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1 Keio University SFC 2004 モデリング シミュレーション入門 第 7 回オブジェクト指向モデリングとプログラミング いば たかし 井庭崇慶應義塾大学総合政策学部専任講師 iba@sfc.keio.ac.jp 授業スケジュール 第 1 回 (10/1) イントロダクション第 2 回 (10/8) モデリングとは第 3 回 (10/15) 数理モデリング第 4 回 (10/22) 非線形とカオス第 5 回 (11/5) オートマトン ( 状態機械 ) 第 6 回 (11/12) オブジェクト指向モデリング ( 三田祭休み ) 第 7 回 (11/26) オブジェクト指向モデリングとプログラミング第 8 回 (12/3) シミュレーションとは第 10 回 (12/10) 自律分散協調システムと自己組織化のシミュレーション第 11 回 (12/17) 遺伝的アルゴリズムによる進化のシミュレーション第 9 回 (12/18) 補講 : ゲストスピーカー講演 ( 冬休み ) 第 12 回 (1/7) ニューラルネットワークによる学習のシミュレーション第 13 回 (1/14) 成長するネットワークのシミュレーション

2 前回のポイント 理解してほしい概念オブジェクト (object) クラス (class) インスタンス (instance) UML(Unified Modeling Language) 関連 (association) 汎化 特化 (generation/specialization) できるようになってほしいことクラス図を書くアクティビティ図を書くシーケンス図を書く オブジェクト指向の本質 オブジェクト指向では 世界の構成要素を オブジェクト という基本単位で捉え その状態変化や関係変化によって現象を表現する 振舞い ( 機能 ) と内部状態を保持している オブジェクト がたくさん存在し それらが相互作用しているという点が オブジェクト指向のポイント つまり システム として記述するということ!

3 クラス ( タイプ ) クラス ( タイプともいう ) とは 共通の性質 ( 属性の種類と振舞い ) をもつオブジェクトを分類したものである クラス オブジェクト 概念モデルの段階では クラスのことをタイプ ( 型 ) と呼ぶことがある タイプとは 種類のこと クラス間の関係性 人間の認知と同様に クラスのレベルで関係性を定義することで 複雑性に対処することができる 関連 association パン屋 パン ミルク 集約 / 複合化 aggregation / composition 汎化 / 特化 generalization / specialization

4 UML (Unified Modeling Language) 50 以上のオブジェクト指向方法論による方法論戦争の末 3 人の代表的なメソドロジストが Rational Software 社に集まり 統一モデリング言語としてまとめる流れをつくった Booch 法 OMT 法 (Object Modeling Technique) OOSE 法 (Object-Oriented Software Engineering) Grady Booch James Rumbaugh Ivar Jacobson スリーアミーゴ (Three Amigos) UML におけるいくつかのビュー 静的モデリングクラス図ユースケース図コンポーネント図配置図動的モデリングアクティビティ図シーケンス図ステートチャート図コラボレーション図モデル管理クラス図

5 クラス図 クラス図は モデルの静的 構造的な側面を表現するための図 クラス ( 概略版 ) クラス名 クラス名 クラス間の関連 クラス ( 詳細版 ) クラス名属性振舞い クラス名 アクティビティ図 アクティビティ図は システムやオブジェクトの振舞いを記述するための図 フローチャートだと思ってよい

6 シーケンス図 オブジェクト間の相互作用を 時系列で記述したもの 宿題 ( 授業第 6 回 ) 内容 1 学校内の何らかのシステム ( メディアセンター 食堂等 ) を オブジェクト指向モデルとして記述してください 以下の図を書くこと タイトル ( 何をモデル化したのか ) クラス図 ( どのようなオブジェクトがあるか ) アクティビティ図 ( いくつかのオブジェクトの活動 ) シーケンス図 ( 複数のオブジェクトの間のやりとり ) 2 今日の授業で新しくわかったこと 考えたこと 感想

7 Keio University SFC 2004 モデリング シミュレーション入門 第 7 回オブジェクト指向モデリングとプログラミング いば たかし 井庭崇慶應義塾大学総合政策学部専任講師 iba@sfc.keio.ac.jp 計算的モデル (Computational( Model) ) の発展方向近年の計算的モデルの発展方向 命令から宣言へ 手続きからオブジェクトへ 逐次集中から並列分散へ オブジェクト指向は この流れ上にある 青木淳, オブジェクト指向システム分析設計入門, ソフト リサーチ センター, 1993 青木淳, 例題による!! オブジェクト指向分析設計テクニック, ソフト リサーチ センター, 1994

8 システムの内部状態と内部変数 システムの内部状態は 内部変数といわれるいくつかの数値の組によって表される 内部状態の変化はその内部変数の変化として表される システム 内部状態 ( 内部変数 1,2,3 ) 相空間 (( Space) 内部変数の組をある空間上の点として表す 1 変数の場合 x=a (A) x 2 変数の場合 x=a, y=b y 3 変数の場合 x=a, y=b, z=c z x y x

9 状態機械 ( オートマトン ) と状態遷移図 状態機械 ( オートマトン ) とは トリガーとなるイベント ( 影響を及ぼすさまざまな出来事 ) を受け取ると 現在の状態に応じたアクション ( 動作 ) を行い 次の状態へ遷移するというシステム 状態機械のすべての状態の見取り図は ステートチャート図 ( 状態遷移図 ) を用いて表現することができる システム 内部状態 A システム 内部状態 B TimeEvent 内部状態 A 内部状態 B ステートチャート図 ステートチャート図は システムやオブジェクトの状態の変化 ( 状態遷移 ) を記述するための図 外界のイベント ( オブジェクトに影響を及ぼすさまざまな出来事 ) が発生すると オブジェクトの状態が変わる 状態 遷移 イベント ( トリガー ) アクション

10 シミュレーション 模擬実験 試しにやってみる 模擬する 真似る シミュレーションとは 内部メカニズムから現象を生成すること 現象 内部メカニズム ヴァーチャル (Virtual) Virtual = 事実上の 語源は ラテン語 virtus ( 力, エネルギー ) あるものをそうたらしめる潜在能力という意味 現象 内部メカニズム

11 Boxed Economy Project Model Framework Boxed Economy Foundation Model Modeling Process Model-Driven Development Modeling Tools Component Builder Simulation Platform Boxed Economy Simulation Platform モデル フレームワーク Class Diagram of Boxed Economy Foundation Model

12 モデル作成プロセス 社会シミュレーションデザイナーズガイド モデル作成プロセス Conceptual Modeling モデル要素のタイプを記述 エージェントのアクティビティを記述 エージェント間の相互作用を記述 Simulation Design モデル要素のタイプを記述 Behavior の状態遷移の記述 シミュレーションの初期設定 Verification シミュレーションの実行と検証

13 モデル作成支援ツール Component Builder は 4 つのデザイナと 1 つのコンポーザーからなる Activity Designer Communication Designer Model Designer Behavior Designer World Composer Component Builder は 現在標準的となっているオープンソースの開発環境 Eclipse のプラグインとして開発されている モデル作成支援ツール Conceptual Modeling モデル要素のタイプを記述 エージェントのアクティビティを記述 エージェント間の相互作用を記述 Simulation Design モデル要素のタイプを記述 Behavior の状態遷移の記述 シミュレーションの初期設定 Verification シミュレーションの実行と検証

14 モデル作成支援ツール Conceptual Modeling Model Designer モデル要素のタイプを記述 Activity Designer エージェントのアクティビティを記述 Communication Designer エージェント間の相互作用を記述 Simulation Design Model Designer モデル要素のタイプを記述 Behavior Designer Behavior の状態遷移の記述 World Composer シミュレーションの初期設定 Verification Boxed Economy Simulation Platform シミュレーションの実行と検証 シミュレーション プラットフォーム - 社会 経済シミュレーションの実行 分析のためのプラットフォーム -Java 言語で実装されている - 仕様とソースコードを公開している BESP Boxed Economy Simulation Platform Java VM

15 パン屋のモデル : 登場人物 Customer Baker Customer パン屋のモデル : シーケンス図

16 Model-Driven Development Conceptual Model Simulation Model Component Builder Source Code of Simulation Compiler Executable Program of Simulation Keio University SFC 2004 モデリング シミュレーション入門 第 7 回オブジェクト指向モデリングとプログラミング いば たかし 井庭崇慶應義塾大学総合政策学部専任講師 iba@sfc.keio.ac.jp

17 宿題 ( 授業第 7 回 ) 内容 1 今日の配布資料をしっかり読み プログラミングとはどういうことか? について 特にシミュレーション ( ヴァーチャリティ ) との関係を含めて論じてください マイクロエレクトロニクスとパーソナル コンピュータ ( アラン ケイ ) プログラミングの美しさ ( リーナス トーバルズ ) 作ること = プログラミングすることだった ( 藤幡正樹 ) ソフトウェアの達人たち : イントロダクション ( テリー ウィノグラード ) 2 プログラム ( ソフトウェア ) のつくりだす世界で これまでに自分が感動 関心したものをあげて そのプログラムについてと感動 関心について紹介してください 3 今日の授業で新しくわかったこと 考えたこと 感想 宿題 ( 授業第 7 回 ) 形式 提出 & 締切 : 来週の授業開始時に教室で 形式 :A4 用紙 1 枚 ( 両面可 ) 宿題 ( 第 7 回 ) と明記 学部 学年 学籍番号 メールアドレス 名前を明記 来週の授業までに シミュレーターのソフトウェアをダウンロードしてもらいます また履修者にメールします

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