Method for Constructing the Model of Computing Process Based on Petri Net

Abstract

The aim of the work is to improve the quality of the computational process that solves the problem, due to its modeling and debugging based on the Petri net. The quality of the computational process is understood as the absence of errors (looping, paralysis, unreliability of some fragment, etc.) and its optimization according to the criterion of minimum complexity. The new approach to the analysis of the computational process, based on preliminary modeling by Petri nets of both fragments of computational processes and complete computational processes, is proposed. This will reveal many errors at the stage of modeling the computational process. The computational process is considered as a set of macrooperations, which are functionally, completed operations of various hierarchical levels. To locate macrooperations in a computational process, it is decomposed into elementary (basic) computational constructions. A statement that any computing process can be constructed on the basis of a relatively small number of macrooperations is formulated. To implement the new approach, the task of developing a method for constructing a Petri net according to a given computational process is formulated and solved. The essence of the proposed method consists in dividing the computational process into macrooperations, building a Petri net fragment for each macrooperation, modeling all fragments, assembling a complete Petri net from network fragments and modeling it. To implement the method, a procedure for constructing a computational process model is being developed. The stages of this procedure are described: decomposition of the computational process into macrooperations according to the proposed rules, translation of macrooperations into fragments of the Petri net and their modeling, collection of the complete Petri net by the proposed rules, and modeling the resulting Petri net. The results of the implementation of all stages of the procedure are recorded in the library, the aim of which is the accumulation of knowledge about the computational processes corresponding to them Petri nets and modeling results. This allows us to simplify the process of modeling a new computing process through the use of already debugged fragments. If the computational process contains errors or is not optimal, it is corrected, which allows to improve its quality according to the above criteria. By the example of sorting by inserts, the correctness of the operation of the constructed Petri net using the declared method is experimentally confirmed.

Метою роботи є підвищення якості обчислювального процесу, що вирішує поставлену задачу, за рахунок його моделювання і налагодження на основі мережі Петрі. Під якістю обчислювального процесу розуміється відсутність помилок (за циклювання, параліч, неможливість реалізації деякого фрагменту і т.п.) і його оптимізація за критерієм мінімуму складності. Пропонується новий підхід до аналізу обчислювального процесу, заснований на попередньому моделюванні мережами Петрі як фрагментів обчислювальних процесів, так і повних обчислювальних процесів. Це дозволить виявляти багато помилок на стадії моделювання обчислювального процесу. Обчислювальний процес розглядається як сукупність макрооперацій, які є функціонально закінченими операціями різного ієрархічного рівня. Для виділення макрооперацій з обчислювального процесу проводиться його декомпозиція на елементарні (базові) обчислювальні конструкції. Формулюється твердження про те, що будь-який обчислювальний процес може бути сконструйований на основі відносно невеликої кількості макрооперацій. Для реалізації нового підходу ставиться і вирішується завдання розробки методу побудови мережі Петрі по заданому обчислювальному процесу. Суть запропонованого методу полягає в розбитті обчислювального процесу на макрооперації, побудові для кожної макрооперації фрагмента мережі Петрі, моделюванні всіх фрагментів, збірки з фрагментів мережі повної мережі Петрі і її моделюванні. Для реалізації методу розробляється процедура побудови моделі обчислювального процесу. Наводиться опис етапів даної процедури: декомпозиція обчислювального процесу на макрооперації за запропонованими правилами, переклад макрооперацій у фрагменти мережі Петрі і їх моделювання, збір за запропонованими правилами повної мережі Петрі і моделювання отриманої мережі Петрі. Результати реалізації всіх етапів процедури заносяться в бібліотеку, призначення якої – накопичення знань про обчислювальні процеси, відповідні їм мережі Петрі та результати моделювання. Це дозволяє спростити процес моделювання нового обчислювального процесу за рахунок використання вже налагоджених фрагментів. У разі виявлення помилки в обчислювальному процесі або його не оптимальності обчислювальний процес коригується, що і дозволяє підвищити його якість за вказаними вище критеріями. На прикладі сортування вставками експериментально підтверджується правильність роботи побудованої мережі Петрі із застосуванням заявленого методу.

Целью работы является повышение качества вычислительного процесса, решающего поставленную задачу, за счёт его моделирования и отладки на основе сети Петри. Под качеством вычислительного процесса понимается отсутствие ошибок (зацикливание, паралич, нереализуемость некоторого фрагмента и т.п.) и его оптимизация по критерию минимума сложности. Предлагается новый подход к анализу вычислительного процесса, основанный на предварительном моделировании сетями Петри как фрагментов вычислительных процессов, так и полных вычислительных процессов. Это позволит выявлять многие ошибки на стадии моделирования вычислительного процесса. Вычислительный процесс рассматривается как совокупность макроопераций, которые являются функционально законченными операциями различного иерархического уровня. Для выделения макроопераций из вычислительного процесса проводится его декомпозиция на элементарные (базовые) вычислительные конструкции. Формулируется утверждение о том, что любой вычислительный процесс может быть сконструирован на основе относительно небольшого числа макроопераций. Для реализации нового подхода ставится и решается задача разработки метода построения сети Петри по заданному вычислительному процессу. Суть предлагаемого метода состоит в разбиении вычислительного процесса на макрооперации, построении для каждой макрооперации фрагмента сети Петри, моделировании всех фрагментов, сборки из фрагментов сети полной сети Петри и её моделировании. Для реализации метода разрабатывается процедура построения модели вычислительного процесса. Приводится описание этапов данной процедуры: декомпозиция вычислительного процесса на макрооперации по предложенным правилам, перевод макроопераций во фрагменты сети Петри и их моделирование, сбор по предложенным правилам полной сети Петри и моделирование полученной сети Петри. Результаты реализации всех этапов процедуры заносятся в библиотеку, назначение которой – накопление знаний о вычислительных процессах, соответствующих им сетях Петри и результатах моделирования. Это позволяет упростить процесс моделирования нового вычислительного процесса за счёт использования уже отлаженных фрагментов. В случае выявления ошибки в вычислительном процессе или его не оптимальности вычислительный процесс корректируется, что и позволяет повысить его качество по указанным выше критериям. На примере сортировки вставками экспериментально подтверждается правильность работы построенной сети Петри с применением заявленного метода.