Разработка графических приложений на языках высокого уровня

Курсовая работа выполнена по всем требованиям для МТИ.
Уникальность работы более 85% по етхт.
По запросу могу дополнить или изменить.

...

ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. КЛЮЧЕВЫЕ АСПЕКТЫ ВЫСОКОУРОВНЕВЫХ ЯЗЫКОВ ПРОГРАММИРОВАНИЯ 5
1.1. Используемые концепции, понятия и определения 5
1.2. Ключевые парадигмы разработки в языках высокого уровня 7
Выводы по главе 1 12
ГЛАВА 2. АНАЛИЗ ПОПУЛЯРНЫХ НА ПРАКТИКЕ ЯЗЫКОВ ПРОГРАММИРОВАНИЯ ВЫСОКОГО УРОВНЯ 13
2.1. Преимущества и особенности языка Python 13
2.2. Преимущества и особенности языка С++ 15
2.3. Преимущества и особенности языка С# 18
2.4. Преимущества и особенности языка Java 20
Выводы по главе 2 23
ГЛАВА 3. ОПИСАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ ЯЗЫКА PYTHON 24
3.1. Описание разрабатываемого проекта приложения 24
3.2. Описание интерфейсной составляющей программного приложения 28
Выводы по главе 3 34
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 36
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 38

Объект исследования: специфика состава и практического применения современных высокоуровневых языков разработки программного обеспечения.
Предмет исследования: особенности создания программных продуктов на базе языка Python.
Цель работы заключается в расширении, закреплении и систематизации знаний по изучаемой дисциплине, путем проведения анализа высокоуровневых языков создания программных приложений, путем разработки программы средствами языка программирования Python и среды разработки PyCharm.

+
Обучение из окружения
+
+
Толерантность к ошибкам и/или неверным входным сигналам
+
Re3
al -time-исполнен не
+
Естественно-языковое
взаимодействие
+
Агент также может выполнять действия: подавление, порождение и замена других агентов, активизация функций и сценария деятельности, запоминание активного состояния других агентов и др. Т.е. агент, будучи «активным объектом», формирующим свое поведение, находится на более высоком уровне сложности в сравнении с традиционными объектами в ООП.
Две базовые характеристики агента – целенаправленность и автономность отличать его от других объектов (подпрограмм, модулей и процедур).
Наличие целесообразности поведения агента требует, чтобы он обладал свойством реактивности.
Если он обладает знаниями о среде, собственных целях и вариантах их достижения, то агента называют когнитивным. В связи с этим может быть проведена граница между агентами [4].
Модель поведения агента в общем виде приведена на рисунке 2.
Рисунок 2 – Модель поведения агента в общем виде
Выводы по главе 1
В данном разделе был проведен анализ ключевых аспектов современных языков программирования высокого уровня. Освещены основные концепции, понятия и определения, описаны наиболее активно развивающиеся парадигмы разработки программного обеспечения – объектно-ориентированный и агентно-ориентированный подходы. Приведены основные элементы ООП и модель поведения агента.
ГЛАВА 2. АНАЛИЗ ПОПУЛЯРНЫХ НА ПРАКТИКЕ ЯЗЫКОВ ПРОГРАММИРОВАНИЯ ВЫСОКОГО УРОВНЯ
2.1. Преимущества и особенности языка Python
Python это современный объектно-ориентированный язык с поддержкой динамической типизации, автоматического процесса управления памятью, высокоуровневых гибких структур данных (словари, кортежи, списки). Все объекты в Python подразделяются на атомарные и ссылочные. К первым относятся int, long, complex.
При присвоении подобного рода объектов происходит копирование их значений, а в ссылочных объектах осуществляется копирование лишь указателя на объект, поэтому обе переменные после выполнения операции присваивания используют одинаковое значение.
Python поддерживает создание классов, связи модулей, гибкую и удобную обработку исключительных ситуаций и многопоточные методы вычислений. Кроме ООП данный язык структурное, функциональное и аспектно-ориентированное программирование.
Python позволяет определять тип переменной на этапе исполнения программы. В связи с этим вместо присваивания переменной определенного значения более корректным является использование фразы «связывания определенного значения с конкретным именем». В языке поддерживаются такие встроенные типы данных как: бинарный, строковый, Unicode, целочисленный с произвольно заданной степень точности, число с плавающей запятой, и ряд других [7].
Из современных коллекций язык обладает поддержкой таких встроенных структур как: список, словарь, кортеж (модифицируемый список), множество и др. Следует отметить, что все значения, также как и в Ruby, являются объектами, причем это характерно и для функций, модулей, методов и классов.
Основной реализацией языка является интерпретатор CPython, который поддерживает значительное число актуальных операционных платформ. Данный инструмент распространяется под свободной лицензией, это обеспечивает его применение без ограничений в любых, даже пропиетарных, приложениях. Разработаны версии интерпретаторов для JVM, MSIL и ряда других.
Добавить в программный код новый тип можно путем написания нового класса или определения нового типа в специальном модуле расширения, который может быть разработан на другом языке. Система классов поддерживает полноценные механизмы множественного и единичного наследования, а также функции метапрограммирования. Возможным, также является прямое наследование от подавляющего большинства встроенных типов расширений.
Строки и кортежи, относящиеся к встроенным коллекциям, являются не изменяемыми, а словари и списки – переменными, их можно модифицировать динамически. Поэтому кортежи в данном языке работают существенно быстрее чем списки [10].
Преимущества языка следующие.
1. Интерпретируемость. Это позволяет существенно упростить и облегчить отладку программ, однако при этом теряется скорость выполнения приложения.
2. Динамическая типизация. Это повышает общую скорость разработки кода.
3. Гибкая поддержка модульности. Разработанный модуль может быть легко интегрирован в код произвольных приложений.
4. Наличие возможности разработки кода по парадигме ООП. Планирование структуры приложения становиться проще и удобнее.
5. Автоматическая «сборка мусора», т.е. освобождение разработчика от необходимости слежения за утечками памяти.
6. Поддержка большого количества модулей, интегрированных и сторонних. В ряде распространенных случаев для разработки программы достаточно просто найти готовые модули и должным образом их связать между собой. Это позволяет разработчику сосредоточить внимание на более высоком уровне разработки и проектирования, работая с готовыми элементами.
7. Кроссплатформенность. Это позволяет запускать программное приложения, написанное на языке Python, на практически любой операционной системе, где установлен интерпретатор языка нужной версии и сборки [16].
2.2. Преимущества и особенности языка С++
С++ в настоящее время считается одним из наиболее сложных и функциональных языков, которые применяются при разработке программных приложений в сфере коммерции. В последние годы степень востребованности языка несколько изменилась, по причине того, что стал активно развиваться язык Java, поэтому некоторые программисты перешли с С++ на Jаvа [1]. Эти языки имеют много общего, поэтому зная один из них досконально для разработчика не составит большого друга оперативно перейти на другой язык.
Отличия C++ от C:
объектно-ориентированное программирование через классы. C++ предоставляет— абстракцию, инкапсуляцию, наследование и полиморфизм;
обобщенное программирование через шаблоны функций и классов;
стандартная библиотека C++ состоит из стандартной библиотеки C и библиотеки шаблонов, которая предоставляет широкий набор контейнеров и алгоритмов;
вспомогательные типы данных;
обработка исключений;
виртуальные функции;
пространства имён;
встраиваемые функции;
перегрузка операторов;
перегрузка имён функций;
ссылки и операторы управления памятью [2].
В языке фактически отсутствуют элементарные операций и типы данных. В частности нет типа матрица с логической операцией обращения или элемента «строка» с поддержкой операций конкатенации. В случае, когда программисту необходимо использовать такие типы данных он способен самостоятельно инициализировать их в коде. Создание проекта на С++ в Code Blocks приведено на рисунке 3.
Рисунок 3 – Создание проекта на С++ в Code Blocks
С++ - это язык программирования, который включает в себя свойства низко-уровневых и высокоуровневых языков. Данный язык программирования используется для разработки разнообразного программного обеспечения [12].
Таким образом, процесс написания кода на С++ представляет собой процесс инициализации и описания логики взаимодействия нужных типов данных и операций. Следует отметить, что грамотно реализованный пользовательский тип данных отличен от встроенного лишь способом определения, а способ использования может остаться прежним.
В целом данный язык является программным средством широкого спектра действий, начиная от системного программирования и заканчивая разработкой распределенных и масштабируемых систем и приложений.
В процессе разработки языка первоочередной приоритет был поставлен на простоту и скорость работы. В связи с этим принципиальное значение было уделено вопросу совместимости с языком С, что явилось причиной использования большей части синтаксических конструкций [2].
C++ является своеобразным «предком» таких языков программирования, как C# и Java. Базой синтаксиса С++ является синтаксис языка С, программы написанные на этих языках поддерживаются и компилируются в своих компиляторах, хотя некоторые различия все таки есть.
Программа написанная на языке С++ состоит из функций. Каждый блок программы помещается в фигурные скобки {}. Функция main() – это главный блок приложения, написанного на языке С++. В круглых скобках записываются основные параметры.
Запись int main() сообщает о возвращении целочисленного значения. Если значение не возвращено, то это означает, что программа завершилась в аварийном режиме.
Для возвращения целочисленного значения перед завершением функции записывается строка return 0 [1]
В С++ существуют следующие типы данных [14]:
символьные;
целочисленные знаковые;
целочисленные без знаковые;
с плавающей точкой;
логический.
2.3. Преимущества и особенности языка С#
Данный язык изначально создавался с целью обеспечения компонентного программирования, поэтому в его ядро закладывались возможности повторной инициализации и интеграции разработанных программистов программных компонентов.
Преимущества языка: включает расширенную и гибкую поддержку событийно-ориентированного программирования, эффективно интегрируется с существующими продуктами от Microsoft. Главными недостатками языка является довольно сложный синтаксис и не высокая, в сравнении с С++, производительность.
Предлагаемые средства разработки ПО продукты позволяют оперативно и гибко разрабатывать различные типы приложений, в частности, согласно [8]:
консольные приложения;
приложения с графическим интерфейсом, на базе использования популярной среди разработчиков десктопных решений технологии Windows Forms;
веб-сайты, на базе использования ASP.net.
Особенностями данного языка являются:
язык создавался параллельно с технологией .Net, что позволило разработчикам интегрировать все необходимые механизмы обеспечение функциональных взаимосвязей фреймворка, в том числе FCL и CLR;
это полноценный объектно-ориентированным язык, причем даже примитивные типы данных языка представлены в качестве отдельных классов;
поддержка механизмов наследования, инкапсуляции и полиморфизма;
разработан на базе использования C и C ++, что позволило интегрировать наиболее функциональные возможности этих высокоуровневых языков программирования;
с помощью поддержки ряда фреймворков, выступающих в виде некой надстройки над операционной системой пользователя, разработчики C# могут использовать механизмы создания и работы с виртуальной машиной, аналогично существующим технологиям языка Java [17].
При этом существенно повышается эффективность и используемость программного кода. Это связано с тем, что исполнительная среда CLR позволяет обеспечить работу компилятора промежуточного уровня, что является более эффективным по сравнению с интерпретатором байт-кода в Java Virtual Machine.
Данный язык программирования реализует компонентно-ориентированный подход в программировании приложений, что позволяет снизить машинно-архитектурную зависимость полученного кода, благодаря чему достигается высокая степень переносимости и повторного использования кода.
Данные решения реализуются для всех платформ, которые поддерживаются вендором средств разработки Microsoft. К таким платформам относятся операционные системе Windows 7, 8, 10, Windows Mobile, операционная система в Xbox, а также осуществляется интеграция Microsoft Silverlight и Azure [4].
Отличия в реализации синтаксиса C# и Visual Basic приведены на рисунке 4.
Рисунок 4 - Отличия в реализации синтаксиса C# и Visual Basic
2.4. Преимущества и особенности языка Java
Java - это популярный высокоуровневый язык программирования, который был выпущен известной ИТ компанией Sun Microsystems еще в 1995 году.
В настоящее время разработкой языка Java занимается корпорация Oracle. Синтаксис данного языка во многом похож на язык C++, на котором Java и был изначально разработан [20].
Разрабатываемые Java приложения компилируются в отдельный байт-код (формат .class), который при выполнении интерпретируется JVM (виртуальной машиной Java) для конкретной аппаратно-программной платформы или операционной системы.
В Java была устранена возможность происхождения различных конфликтных ситуаций, по причине ошибок в коде программиста, а также обеспечена большая гибкость процесс разработки классов и объектов.
Java разрабатывался как кроссплатформенный язык разработки, он обладает меньшими возможностями для работы с аппаратным обеспечением на низком уровне.
Для обхода этого недостатка языка существуют механизмы интеграции отдельных модулей низкоуровневого управления, которые могут быть написаны на других языках (ассемблер, С++ и др.).
При создании Java изначально были сформулированы такие принципы:
синтаксис должен быть максимально простым, гибким, удобным и привычным пользователю-разработчику;
высокая производительность и безопасность процесса разработки и реализации исполняемых приложений;
кроссплатформенность по принципу “Once Write –Anywhere Use”;
поддержка масштабируемости и мультизадачности посредством возможности создания параллельных процессов и потоков [19].
Кроссплатформенность достигается путем компиляции изначального Java-кода (формат .java) в байт-код (.class), представляющего собой набор упрощенных команд. После этого разработанное приложение может быть выполнено на любой поддерживаемой платформе, т.е. на платформе, которая имеет установленную JVM, способную интерпретировать байткод в код, учитывающий специфику конкретной ОС и процессора. Архитектура Java окружения приведена на рисунке 5 [6].
Рисунок 5 – Архитектура Java окружения
Главным преимуществом использования байт-кода является портативность. Т.е. байт-код переносится на любую платформу и запускается без установки, достаточно просто наличие JVM. При этом, недостатком является необходимость выделения дополнительных вычислительных ресурсов на интерпретацию, т.е. мощности процессора и оперативной памяти задействуются в большем объеме. В связи с этим некоторые считают, что Java является достаточно медленным языком разработки.
В Java практически все структуры данных являются объектами. Исключением являются такие примитивные типы данных, как целочисленные (int), символы (char), логический тип данных (boolean) и др. Также, в Java все объекты являются производными от самого главного объекта (Object), который является их потомком, посредством которого обеспечивается их базовое поведение и все основные свойства.
В Java возможно единичное наследование, что позволяет исключить возникновение конфликтов между различными членами класса, которые могут быть наследованы от нескольких родителей, что затрудняет их однозначную идентификацию [13].
Выводы по главе 2
В данном разделе курсовой работы сделан акцент на проведении анализа популярных высокоуровневых языков программирования на практике современного рынка труда в сфере информационных технологий. Обозначены ключевые преимущества и особенности языков Python, C#, C++ и Java, приведены иллюстрации для наглядного отображения концепций архитектурного состава и интерфейса сред разработки данных средств разработки программного обеспечения.
ГЛАВА 3. ОПИСАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ ЯЗЫКА PYTHON
3.1. Описание разрабатываемого проекта приложения
В рамках данного раздела осуществляется разработка информационной системы координирования грузопотока в порту.
Такая система должна быть удобной в использовании, обладать интуитивно-доступным интерфейсом, не нуждаться в специальных средствах для выполнения функциональных операции. Основываясь на современных программных средствах, оптимальным является использование языка программирования Python с библиотекой PyQT. В качестве среды программной разработки используется PyCharm. Это позволит обеспечить высокую степень быстродействия приложения, его защищенность и соответствия конкретной специфики деятельности предприятия. Разработанная диаграмма классов приложения приведена на рисунке 6.
Рисунок 6 - Диаграмма классов программного обеспечения
Класс Main.py - главный класс программного обеспечения. Включает в себя сценариев выполнения элементов графического интерфейса, а также создание динамических событий. Такие события начинают свою работу во взаимодействии с элементами программного обеспечения.
Класс MainForm.py - выполняет построение интерфейса программного обеспечения. К элементам интерфейса относятся функциональные элементы (кнопки), графические элементы, текстовые элементы, окна ввода и вывода информации и прочее. Такой класс позволяет создавать графическое наполнение программного средства, и организовывать эргономичные элементы управления.
Класс InfoWidgetForm.py - класс отвечающий за вывод технической информации и справок. Позволяет добавить более удобной адаптации программного обеспечения при его использовании.
Класс SkladWidgetForm.py - позволяет отображать наборы элементов интерфейса окна технических работников. Благодаря такому классу, была разработана окна терминалов, наполнение окон информацией, окна текущих заказов на перегрузку, статус груза, а также технического описания на каждый груз.
Класс SkladWidgetCode.py - позволяет добавить к графическому класса, систему взаимодействия с пользователем. Такой класс делает возможным ввод и вывод информации в графические формы.
Класс PerebrosForm.py - класс который строит форму перегрузки, а также делает ее управляемой. Форма перегрузки построена из элементов списка, текстовых полей, а также информативных боксов для вывода информации о количестве груза.
Класс Form.py - позволяет выводить текстовую информацию в форму интерфейса.
Класс RegistrUser.py - строит окно регистрации и авторизации пользователя программного средства. Компонует элементы ввода и вывода информации.
Класс LoginUser.py - делает форму интерфейса активной, а также добавляет функциональное взаимодействие элементов.
Класс AddTovar.py - создает графическое окно добавления груза на склад. Для большего быстродействия программного средства, в классе разработан функцию управления графическими объектами.
Класс TehnikaWidgetForm.py - графическое окно технических средств порта.
Класс TehnikaWidgetCode.py - позволяет использовать систему управления графическим окном техники порта.
На этапе проектирования программного обеспечения, одним из ключевых этапов является разработка порядка работы системы. Он состоит из следующих процессов::
1. Подача заявления в порт - позволяет сформировать бланк-заявление от судовладельца, на выполнение перевалочных операций с разрешением на вход в порт. Такая заявление состоит из представлений нормативных документов, которые присутствуют в судовладельца, а также документов на груз.
2. Обработка заявления оператором - выполнение проверочных действий в отношении представленных документов. Такое решение не может быть автоматизировано, за счет сложности в выявлении подделки. Поэтому автоматизация этого процесса не является оптимальной. После подтверждения заказа от судовладельца, программная система позволяет выполнять следующие действия по перевалочных процессов.
3. Определение оптимального терминала - к основанию относится способ принятия решения, который анализирует технические характеристики судна, личности груза, а также количество груза. Это позволяет создать оптимальное решение, относительно терминала, на котором будут выполняться перегрузочные операции.
4. Проверка на возможность добавления в очередь - выполняет проверку даты и причала, на возможность перевалочных процессов. Такое решение автоматизирует большое количество организационных процессов, за счет построения многоуровневых проверок. Такая проверка включает в себя два конечных решения, при каждом из которых доступны различные возможные варианты.
5. Бронирование даты - используется после положительной проверки на возможность добавления в очередь. Фиксирует дату и причал по определенному судном. Для всех судов, причал становится недоступным на определенное время.
6. Подготовка необходимой техники - организует бронирование перевалочный техники, по типу груза. Во время такого бронирования, технические средства происходят недоступны другим причалам терминала, и сосредотачиваются на скоростное перевалки.
7. Расчет стоимости перевалки - позволяет определить финальную стоимость всех перевалочных процессов, к которым необходимо отнести портовые сборы, швартовку, работу техники, складов, открытой площадки, персонала и тому подобное.