоков из библиотеки, которые, таким образом, также могут являться источником для конструкции. Анализаторы нужны при отладке сетей. Дело в том, что сети могут содержать тысячи и десятки тысяч элементов (принципиальных ограничений нет,имеют место ограничения только по памяти и производительности компьютера), работу которых одновременно проследить просто невозможно, особенно если временной интервал работы составляет сотни и более тактов. Поэтому необходимо как-то обобщать информацию о состоянии сети (которое есть совокупность состояний каждого элемента) в каждый момент времени и выдавать пользователю суммарную информацию, возможно, с некоторой детализацией по усмотрению пользователя. Для такой задачи и нужны специальные объекты – анализаторы. Эти объекты могут сохранять историю состояний выбранных элементов в выбранные интервалы времени и впоследствии ее анализировать, т.е. определять статистического рода информацию. Каждый объект решает эту задачу по-своему и может быть выбран в зависимости от рода необходимой информации о работе сети.

Отметим здесь на наш взгляд очень полезную классификацию объектов на инструменты и материалы [СтатьяИнстрМатериалы]. Материалами называются объекты, являющиеся своего рода контейнерами информации и содержащие методы только для накопления и несложных преобразований этой информации. Инструментами называются объекты, предназначенные для обработки материалов, т.е. для более интеллектуальных и сложных преобразований той информации, которую хранят объекты - материалы. Таким образом, с точки зрения этой классификации, мы считаем нейронные сети (блоки) материалами, а конструкторы и анализаторы – инструментами. Следует не путать эти инструменты-объекты с инструментами–приложениями, являющимися надстройками над ядром.

В реализации программы мы существенно использовали идеи объектных шаблонов из [Gamma]. Далее, в описании реализации системы мы будем использовать русскоязычные аналоги терминов, введенных в [Gamma], поэтому, чтобы не возникло путаницы, отметим, что Фабрика соответствует Factory, объектные шаблоны – design patterns, Синглетон – Singleton, Chain of Responsibility – Цепочка Обработчиков. Названия классов объектов будут выделены курсивом и начинаться с заглавной буквы. Отметим, что идея шаблонов в программировании и computer science оказалась весьма плодотворной и слово «шаблон» здесь мы используем в трех различных смыслах: объектный шаблон (design pattern), просто шаблон (в смысле определения 1.x.5) и C++ - шаблон (template).

Мы опишем только реализацию ядра системы. Следование принципам открытости предполагает закладывание возможности развития системы через добавление надстроек над ядром (рис. 5.2). Мы, по возможности, старались следовать данному принципу. В частности, одним из направлений развития мы видим создание конструкторов библиотек шаблонов (а, следовательно, и сетей) с помощью ГИП. Предполагается, что выходным продуктом этих конструкторов будут файлы спецификации шаблонов, с которыми уже умеет работать ядро, из которых и будут формироваться библиотеки шаблонов. Далее, можно было бы создать трехмерный визуализатор БЗ (об этом далее), также мы считаем, понадобится отдельный инструмент для конструирования самих БЗ, а, возможно, при определенном уровне сложности блоков УС, и для каждого из них по отдельному инструменту, которые бы учитывали в полной мере специфику блоков УС.

Рис. 5.2.

5.3. Конструкторы сетей. Библиотеки шаблонов.

Как уже было отмечено, конструкторы сетей ядра СПИНС предназначены для создания внутреннего представления сети в памяти компьютера по различным источникам. Здесь будет рассмотрен только один - конструктор по файлу-спецификации сети, но мы не исключаем возможности создания конструкторов, использующих другие источники.

Конструктор по сути своей является фабрикой объектов класса ЭлементСети. Идея фабрики состоит в следующем. Поскольку конструирование сети состоит в порождении огромного числа разнородных объектов ЭлементСети, то необходим объект для регулировки процесса порождения и смерти этих объектов, или фабрика элементов сети. То есть на Фабрику также возложены функции сборщика мусора. Регулировка или управление процессом порождения состоит в следующем. Мы имеем много разных потомков класса ЭлементаСети, например, Нейрон, который, в свою очередь имеет несколько подклассов, соотвествующих каждой из разновидностей формальных моделей, а также другие элементы сети Блок, Источник, имеющий также несколько своих подклассов и т.д. Предположим, мы модифицировали или создали новую версию класса A из перечисленных классов - . Тогда в каждом месте исходного текста мы должны заменить оператор порождения A на оператор порождения . Более гибкой является следующая схема. Фабрика1 умеет, или точнее выражаясь, имеет методы для порождения объектов классов А, B, C и т.д. При сообщении о порождении, например, объекта типа А, она порождает на самом деле объект потомка А: , а Фабрика2 порождает в данном случае . Таким образом, заменой только фабрик мы можем менять классы порождаемых объектов. Отметим, что фабрика на языке C++ естественным образом реализуется через С++ - шаблон (template) и параметризуется типом порождаемых объектов. Ссылка на ФабрикуЭлементовСети, умеющую порождать каждый из конечных потомков ЭлементСети, хранит объект Сеть. При инициализации КонструктораСети ему сообщается ссылка на Сеть. Естественно, Сеть еще не содержит ЭлементовСети, но уже должна иметь ссылку на ФабрикуЭлементовСети. При конструировании сети по файлу спецификации КонструкторСетиПоФайлу (подкласс КонструктораСети) использует методы порождения объектов ФабрикиЭлементовСети, ссылку на которую он берет у Сети.

Отметим здесь, как решена была проблема передачи параметров конструктору (инициализатору, особому методу, вызывающемуся первым после размещения объекта в памяти) элемента сети и, вообще, конструктору любого объекта, порождение и удаление которого находится под управлением фабрики. Проблема состоит в унификации типа передаваемых параметров: они должны быть одни и те же для всех типов элементов сети. Был введен класс Атрибут и методу порождения объекта у фабрики и, соответственно, конструктору объекта передавался список Атрибутов. Каждый Атрибут имеет имя, и конструктор каждого элемента сети распознает только некоторое подмножество подклассов Атрибута, «свои атрибуты», которые узнает по имени. Например, АтрибутВероятности является подклассом Атрибута, имеет свое поле рационального типа вероятность. Конструктор Нейрона2 распознает АтрибутВероятности в переданном списке атрибутов и использует значение его поля вероятность для инициализации Нейрона2. Для атрибутов также понадобилась ФабрикаАтрибутов.